Nanomoulding de Materiais Funcionais, um método de replicação Versátil Complementar Padrão para nanoimpressão

O objetivo geral deste procedimento é transferir um padrão de uma estrutura mestre arbitrária para um material funcional. Este vídeo ilustra o procedimento usando óxido de zinco como um material funcional, a transferência de padrão é realizada primeiro fabricando um molde negativo a partir da estrutura mestre. O segundo passo é criar a réplica de óxido de zinco adicionando primeiro uma camada antiaderente ao molde, seguida pela deposição de óxido de zinco, o óxido de zinco é então ancorado ao substrato de vidro final usando uma resina curada por UV e finalmente liberado de seu molde.

Em última análise, várias réplicas funcionais podem ser preparadas a partir de um único molde mestre usando esta técnica, enquanto outra impressão serve tradicionalmente para padronizar uma resina UV ou termicamente curável. A nanomoldagem oferece o potencial de ser generalizada para muitos outros materiais funcionais, pilhas de materiais e até dispositivos completos, desde que o material do molde seja escolhido compatível com o processo de deposição do material. Tivemos a ideia para esse método pela primeira vez quando tentamos encontrar uma maneira de obter um eletrodo nano impresso condutor transparente, já que as resinas de impressão Nano disponíveis comercialmente são isolantes.

Tivemos que encontrar outra maneira e é por isso que desenvolvemos a nanomoldagem. Geralmente, as pessoas conheciam esse método com dificuldade porque as propriedades do ânion devem ser ajustadas com cuidado Comece preparando um mestre carregando o padrão em nanoescala a ser transferido. Mostramos aqui três estruturas mestras pré-fabricadas.

À esquerda está uma folha de plástico com grade de linha feita usando litografia de interferência. No meio está uma placa de alumínio texturizada feita usando oxidação anódica e subsequente gravação da camada de óxido de alumínio. E à direita está uma camada texturizada de óxido de zinco no vidro cultivado por deposição química de vapor.

A amostra de óxido de zinco será usada nesta demonstração em preparação para a camada anti-aiana. Primeiro cubra o mestre texturizado com uma camada de cromo, de cinco a 10 nanômetros de espessura para promover a adesão do agente anti-aian. Em seguida, aplique uma pequena gota de agente anti-aian em uma lâmina de vidro.

Transfira a lâmina de vidro junto com o mestre para uma câmara de vácuo e bombeie para baixo. Um leve vácuo é suficiente para que o agente anti-aian evapore e se deposite no mestre. Em seguida, retire o mestre da câmara de vácuo e leve ao forno a 80 graus Celsius por uma a duas horas para o revestimento anti-aian à Aneel.

O aspecto mais difícil deste procedimento é ajustar as propriedades da camada anti-aian para evitar derramamento espontâneo, garantindo que o controle da descamação permaneça possível. Para conseguir isso, as propriedades da camada anti-edição são ajustadas empiricamente. Em seguida, prepare o molde limpando um naft, alato ou folha de caneta de polietileno em um banho ultrassônico de acetona por dois minutos, seguido de um banho ultrassônico de isopropanol.

Por mais dois minutos, retire o lençol do banho e enxágue mais uma vez com isopropanol fresco antes de secar com nitrogênio. Em seguida, coloque a folha da caneta no coter do observador e aplique uma camada de cromo aian de cinco a 10 nanômetros na folha da caneta. Em seguida, transfira a folha da caneta para o coter de rotação e adicione um a dois mililitros de mosa, uma resina curável por UV na camada de rotação da folha da caneta a 5.000 RPM.

Para obter uma cobertura uniforme, pré-asse a folha de caneta recém-revestida em uma chapa quente a 80 graus Celsius por cinco minutos. Para evaporar o solvente, melhore a uniformidade do filme e melhore a resina além da folha da caneta. Em seguida, coloque a folha da caneta dentro da impressora nano com a resina curável por UV apontando para cima e o mestre de cabeça para baixo nos braços do suporte.

Recoloque a tampa da configuração de nano imprinting e evacue a câmara de vácuo ligando a bomba. Puxe para trás os braços do suporte para soltar o mestre na resina curável por UV. Na folha da caneta, aplique pressão na membrana de silicone flexível que divide a câmara de vácuo, ventilando o compartimento superior enquanto mantém o vácuo na câmara inferior.

Isso empurra a membrana flexível para a parte inferior da configuração, fornecendo a pressão de estampagem enquanto mantém a pressão na membrana. Exponha a resina curável por UV através do lado da folha da caneta à luz UV LED por 15 a 20 minutos para provocar a reação de reticulação. Em seguida, ventile a parte inferior da câmara de vácuo para liberar a pressão na membrana de silicone e remova a amostra.

Segure cuidadosamente o molde e retire-o lentamente da estrutura principal. Em seguida, coloque o molde em um forno e asse a 150 graus Celsius por três a cinco horas para melhorar a estabilidade térmica da resina. Finalmente, após a aplicação da camada de ânion no molde, conforme mostrado anteriormente, a amostra está pronta para a deposição de óxido de zinco para iniciar a deposição de vapor químico de óxido de zinco.

Primeiro coloque o molde de caneta preparado em uma lâmina de vidro. Coloque a estrutura de metal em cima do molde para evitar dobrá-lo durante a deposição de vapor químico. Em seguida, coloque o molde na placa quente do reator de deposição de vapor químico mantido a 155 graus Celsius enquanto o molde está aquecendo.

Feche a bomba do reator abaixo de 10 a menos três milibares e permita a termalização. Em seguida, admita os gases precursores de água e zinco etal junto com uma pequena quantidade de di boran diluído em argônio para dopagem por 10 minutos. A uma pressão de processo de 0,4 milibares, criando uma camada de óxido de zinco com dois mícrons de espessura.

Após a deposição, remova o molde com cuidado para evitar a flexão excessiva da camada recém-depositada, o que pode resultar em descamação espontânea. Para iniciar a transferência de camadas, primeiro prepare as lâminas de vidro para o revestimento giratório, lavando-as com acetona seguida de isopropanol. Em seguida, seque as lâminas com um jato de nitrogênio.

Em seguida, a camada de rotação, um a dois mililitros de resina curável por UV na lâmina de vidro a 5.000 RPM, ancora o molde que transporta as camadas depositadas no substrato final usando a nano impressão, como foi mostrado anteriormente durante a fabricação do molde. No entanto, no lugar do mestre, o molde é colocado nos braços do suporte e abaixado sobre o substrato de vidro revestido de resina antes de ser curado com luz UV. Por fim, conclua a transferência retirando manualmente o molde da lâmina de vidro que carrega a camada de óxido de zinco transferida.

A nano moldagem reproduz características em nanoescala, como a textura da pirâmide da camada de óxido de zinco mostrada aqui na imagem do microscópio eletrônico de varredura à esquerda. A imagem à direita mostra a microscopia de força atômica de réplica nano moldada ou um FM é usado para obter imagens da superfície mostrada aqui em intensidades variadas de laranja que representa a altura da superfície. Essas informações são usadas para medir as diferenças de altura e ângulo entre o molde mostrado em preto e a réplica em vermelho.

Para a camada de óxido de zinco, houve muito pouca variação entre o molde e a réplica, demonstrando a alta fidelidade do processo de nanomoldagem. As linhas individuais da grade produzidas pela litografia de interferência mostrada à esquerda também são bem produzidas na réplica mostrada à direita. Os histogramas de ângulo elevado que correspondem a esse padrão também exibem uma forma muito semelhante.

No entanto, há uma ligeira mudança para ângulos mais baixos na réplica mostrada em vermelho no canto inferior direito à esquerda são as características únicas de uma matriz de covinhas obtida pela oxidação antic do alumínio e a réplica correspondente à direita. Uma ligeira suavização das características é encontrada ao usar este padrão. Isso é exibido por uma ligeira mudança em direção a ângulos mais baixos para a réplica no histograma de ângulo mostrado no canto inferior direito.

O mestre da moldagem de anom pode ser feito em poucas horas se executado corretamente. Assim, a nanomoldagem abriu caminho para pesquisadores no campo da energia fotovoltaica explorarem novas estruturas nanofotônicas em células solares. Seguindo esses procedimentos, outros materiais funcionais podem ser patenteados, abrindo as portas para uma ampla gama de aplicações.

Não se esqueça de que trabalhar com produtos químicos, gases, raios UV, fontes de radiação e equipamentos de vácuo pode ser perigoso e precauções como equipamentos de proteção individual adequados devem ser usados o tempo todo, e a instalação adequada do equipamento deve ser verificada antes de realizar este procedimento.