Здесь мы представляем протокол для изготовления 3D на основе графена многогранников через оригами как самостоятельной складывания.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь мы представляем протокол для изготовления 3D на основе графена многогранников через оригами как самостоятельной складывания.
Ассамблея двухмерный (2D) графена в трехмерные (3D) полиэдральных структуры при сохранении графена отличные свойства присущие был большой интерес для разработки приложений для новых устройств. Здесь изготовление 3D, микромасштабной, полые многогранники (кубики), состоящий из нескольких слоев 2D графена или графена оксид листы через процесс самостоятельного складной оригами как описано. Этот метод предполагает использование полимерной кадров и петли и оксида алюминия/хром защиты слои, которые уменьшают растяжение, пространственных и поверхностное натяжение напряжений на мембраны на основе графена, когда 2D сети превращаются в 3D кубов. Этот процесс предоставляет контроль над размером и формой структур, а также параллельного производства. Кроме того этот подход позволяет создавать поверхностных модификаций металла, кучность на каждой грани 3D кубов. Рамановская спектроскопия исследования показывают, что метод позволяет сохранение свойств мембран на основе графена, продемонстрировав устойчивость нашего метода.
Двухмерный (2D) графена листы обладают Чрезвычайный оптических, электронных и механических свойств, что делает их модели систем для наблюдения за роман квантовых явлений для следующего поколения электронных, оптоэлектронных, электрохимические, Электромеханические и биомедицинских приложений1,2,3,4,5,6. Недавно, помимо производства как 2D слоистой структуры графена, исследованы различные модификации подходы соблюдать новые функциональные возможности графена и искать новые возможности для приложений. Например, модулирующая (или тюнинг) его физические свойства (т.е., допинг уровня и/или полоса разрыв), Пошив формы или кучность из 2D структуры в одномерный (1 D) или Нульмерное (0 D) структуры (например., графен nanoribbon или графена квантовых точек) была изучена для получения новых физических явлений, включая квантовые эффекты изоляции, локализованные плазмонных режимы, распределения локализованных электронов и спин поляризованных края государств7,8 ,9,10,,1112. Кроме того различные текстуры 2D графена, комкая (часто называемый kirigami), расслаивания, сгибается, скручивание, или укладки нескольких слоев или изменения формы поверхности графена путем переноса 2D графена на вершине 3D особенность (субстрата) был показано, что изменить смачиваемости графена, механические характеристики и оптические свойства13,14.
Помимо изменения поверхности морфологии и слоистой структуре 2D графена, Ассамблея 2D графена в функционализированных, четко определенных, трехмерные (3D) многогранников был большой интерес недавно в общине графена для получения новых физических и 15химических явлений. В теории, эластичное, электростатические и ван-дер-Ваальса энергий 2D на основе графена структуры могут быть использованы для преобразования 2D графена в различных графена 3D-оригами конфигураций16,17. Основываясь на этой концепции, исследования теоретического моделирования исследованы конструкции структуры 3D графена, образуются из наноразмерных 2D графена мембраны, с возможности использования лекарств и общих молекулярных хранения16,17. Тем не менее экспериментальный хода этого подхода является еще далеки от реализации этих приложений. С другой стороны ряд химических синтетических методов были разработаны для достижения 3D структур через шаблон помощь Ассамблеи, направленного потока, разрыхлитель Ассамблеи и конформных роста методы18,19 , 20 , 21 , 22. Однако, эти методы являются в настоящее время ограничены в том, что они не могут производить 3D, полые, замкнутые структуры без потери свойств листы графена.
Здесь изложена стратегия для построения 3D, полые, на основе графена microcubes (общий размер ~ 200 мкм) с помощью собственной складывания оригами как; преодоление важнейших задач в строительство свободностоящая, полые, 3D, многогранные, на основе графена материалов. В оригами как, свободные руки самостоятельно складной техники 2D lithographically рисунком Вселенский особенности (то есть, на основе графена мембраны) связаны с шарнирами (то есть, тепловой чувствительных полимеров, фоторезиста) на различных суставов, тем самым формирование 2D сети, которые складывают вверх когда петли нагреваются до плавления температура23,24,25,26. На основе графена кубов реализуются с окна мембранных компонентов, состоящий из нескольких слоев химического осаждения паров (CVD) выросли графена или графена оксид (GO) мембраны; Оба с использованием полимерной кадров и петли. Изготовление 3D кубов на основе графена включает в себя: (i) подготовка слоев защиты, (ii) графена мембраны передачи и кучность, (iii) металлическую поверхность, кучность на графена мембраны, (iv) рама и петли кучность и осаждения, (v). индивидуальной складывающиеся и (vi) удаление слоев защиты (Рисунок 1). Эта статья фокусируется в основном на самостоятельной складные аспекты изготовления 3D на основе графена кубов. Подробная информация о физических и оптических свойств 3D на основе графена кубов можно найти в наших других недавних публикаций27,28.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Предупреждение: Некоторые из химических веществ, используемых в этих синтезы являются токсичными и может вызвать раздражение и тяжелая орган ущерб когда коснулся или дыхательные пути. Пожалуйста используйте соответствующие безопасности оборудования и носить индивидуальной защиты при обращении с химикатами.
1. Подготовка оксида алюминия и хрома защиты слоя на слой меди жертвенных
2. Подготовка графена и графен оксид мембраны
Примечание: В этом исследовании, используются два типа материалов на основе графена: (i) химического осаждения паров (CVD) выросли графена и (ii) графена оксид (GO).
3. металлические поверхности кучность на основе графена мембраны
Примечание: Для достижения поверхности патронирования, с помощью УФ контакта маски выравниватель и электронно лучевых испарителя (см. 1.2-1.4) был проведен общий процесс фотолитографии.
4. Изготовление полимерной кадров и петли
5. самостоятельно складывания в воде ди
Примечание: Когда PR-2 петли плавятся (или оплавления), генерируется силы поверхностного натяжения; Следовательно 2D структуры превратить в трехмерных структур (самостоятельно складной процесс).
6. Удаление слоев защиты
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Рисунок 2 показывает оптических изображений литографических процессов 2D графена и GO чистой структур и последующего самостоятельного складной процесса. Процесс самостоятельного складной контролируется в режиме реального времени через микроскоп высокого разрешения. Оба типа 3D кубов на основе графена сложены в ~ 80 ° C. Рисунок 3 выкладывает видео захватили последовательностей, показаны самостоятельно складывания 3D на о...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для кубов, изготовленных с CVD графена потому что каждый из заданного куба разработан с внешнюю рамку вокруг ~ 160 × 160 мкм2 области свободностоящая графена, один лист графена монослоя не имеют необходимые силы, чтобы разрешить Параллельная обработка кубов. По этой причине графена мембраны, состоящий из трех слоев CVD графена монослоя, которую листы производятся через три отдельных графена переводов с использованием нескольких ПММА покрытие/удаление шагов. С другой стороны, для подготовки GO мембраны...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не имеют ничего сообщать.
Этот материал основан на работе, поддерживаемых Фондом start-up в университете штата Миннесота, города-побратимы и NSF CAREER Award (CMMI-1454293). Частью этой работы были проведены в характеристике объекта в университете штата Миннесота, членом NSF финансируемых материалы исследования Услуги сети (через программу MRSEC. Часть этой работы были проведены в центре Миннесота Nano, который поддерживается Национальный научный фонд через национального нано скоординированной инфраструктуры сети (NNCI) под награду номер ECCS-1542202. C. D. признает поддержку от 3 M науки и технологии стипендий.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Ацетон | Fisher Chemical | A18P-4 | Н/А Оксид |
| алюминия | Kurt J. Lesker Company | EVMALO-1-2.5 | 99,99% чистый |
| APS Медь Травление 100 | Transene Company, Inc. | Н/д | н/д |
| Фотоаппарат (для 3D-изображения) | Nikon | D5100 | 1080p Full HD, Эффективное количество пикселей: 16,2 млн, Размер сенсора: 23,6 мм x 15,6 мм |
| CE-5 M Chromium Mask Etchant | Transene Company, Inc. | Н/Д | Н/Д |
| Система химического осаждения (CVD) | Индивидуальная | /д | Трубчатая печь Lindberg/Blue Трубчатая печь |
| Хром Kurt J. Lesker Company | EVMCR35J | 99,95% чистый | |
| хром Травление 473 | Transene Company, Inc. | Н/Д | Н/Д |
| Коппер | Курт Й. Лескер Компани | EVMCU40QXQJ | 99,99% чистый |
| Проявитель-1 (Проявитель MF319) | Microposit | 10018042 | Н/Д |
| Проявитель-2 (Аз.А.) | Merck Performance Materials Corp. | 1005422496 | Н/Д |
| Проявитель-3 (СУ-8) | MicroChem | NC9901158 | Н/Д |
| Цифровая нагревательная пластина | Thermo Scientific | HP131725 | Super-Nuvoa, максимальная температура: 370 °°; Система |
| испарителя C-образного луча | Rocky Mountain Vacuum Tech. | Н/Д | РМЭ-2000 |
| Графеновый оксид | Гуграфен | Н/Д | Чистота: ~ 99%; Соотношение одного слоя: ~99%; 0,7-1,2 нм в толщину. |
| Изопропиловый спирт | Fisher Chemical | A416-4 | Н/А |
| Выравниватель маски | Midas | MDA-400LJ | N/A |
| Микроскоп Omax | NJF-120A | N/A | |
| множественный полиметилметакрилат (ПММА) | MicroChem | 950 PMMA A9 | Н/А |
| Кислородная плазма | Компания Technics Inc. | СЕРИЯ 800 | Микромасштабное реактивное ионное травление (RIE) |
| Фоторезист-1 (Фоторезист S1813) | Микропозит | 10018348 | Н/А |
| Фоторезист-2 (SPR220 Фоторезист) | MicroChem | SPR00220-7G | Н/А |
| Фоторезист-3 (СУ-8 Фоторезист) | MicroChem | SU-8-2010 | Н/А |
| Профилометр | Tencor Instruments | Н/Д | Альфа-Степ 200 |
| Раман | WITec Instruments Corp. | Альфа300R | Конфокальный Рамановский Микроскоп |
| Силиконовая Пластина | Siltronic AG | /Д | Диаметр 100 мм, N-тип, односторонняя полировка, Прочность: 560-840 & Омега; • cm |
| Spinner | Лучшие инструменты | S0114031123 | SMART COATER 100 |
| Титан | Kurt J. Lesker Company | EVMTI45QXQA | 99,99% чистый |
| ультразвуковой очиститель | Crest Ultrasonics | N/A | Powersonic series |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.