Изготовление, уплотнения, и реплики Формование 3D микроструктур углеродных нанотрубок

Общая цель этой процедуры заключается в том, чтобы внедрить углеродные нанотрубки в качестве материала для микропроизводства. Начните с выращивания структурированных вертикально выровненных углеродных нанотрубок с использованием капиллярного формования, уплотните колонны углеродных нанотрубок для повышения прочности и измените их форму после инфильтрации полимером для формирования прочных нанокомпозитных микроструктур, используйте литье реплик для отливки полимерных реплик. В конечном счете, сканирующая электронная микроскопия используется для подтверждения точности репликации между мастер-формой и полимерными репликами.

Основное преимущество нашей технологии по сравнению с существующими методами микропроизводства, такими как DPV и экстралитография, заключается в том, что мастер-формы на основе УНТ обладают высокой прочностью, могут включать элементы с высокими соотношениями сторон, а микропроизводство УНТ может быть спроектировано для создания сложных трехмерных элементов. Кроме того, для точного проектирования трехмерной формы УНТ необходимо тщательно охарактеризовать и оптимизировать процесс роста пользователя УНТ. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение.

Поскольку углеродные нанотрубки уплотняют свои стадии, их сложно освоить. Этот метод может быть использован для изготовления микроструктур из различных полимеров. Сегодня мы продемонстрируем SU eight, но он также может быть использован для производства полиуретана P-M-M-A-P-D-M-S или, возможно, даже биоматериалов Proof.

Выполните эти процедуры на полированной стороне силиконовой пластины, сначала покройте слой HMDS, чтобы обеспечить адгезию между пластиной и фоторезистом. Аналогичным образом нанесите слой SPR два на 20 черточек три. После запекания пластины на горячей плите расположите нужную маску для нанесения рисунка катализатора и подвергните пластину воздействию ультрафиолетового света в режиме жесткого контакта.

Теперь поместите пластину на горячую плиту при температуре 115 градусов Цельсия на 90 секунд. Продолжайте проявлять экспонированный фоторезист в течение 60 секунд, после чего прополощите его в деионизированной воде в течение одной минуты. Теперь загрузите пластину в систему осаждения катализатора.

Затем нанесите оксид алюминия на 10 нанометров, а затем железо на один нанометр с помощью электронно-лучевого испарения или распыления. Вручную разрежьте пластину на кусочки размером примерно 20 на 20 миллиметров и переложите кусочки пластины в литровый стакан, содержащий 100 миллилитров ацетона, чтобы снять фоторезист поместите в ультразвуковую ванну при мощности шесть на восемь минут. Освежите ацетон и повторите ультразвуковую обработку.

Затем замочите вафельные детали в изопропаноле на две минуты с помощью пинцета, чтобы удалить вафельные части, высушите каждую деталь с помощью мягкой струи азота с помощью ручной насадки перед каждым ростом УНТ. Трубочка запекается. Воздух проходит через трубу при давлении 100 SCCM, в то время как печь нагревается до 875 градусов Цельсия и поддерживается при этой температуре в течение 30 минут.

Затем загрузите в трубу лодочку с ростовыми субстратами с помощью стержня из нержавеющей стали, расположите лодочку так, чтобы передняя кромка располагалась в 30 миллиметрах ниже по потоку от печи. Термопара. Соедините торцевые крышки, запечатав трубку, не нарушая положение лодки или рисунок. Затем кусочки кремния программируются на промывку кварцевой трубки гелием в течение пяти минут при комнатной температуре.

Затем установите температуру до 775 градусов по Цельсию за 10 минут. Под потоком водорода и гелия удерживайте потоки и температуру в течение 10 минут. Коленопреклонение приводит к тому, что пленка химически восстанавливается от оксида железа до железа и превращается в наночастицы.

Чтобы вырастить углеродные нанотрубки, отрегулируйте скорость потока водорода и гелия, добавляя этилен и поддерживая температуру печи на уровне 775 градусов Цельсия. Высота CN Ts контролируется продолжительностью роста. Шаг: Чтобы остановить рост УНТ и охладить образец вручную, сдвиньте кварцевую трубку вниз по потоку до тех пор, пока каталитическая крошка не окажется примерно в одном сантиметре ниже изоляции печи.

Будьте осторожны, чтобы поддерживать те же потоки и печи. Установите температуру в течение 15 минут после промывки трубки гелием в течение пяти минут, извлеките образцы и выключите печь. Приложите кусок двустороннего скотча к алюминиевой сетке толщиной 0,8 миллиметра с отверстиями диаметром 6,25 миллиметра.

Убедитесь, что сетка больше, чем отверстие литрового стакана, а лента расположена примерно по центру сетки Закрепите силиконовую пластину с помощью УНТ на ленте. Если микроструктуры УНТ обращены вверх, поместите 100 миллилитров ацетона в литровый стакан на горячей плите внутри вытяжного шкафа. Установите конфорку на 110 градусов Цельсия.

Когда ацетон закипит. Расположите алюминиевую сетку на стакане установленным образцом вниз. Как только паровой фронт приблизится к верхней части стакана, обратите внимание на видимые изменения цвета на поверхности силиконовой подложки.

Появятся радужные узоры на ногах, которые будут распространяться по всей поверхности. Далее, сняв сетку с стакана, аккуратно отклейте образец от двустороннего скотча с помощью бритвенного лезвия. На этом этапе следует соблюдать особую осторожность, так как во время извлечения образец легко сломаться.

Для изготовления мастер-формовочной ванны УНТ, SU eight 2002 на уплотненных микроструктурах УНТ. После вращения образца выпекать при температуре 65 градусов в течение двух минут, затем при температуре 95 градусов Цельсия в течение четырех минут. Облучайте образец в течение 20 секунд, затем запекайте образец.

При воспроизведении деликатных структур поместите мастер в влагопоглотитель вместе со стеклянным флаконом с изменяющим агентом при давлении 400 миллиторр на 12 часов. После смешивания примерно двух граммов PDMS в соотношении 10 к одному мономеру к сшивающему агенту, поместите мастер CNT в чашку из алюминиевой фольги и залейте PDMS для погружения образца. Поместите образец в вакуум и дегазируйте при температуре ниже 20 тор в течение 15 минут.

Когда образуются пузырьки, периодически увеличивайте давление, чтобы лопнуть крупные пузырьки после отверждения негатива при 120 градусах Цельсия в течение 20 минут, снимите алюминиевую фольгу и отделите мастер от мягкого негатива PDMS. При воспроизведении чувствительных структур поместите негативный и бесшумный агент в осушитель при давлении 400 миллиторр на 12 часов. Заливаем SU eight 2002 в негатив PDMS.

Испарить растворитель из толстого слоя SU eight, запекая его в течение шести часов при температуре 95 градусов Цельсия. Теперь облучите образец, затем запекайте при температуре 95 градусов Цельсия в течение восьми минут. Наконец, вручную деполимеризируйте реплику SU 8 из негатива PDMS, вертикально выровненные углеродные нанотрубки или леса УНТ, которые предлагают новый материал для микропроизводства.

Эти изображения РЭМ представляют собой массив цилиндрических столбов УНТ до и после уплотнения. Обратите внимание на выравнивание и плотность УНТ. Вы можете заметить, что при более высоком соотношении сторон стойки СПГ менее прямые, и их прямолинейность постепенно уменьшается во время уплотнения и репликации.

Уплотнение полукруглых столбов приводит к образованию равномерных наклонных конструкций на больших площадях. Это сравнение восьми мастер-структур и реплик микростолбов C-N-T-S-U указывает на высокую точность воспроизведения микромасштабной формы и наноразмерной текстуры на большой площади. Текущие ограничения с точки зрения формирования структуры включают в себя стены с высоким соотношением сторон, такие как эта, сотовые структуры, указанные в этой наклонной микроскважине УНТ, и скрученные микроколонны УНТ.

В этом видео мы продемонстрировали, как выращивать и уплотнять микроструктуры УНТ, а затем использовали их в качестве основных форм для литья полимерных реплик. Не забывайте следить за тем, чтобы не загрязнить PDMS, так как это может привести к неполному отверждению или снижению точности воспроизведения во время репликации. Также важно тщательно контролировать количество растворителя, который конденсируется на подложке, чтобы избежать повреждения микроструктур УНТ.

Не забывайте, что работа с углеродными нанотрубками может быть опасной, поэтому следует принимать соответствующие меры предосторожности. При работе с образцами. Вы всегда должны надевать перчатки, а если вы удаляете леса углеродных нанотрубок с субстрата, вы всегда должны носить респиратор.