Изготовление трехмерной на основе графена многогранников через оригами как самостоятельной складывания

В этом протоколе используются методы самосворачивания оригами для создания 3D-графеновых полигедронов. Двухмерные графеновые листы обладают необыкновенными оптическими, электронными и механическими свойствами. Адаптируя форму двумерного графена, можно настроить его физические, химические и оптические свойства, что может привести к новым материальным поведениям, что позволит новые возможности применения.

В этой связи интеграция 2D графена в структуры функциональных, четко определенных трехмерных полихедронов в последнее время представляет большой интерес в графеном сообществе. 3D графеновые полиэдроны могут быть полезны для многих применений. В качестве примеров можно привести газовые и водонепроницаемые контейнеры, молекулярное хранилище, системы доставки, инкапсуляцию жидких материалов, для легкого наблюдения в электронной микроскопии, функциональных оптоэлектронных устройствах и материонных материалах.

Введен ряд химических маршрутов для производства 3D графеновых конструкций. Тем не менее, эти методы обычно требуют сильных химических реакций, которые влияют на внутренние свойства графена и представляют проблемы в строительстве отдельно стоящих, полых, 3D графеновых полигенных полигенов. Чтобы преодолеть эти ограничения, это исследование показывает методологию для реализации многолицых 3D микрокубов с 2D графеном и оксидом графена с помощью оригами, как самостоятельно складывания.

Чтобы помочь определить общий процесс изготовления кубов на основе графена на основе 3D, до составления подробного протокола будет представлен упрощенный шестиступенчатый обзор. Во-первых, подготовить защитные слои. Затем выполните передачу графена-мембраны в узоре на защитные слои.

Затем создайте металлическую поверхность узора на графеновых мембранах. Далее определите полимерные рамы и петли. Затем преобразуйте 2D-сети в 3D-кубики с помощью самостоятельного складывания.

Наконец, удалите защитные слои. Используя испаритель электронного луча, депозит 10 нанометров толщиной хрома и 300 нанометров толщиной медных слоев на кремниевом субстрате. Спин пальто фоторезист при 2500 об/мин с последующим выпечки при 115 градусов по Цельсию в течение 60 секунд.

Выставить разработанные 2D чистые области на ультрафиолетовый свет на выравниватель контактной маски в течение 15 секунд, а затем разработать в течение 60 секунд в разработчике. Промыть образец деионизированной водой и высушить воздушной пушкой. Депозит 10 нанометров толщиной хрома слой и снять оставшийся фоторезист в ацетон.

Промыть образец деионизированной водой и высушить воздушной пушкой. Для узора 2D-сетей с 6-квадратным оксидом алюминия и хромом защитных слоев на сетках, спина пальто photoresist на 2500 об /мин с последующим выпечки при 115 градусов по Цельсию в течение 60 секунд. Выставить разработанные шесть квадратных защитных слоев на ультрафиолетовый свет на выравниватель контактной маски в течение 15 секунд и развиваться в течение 60 секунд в разработчике.

Промыть образец деионизированной водой и высушить пневматическим пистолетом. Депозит 100 нанометров толщиной слоя оксида алюминия в 10 нанометров толщиной хрома слоя. Удалите оставшийся фоторезист в ацетоне.

Промыть образец деионизированной водой и высушить пневматическим пистолетом. Начиная с 15-миллиметрового квадратного куска графена, прилипаемого к медной фольге, вращаемый слой тонкой PMMA при 3000 об/мин на поверхности графена. Выпекать при температуре 180 градусов по Цельсию в течение 10 минут.

Поместите графен PMMA в медный слойный лист из фольги, плавая медной стороной вниз в медный офорт в течение 24 часов, чтобы вытравить медную фольгу. После того, как медная фольга полностью растворяется, оставляя PMMA в графене, перенесите плавающий графен с покрытием PMMA на поверхность бассейна деионизированной воды с помощью микроскопа слайд стекла для удаления любых остатков медного офорта. Повторите передачу графена с покрытием PMMA в новые деионизированные водные бассейны несколько раз, чтобы адекватно промыть.

Перенесите плавающий графен с покрытием PMMA на другой кусок графена, прилипаемого на медной фольге, чтобы получить двухслойную графеновую мембрану. Термически обработать двухслойный графен на медной фольге на горячей пластине при 100 градусах по Цельсию в течение 10 минут. Удалите PMMA поверх двухслойного графена на медной фольге в ванне с ацетоном, оставив графен, графен и медный слой фольги стека, а затем переход на деионизированную воду.

Повторите передачу графена еще раз, чтобы получить три сложенных слоя графеновых мембран. Поместите PMMA, графен, графен, графен и медную фольгу слоистых лист, плавающие медные стороны вниз в медный офорт в течение 24 часов, чтобы вытравить медную фольгу. Перенесите три слоя графеновых мембран с покрытием PMMA на сборные слои защиты оксида алюминия и хрома.

После переноса графена удалите PMMA с помощью ацетона. Затем окуните образец в деионизированную воду и высушите в воздухе. Термически обработать многослойный графен на субстрате на горячей пластине при 100 градусах цельсия в течение одного часа.

Спиновое пальто фоторезист при 2500 об/мин и выпекать при температуре 115 градусов по Цельсию в течение 60 секунд. УФ-излучение выставляет области фоторезистаста непосредственно над квадратными зонами защитного слоя с помощью выравнивателя контактной маски в течение 15 секунд. Затем разработать в течение 60 секунд.

Удалите недавно обнаруженные нежелательные графеновые области с помощью кислородной плазмы в течение 15 секунд. Удалите остатки фоторезист в ацетоне. Промыть образец деионизированной водой и высушить в воздухе.

Спин пальто фоторезист при 1700 об/мин в течение 60 секунд на вершине ранее изготовленных оксида алюминия и слоев защиты хрома, чтобы получить 10 микрометров толщиной слоя. Выпекать фоторезист при температуре 115 градусов по Цельсию в течение 60 секунд, а затем ждать в течение трех часов. С той же маской, используемой для узора слоев оксида алюминия и хрома, УФ подвергать образец на контактной маске выравниватель в течение 80 секунд и развиваться в течение 90 секунд.

Промыть образец деионизированной водой и высушить воздушной пушкой. Выполните уф-наводнение воздействия всего образца без маски в течение 80 секунд. Спиновое покрытие подготовленного оксида графена и водяной смеси на образце при 1000 об/мин в течение 60 секунд.

Выполните спиновое покрытие в общей сложности три раза. Опустите образец в разработчика, чтобы позволить снять нежелательных оксида графена. Процесс взлета под микроскопом показан здесь с кадрами ускоренного.

Промыть образец деионизированной водой и тщательно высушить образец с помощью воздушного пистолета. Термически обработать образец на горячей тарелке при 100 градусах по Цельсию в течение одного часа. Создайте 20 нанометровых титановых узоров поверх узорчатых мембран на основе графена.

Термически обработать образец на горячей тарелке при 100 градусах по Цельсию в течение одного часа. В верхней части графена основе мембран с титановой поверхности моделей, спин пальто photoresist при 2500 об /мин в течение 60 секунд, чтобы сформировать пять микрометров толщиной слоя и выпекать при температуре 90 градусов по Цельсию в течение двух минут. УФ-разоблачить образцы в течение 20 секунд, выпекать при температуре 90 градусов по Цельсию в течение трех минут, и развиваться в течение 90 секунд.

Промыть образец дейонизированной водой и изопропиловым спиртом, а также аккуратно высушить образец с помощью воздушного пистолета. После выпечки образцов при температуре 200 градусов по Цельсию в течение 15 минут для повышения механической жесткости рам. Чтобы сделать шарнир шаблон, спин пальто photoresist на 1000 об /мин в течение 60 секунд, чтобы сформировать 10 микрометровой толщиной пленки на вершине сборных субстрат.

Выпекать при температуре 115 градусов по Цельсию в течение 60 секунд и ждать три часа. УФ-разоблачение образца на выравниватель контактной маски в течение 80 секунд и развиваться в течение 90 секунд. Промыть образец деионизированной водой и тщательно высушить образец с помощью воздушного пистолета.

Чтобы освободить 2D-структуры, растворите медный жертвенный слой под 2D-сетями в медном офорте. Тщательно перенесите высвобождаемые конструкции в деионизированную водяную баню с помощью пипетки и промыть несколько раз, чтобы удалить остаточный медный офорт. Поместите 2D-структуры в деионизированную воду, нагретую над точкой плавления полимерных петель.

Мониторинг само складывания в режиме реального времени с помощью оптической микроскопии и удалить из источника тепла после успешной сборки в закрытые кубы. После самостоятельного складывания удалите слои защиты оксида алюминия и хрома с помощью хлорного офорта. Аккуратно перенесите кубики в деионизированную водяную баню и тщательно промойте.

На оптических снимках показаны литографические процессы 2D-графена и структуры сетки оксида графена и последующий процесс само складывания. Процесс само складывания контролируется в режиме реального времени с помощью микроскопа высокого разрешения. Оба типа кубов на основе 3D графена складываются при 80 градусах Цельсия.

Цифры выкладывают видео-захваченные последовательности, показывающие само складывание кубов на основе графена параллельно. В рамках оптимизированного процесса этот подход показывает самый высокий уровень доходности, который составляет примерно 90 процентов. На рисунках показаны оптические изображения 3D собранных кубов графена и оксида графена с и без поверхностных узоров.

Общий размер самостоятельно сложенных кубов составляет 200 микрометров в ширину и 200 микрометров в длину и 200 микрометров в высоту. На каждой стороне 3D-графеновых кубов определяются 20 нанометровых титановых узорчатых объектов и букв UMN. Цифры включают Раман спектроскопии 2D графеновых сетей и 3D графена на основе кубов.

Результаты не показывают заметных изменений в пиковом положении Рамана и интенсивности как для графена, так и для мембран оксида графена после самосворачивания. Однако, когда защитные слои не используются, заметные изменения в относительной пиковой интенсивности наблюдались, что указывает на изменения или повреждение свойств графена во время самосворачивания. Этот метод позволяет создавать биомедицинские, электронные и оптические устройства, в том числе датчики и электрические схемы, используя многочисленные преимущества 3D конфигураций.

Кроме того, поскольку в процессе используется раннее изображение только графеновых материалов, этот метод может быть применен к другим двумерным материалам, таким как ножи tren-ja-men-a ai chai-hus и черные паспорта, что позволяет использовать эту возможность при разработке 3D-конфигураций 2D-материалов нового поколения.