Fabricação, Densificação e Replica Moldagem de Microestruturas de Nanotubos de Carbono 3D

Resumo

Nós apresentamos métodos para a fabricação de microestruturas com padrões de nanotubos de carbono alinhados verticalmente (CNT), e sua utilização como moldes de mestre para a produção de microestruturas de polímero com a textura da superfície organizada em nanoescala. As florestas CNT são densificados por condensação de solvente na superfície do substrato, o que aumenta significativamente a sua densidade de embalagem e permite autodirigido formação de formas 3D.

Resumo

A introdução de novos materiais e processos para microfabricação tem, em grande parte, possibilitou muitos avanços importantes em microssistemas, lab-on-a-chip dispositivos, e suas aplicações. Em particular, as capacidades de baixo custo de fabricação de microestruturas poliméricas foram transformadas pelo advento da litografia macia e técnicas micromolding outros ^{1, 2,} e isso levou uma revolução nas aplicações de microfabricação para engenharia biomédica e biologia. No entanto, ainda é um desafio para fabricar microestruturas bem definidas texturas de superfície em nanoescala, e para fabricar arbitrárias formas 3D na micro-escala. Robustez dos moldes mestras e manutenção da integridade da forma é especialmente importante para alcançar a replicação de alta fidelidade de estruturas complexas e preservar a sua textura de superfície nanoescala. A combinação de texturas e formas hierárquicas, heterogêneos, é um profundo desafio aos métodos de microfabricação existentes que largely dependem de cima para baixo ataque usando modelos de máscaras fixas. Por outro lado, a síntese de baixo para cima de nanoestruturas como nanotubos e nanofios podem oferecer novas capacidades de microfabricação, em particular, aproveitando o coletivo de auto-organização de nanoestruturas, e controle local de seu comportamento de crescimento com relação a padrões microfabricated .

Nosso objetivo é introduzir os nanotubos de carbono alinhados verticalmente (CNTS), que nos referimos como "florestas" da CNT, como um material de microfabricação novo. Nós apresentamos detalhes de um conjunto de métodos relacionados recentemente desenvolvidos pelo nosso grupo: fabricação de microestruturas CNT florestais por CVD térmico de filmes finos de catalisador lithographically padronizadas, auto-dirigido densificação elastocapillary de microestruturas da CNT, e moldagem de réplica de polímero microestruturas usando moldes mestres CNT compósitos . Em particular, o nosso trabalho mostra que a densificação autodirigido capilar ("capilar formando"), que é performed por condensação de um solvente sobre o substrato com microestruturas CNT, aumenta significativamente a densidade de empacotamento de CNT. Este processo permite a transformação dirigida de microestruturas verticais CNT em formas retas, inclinadas, e torcida, que têm fortes propriedades mecânicas superiores às dos polímeros de microfabricação típicas. Este por sua vez, permite a formação de moldes de nanocompósitos mestre CNT por capilar-driven infiltração de polímeros. As estruturas de réplica exibem a textura anisotrópica nanoescala dos CNTs alinhados, e podem ter paredes com sub-micron de espessura e razões de aspecto superiores a 50:1. Integração de microestruturas na fabricação CNT oferece nova oportunidade de explorar as propriedades elétricas e térmicas de nanotubos de carbono, e capacidades diferentes para química e bioquímica funcionalização ^3.

Protocolo

1. Padronização catalisador

1. Adquirir uma (100) bolacha de silício com uma camada de dióxido de silício de espessura 3000A, com pelo menos um lado polido. Alternativamente, você pode adquirir uma placa de silício puro e crescer dióxido de silício 3000A na bolacha. Todo o processamento descrito abaixo é feito no lado polida da bolacha.
2. Spincoat uma camada de HMDS em 500rpm de 4s, em seguida, em 3000rpm por 30s. HMDS promove a adesão entre a bolacha eo fotorresiste.
3. Spincoat uma camada de SPR-220-3, em 500rpm para 4s, em seguida, a 3000rpm por 30s.
4. Asse a bolacha numa placa de aquecimento a 115 ° C para 90.
5. Usando a más....

Discussão

Padronização litográfica e preparação do catalisador CNT substratos é simples e repetível, no entanto, atingir um crescimento CNT consistente exige uma atenção cuidadosa à forma como a altura ea densidade das florestas CNT sofrem o impacto da humidade ambiente e da condição do tubo de crescimento. Na nossa experiência, os padrões de dimensões superiores a 1000 uM ² são menos sensíveis a pequenas flutuações nas condições de processamento. Além disso, a densidade das execuções padrões afecta o crescimento e den.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Nome do reagente	Companhia	Número de catálogo	Comentários
4 "de diâmetro <100> wafers de silício revestido com SiO 2 (300 nm)	Silicon Busca	Personalizado
Fotorresiste positivo	Microchem	SPR 220-3,0
Hexamethyldisilizane (HMDS)	Microchem
Revelador	AZ Electronic Materials Corp EUA	AZ 300 MIF
Sistema de Sputtering	Kurt J. Lesker	Lab 18	Sistema de pulverização catódica para deposição de catalisador
Thermo-Fisher Minimite	Fisher Scientific	TF55030A	Forno tubular para o crescimento CNT
Tubo de quartzo	Técnicos de vidro	Personalizado	22 mm de diâmetro × 25 mm OD 30 comprimento "
Gás hélio	PurityPlus	Ele (pré-purificado 300)
O gás hidrogênio	PurityPlus	H 2 (pré-purificado 300)	UHP
O gás etileno	PurityPlus	C 2 H 4 (pré-purificado 300)	UHP
Folha de alumínio perfurado	McMaster-Carr	9232T221	Para a realização exemplo acima copo densificação
Lâmpada UV inundação	Dymax	Modelo 2000
SU-8 2002	Microchem	SU-8 2002
Polidimetilsiloxano (PDMS)	A Dow Corning	Sylgard 184 Kit de elastômero de silicone