Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Fabrication, fortætning og Replica Molding af 3D kulstof nanorør mikrostrukturer

Published: July 2, 2012 doi: 10.3791/3980
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 1
1Mechanosynthesis Group, Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, 2IMEC, Belgium

Summary

Vi præsenterer metoder til fremstilling af mønstrede mikrostrukturer af lodretstillede kulstof-nanorør (CNTs), og deres anvendelse som master-forme til fremstilling af polymere mikrostrukturer med organiseret nanoskala overfladestruktur. CNT skove fortættet ved kondensation af opløsningsmiddel på substratet, hvilket i betydelig grad øger deres pakningstæthed og muliggør selvstyret dannelse af 3D-former.

Abstract

Indførelsen af ​​nye materialer og processer til microfabrication har i stor udstrækning mulighed for mange vigtige fremskridt i mikrosystemer, lab-on-a-chip-enheder, og deres ansøgninger. Der blev især muligheder for omkostningseffektiv fremstilling af polymere mikrostrukturer transformeret fremkomsten af bløde litografi og andre micromolding teknikker 1, 2, og dette førte en revolution i anvendelser af microfabrication til biomedicinsk teknik og biologi. Ikke desto mindre er det stadig en udfordring at fremstille mikrostrukturer med veldefinerede nanoskala overfladestrukturer, og at fremstille vilkårlige 3D-figurer på mikro-skalaen. Robusthed af master forme og vedligeholdelse af form integritet er især vigtigt at opnå en høj fidelity replikation af komplekse strukturer og bevare deres nanoskala overfladestruktur. Kombinationen af ​​hierarkiske strukturer, og heterogene former, er en stor udfordring til eksisterende microfabrication metoder, der larGely stole på top-down ætsning ved hjælp af faste maske skabeloner. På den anden side, kan den bottom-up syntese af nanostrukturer, f.eks nanorør og nanotråde tilbyde nye muligheder for at microfabrication, navnlig ved at drage fordel af den kollektive selvorganisering af nanostrukturer, og lokal kontrol over deres vækst, adfærd med hensyn til mikrofabrikerede mønstre .

Vores mål er at introducere lodretstillede kulstof-nanorør (CNTs), som vi refererer til som CNT "skove", som en ny microfabrication materiale. Vi præsenterer oplysninger om en suite af beslægtede metoder for nylig udviklet af vores gruppe: fabrikation af CNT skov mikrostrukturer ved termisk CVD fra litografisk mønstrede katalysator tynde film; selvstyret elastocapillary fortætning af CNT mikrostrukturer samt kopi formning af polymer mikrostrukturer bruge CNT komposit master-forme . Især viser vores arbejde, at selv-styret kapillær fortætning ("capillary formning"), som er perforeretrmed ved kondensation af et opløsningsmiddel på substratet med CNT mikrostrukturer, signifikant forøger pakningstætheden af ​​CNTs. Denne proces gør det muligt rettet transformation af lodrette CNT mikrostrukturer i lige, skrå og snoede former, som har kraftige mekaniske egenskaber der går ud over typiske microfabrication polymerer. Derfor kan dannelsen af ​​nanocomposite CNT master-forme med kapillar-drevet infiltration af polymerer. Replika strukturer udviser anisotrop nanoskala struktur af de alignede CNTs, og kan have vægge med sub-mikron tykkelse og sideforhold overstiger 50:1. Integration af CNT mikrostrukturer i fabrikation giver yderligere mulighed for at udnytte de elektriske og termiske egenskaber CNTs og forskellige muligheder for kemisk og biokemisk funktionalisering 3.

Protocol

1. Katalysator mønster

  1. Opnå en (100) siliciumskive med en 3000A tykt siliciumdioxidlag, med mindst en poleret side. Alternativt kan du erhverve en nøgen silicium wafer og vokse 3000A siliciumdioxid på wafer. Al behandling som beskrevet nedenfor er udført på den polerede side af skiven.
  2. Spincoat et lag af HMDS på 500 opm for 4s, derefter ved 3000rpm i 30'erne. HMDS fremmer adhæsion mellem skiven og fotoresist.
  3. Spincoat et lag af SPR-220-3 ved 500 opm for 4s, og derefter ved 3000rpm i 30'erne.
  4. Bag skiven på en varmeplade ved 115 ° C i 90'erne.
  5. Ved hjælp af det ønskede masken for katalysatoren mønsterdannelse, udsættes waferen for UV-lys med en bestråling på 20 mW / cm 2 ved 405 nm for 6S i hård kontakt mode.1.6) Bag skiven på en varmeplade igen ved 115 ° C i 90'erne (post eksponering bage).
  6. Udvikle udsat fotoresisten for 60'erne med AZ-300 MIF udvikler.
  7. Skylwaferen for 60s i DI vand.
  8. Depositum 10nm Al 2 O 3 efterfulgt af 1 nm Fe via e-beam fordampning eller sputtering.
  9. Manuel Scribe og break wafer i stykker ca 20 × 20 mm eller mindre.
  10. Udføre lift-off af fotoresist ved at gennemvæde wafer stykker i en 1 liters bægerglas indeholdende 100 ml acetone, medens bægeret er anbragt i et ultrasonisk bad ved strøm 6 for 8min (CREST Ultrasonics 1100D).
  11. Bortskaf og udskift acetone og sonikeres igen med de samme indstillinger.
  12. Overfør wafer brikker til et bæger med isopropanol (IPA), og derefter suge i 2min.
  13. Tag wafer stykker fra IPA individuelt med en pincet. Tør hvert stykke med en blid strøm af nitrogen ved hjælp af en håndholdt dyse.

2. CNT Vækst

  1. Anskaf en bar (eller oxid-belagt), silicium wafer og manuelt Scribe og bryde et stykke med dimensioner ca 22 × 75 mm. Denne "båd"Der vil blive anvendt til at støtte og indlæse katalysator-overtrukne wafer stykker ind i rørovnen. Båden er meget nyttigt for at holde wafer stykker under lastning og losning, men ikke spiller en rolle i vækst processen. I princippet båden kan være ethvert materiale, som er kemisk og termisk stabile under CNT vækstbetingelser.
  2. Placer et ønsket antal katalysator-coatede wafer stykker (vækstsubstrater) på båden, 30mm fra forkanten.
  3. Læg båden med vækstsubstrater ind i røret. Skubbe båden ind i røret, således at den forreste kant er anbragt 30mm nedstrøms for ovnen termoelement under anvendelse af en rustfri stål eller kvarts trykstang. Dette 30mm position er "sweet spot", som giver den højeste CNT vækst i vores ovn. Det vil være nødvendigt at bestemme denne position til brugerens apparat, afhængigt af brugerens apparatet og mål (f.eks maksimering af CNT væksthastighed eller densitet).
  4. Tilslutendestykkerne, segloblater røret. Der bør udvises forsigtighed for ikke at forstyrre fartøjets position eller mønstrede silicium stykker. Bemærk: CNT vækst er meget følsom over position inde i røret.
  5. Skylle kvartsrør med 1000sccm af helium i 5min ved stuetemperatur.
  6. Mens det flyder 400sccm af brint og 100sccm af helium, rampe temperaturen til 775 ° C i 10 min, og derefter holde strømmene og temperatur for 10min. Dette trin medfører, at filmen kemisk reduktion af jernoxid til jern, og dewet i nanopartikler.
  7. Skift brint strømningshastigheden til 100sccm og helium strømningshastigheden til 400sccm, samtidig med at tilføje 100sccm af ethylen og vedligeholdelse af ovnen ved 775 ° C til at vokse CNTs. Højden af ​​CNTs styres af varigheden af ​​dette trin.
  8. For at stoppe CNT vækst og køle prøven, manuelt skubbe kvartsrør nedstrøms indtil katalysatoren chips er beliggende cirka 1 cm nedstrøms i ovnen isolering. Vær omhyggelig med atopretholde de samme strømme og ovnen for temperaturen, som i det foregående trin, i 15 minutter.
  9. Skyl røret med 1000sccm af helium for 5min, før hentning prøverne, og dreje ovnen slukket.

3. CNT Fortætning

  1. Sæt et stykke dobbeltklæbende tape til en 0,8 mm tyk aluminium mesh med 6.25mm diameter huller. Sørge masken er større end åbningen af ​​en 1L bægerglas og båndet tilnærmelsesvis centreret på mesh.
  2. Monter silicium wafer stykke med CNTs på båndet, så CNT mikrostrukturer vender opad.
  3. Hæld 100 ml acetone i et 1 liter bægerglas og Bægerglasset anbringes på en varmeplade i et stinkskab. Indstille varm plade for at opnå en overfladetemperatur på 110 ° C. Vent, indtil acetone begynder at koge. Vi bemærker, at på vores kogeplade, en indstilling på 150 ° C var nødvendig for at opnå 110 ° C på overfladen. Kogepunktet af acetone er meget lavere (ca. 56 ° C), men vi Found, at den forhøjede temperatur tillod acetone at koge hurtigere og opvarmet sidevæggene af bægerglasset, forhindrer kondensation i bægerglasset.
  4. Placer aluminium mesh på bægeret, således at monterede prøven vender nedad.
  5. Bemærk alle hurtige fluktuationer i damp foran stiger op på siden af ​​bægeret og justere stinkskabet rammen niveau for at stabilisere damp foran.
  6. Når dampen forreste nærmer sig toppen af ​​bægeret, iagttage tilsyneladende farveændringer på overfladen af ​​siliciumsubstratet. Rainbow-lignende mønstre vises, og feje hen over hele overfladen. Dette betyder en tynd film af opløsningsmiddel, som dannes på overfladen, når dampen kommer i kontakt med den kolde overflade.
  7. Når tilstrækkeligt opløsningsmiddel er blevet deponeret, opsamle mesh og uden at ændre orienteringen af ​​prøven, det holde væk fra det kogende opløsningsmiddel, indtil det deponerede opløsningsmidlet er afdampet derfra. Den tid bestemmes empirmatisk baseret på størrelsen og afstanden af ​​CNT strukturer. Dette behandles yderligere i diskussionen.
  8. Fjerne mesh fra bægeret, og omhyggeligt skrælle prøven fra den dobbeltklæbende tape, ved hjælp af et barberblad. Største omhu skal tages på dette trin, da det er let at bryde prøven under fjernelsen.

4. CNT Master Mold Fabrication

  1. Pool SU-8 2002 om de fortættede CNT mikrostrukturer. Spin prøven på 500 opm til 10'erne, og derefter ved 3000rpm i 30'erne.
  2. Bag prøven ved 65 ° C i 2 minutter og derefter ved 95 ° C i 4 min.
  3. Expose prøven for UV-lys med en bestråling på 75mW/cm 2 for 20'erne.
  4. Bag prøven igen ved 65 ° C i 2 min, derefter ved 95 ° C i 4 min.

5. Replica Molding

  1. Hvis kopiere fine strukturer, skal du placere master i en ekssikkator sammen med et glas modbydelige af 100 gl (tridecafluor-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-Trichlorsilan i 400mTorr i 12 timer.
  2. Blandes i alt 1 g PDMS (Sylgard 184) med et forhold på 10:1 monomer: tværbindingsmiddel. For mikrostruktur med en base størrelse på nogle få mikrometer og et formatforhold på 10 eller mere anvende et forhold på 8:1.
  3. Placer CNT mester i en aluminiumsfolie fad, og hæld PDMS i fadet, indtil prøven er neddykket.
  4. Anbring prøven i vakuum og afgasse på 400mTorr i 15 min. Når bobler begynder at dannes i PDMS (typisk efter ca 3 minutter) periodisk forøge trykket hurtigt til at briste store bobler.
  5. Hærde negative ved 120 ° C i 20 min. Hvis prøven indeholder has strukturer hærde ved 85 ° C i 5 timer.
  6. Når hærdet, skræl tilbage aluminiumsfolie og adskille føreren fra den bløde PDMS negative ved hånden.
  7. Hvis kopiere fine strukturer, skal du placere negativ i en ekssikkator sammen med et glas modbydelige af 100 gl (tridecafluor-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-trichlorosilan på400mTorr i 12 timer.
  8. Hæld SU-8 2002 i PDMS negative og afgasse på 400mTorr for 10min.
  9. Bag prøven (SU-8 fyldes negative) ved 65 ° C i 4min, derefter ved 95 ° C i 6 timer for at afdampe opløsningsmidlet fra det tykke lag af SU-8.
  10. Udsætte prøven for UV-lys med en bestråling på 75mW/cm 2 til 20'erne og bages igen ved 65 ° C i 4min og derefter ved 95 ° C i 8min.
  11. Sidste, manuelt demold SU-8 replika fra PDMS negative.

6. Repræsentative resultater

Repræsentative som dyrket CNT søjle arrays sammen med deres komprimerede form er vist i figur 4 (billede modificeret fra De Volder et al. 4). Registrar søjler med tykkelser på 10 um eller mindre har gradvist reduceret rethed, hvilket er yderligere reduceret i løbet af fortætning. Fortætning af halvcirkulære søjler er blevet vist at resultere i en ensartet bøjede søjler over store områder (fig. 4c). SU-8 infiltration forekommer mellem og inde CNT mikrostrukturer, til strukturer med en afstand på 30 um eller derunder af en tynd film af SU-8, kan være mellem strukturer. Fotografier af kritiske trin i replikationen processen er vist i figur 5, mens SEM billeder sammenlignes de replikerede mikrostrukturerne deres replikaer i forskellige skalaer er vist i figur 6 (billede modificeret fra COPIC et al. 5). Nuværende begrænsninger i form af strukturdannelse, herunder snoede struktur (billede modificeret fra De Volder et al. 4), højt sideforhold vægge og bukkede strukturer er vist i figur 7 (billede modificeret fra COPIC et al. 5).

Figur 1
Figur 1. Rørovnen setup for vækst CNT vækst. (A) System skematisk. (B) Tube ovn (Thermo-Fisher Minimite), med låget åbent at vise silicium båden inde forseglet kvartsrør. (C) Silicon bhavre med prøver, der vises før og efter vækst. Klik her for at se større figur .

Figur 2
Figur 2 (a) Skematisk af bægerglasset opsætning til kontrolleret kondensation af opløsningsmiddeldampen på CNT mikrostrukturer (billede modificeret fra De Volder et al. 6). (B) CNT prøve substrat bundet til aluminium net over kogende acetone.

Figur 3
Figur 3. Process flow for replika støbning af CNT mikrostrukturer, og image repræsentative replikeret mikrostruktur række i forhold til amerikansk kvartal dollar mønt.

Figur 4
Figur 4. Eksempler CNT mikrostrukturer før og efter capillary dannende. Skematiske og SEM billeder af arrayet af cylindriske CNT søjler (a) før kapillær dannelse, og (b) efter kapillær dannende (billede modificeret fra De Volder et al. 6). Mellemværker viser tilpasning og tæthed CNTs. (C) semicylindrisk CNT søjler fortætter og vippe under kapillær formning, danner skrå bjælker (billedet ændret fra Zhao et al. 7). Klik her for at se større figur .

Figur 5
Figur 5. Vigtige skridt i CNT negativ skimmel fabrikation og replika støbning. (A) Klargøring af PDMS negativ-form. (B) afgasning af negativ-form. (C) Manuel afformning af den negative, og støbning af SU-8 replika.

Figur 6
Figur 6. Sammenligning af (a) CNT/SU-8 master og (b) replika micropillar strukturer udviser high fidelity replikation af mikroskala form og nanoskala struktur (dvs. sidevægge og øvre overflade), over et stort område (billede modificeret fra COPIC et al. 5). Klik her for at se større figur .

Figur 7
Figur 7. Høj aspekt-forholdet (HAR) og bukkede CNT mikrostrukturer og deres polymere replikaer. (A) forøget densitet CNT honeycomb med tilsvarende SU8-CNT master og SU8 replika. (B) Master og replika af skrå CNT mikrobrond (billedet ændret fra COPIC et al. 5). (C) forøget densitet snoede CNT micropillars med master og kopi af de enkelte struktur (billedet ændret fra De Volder et al. 4). De bikagestrukturer i (a) har væg bredde på 400 nm og en højde på 20 um.= "Http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg" target = "_blank"> Klik her for at se større figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Litografiske mønster og forberedelse af CNT katalysator substrater er ligetil og gentages, men at opnå en konsekvent CNT vækst kræver omhyggelig opmærksom på, hvordan højden og tætheden af ​​CNT skove er påvirket af den omgivende fugtighed og tilstanden af ​​væksten røret. Det er vores erfaring, er mønstre større end 1000 um 2 mindre følsom over for små udsving i de forarbejdningsbetingelser. Yderligere er densiteten af mønstrene stykker påvirker væksten densitet og højden 8. Vækst densitet og højde er større for mønstre med fyld fraktion (totalt areal af katalysator divideret med den samlede substrat areal) større end omkring 20%. Det er også vigtigt vigtigt at holde væksten røret rense og bage ud af røret mellem konsekutive vækster at fjerne akkumulerede kulaflejringer. Røret bagning udføres ved opvarmning af røret i 30 minutter ved 875 ° C med 100 sccm af luftstrømmen. Endvidere CNT vækst afhængers på den temperatur, gassammensætning og opholdstid for gassen i ovnen. Således er det ofte nødvendigt at empirisk finde "sweet spot" i nogen vækst system, og placeringen af ​​prøverne i fremgangsmåden anført her, er baseret på sweet spot for vores rørovn og procesparametre.

De vigtigste egenskaber ved vore CNT skove til fortætning og efterfølgende fører formdannelse er deres tilpasning, pakningstæthed og adhæsion til substratet. Når CNT mikrostrukturer ætses ved kort eksponering til oxygen plasma er den øverste "skorpe" af sammenfiltrede CNTs fjernet. Dette skorpe begrænser CNT skov lateralt, og derfor fjernes skorpen muliggør større fortætning af CNTs og øger mængden af ​​slip, der opstår mellem CNTs under fortætning trin. Desuden kan CNT diameter indstilles af katalysatoren filmtykkelsen og de hærdningsbetingelser, der går forud injektion af carbonhydrid kilden til CVD furnace 9. Ved at indstille de hærdningsbetingelser og eventuelt ætsning af CNTs har vi afstemt til fortætning faktor fra ca 5X til 30X 6. Og er adhæsionen af ​​CNTs til substratet øges ved hurtig afkøling af substraterne i væksten atmosfæren umiddelbart efter afslutningen af ​​den programmerede væksten tid. I dette tilfælde er ovnen indkapslingen åbnes og varmelegemet er slukket, medens væksten gasblandingen stadig strømmer gennem ovnen røret. Disse oplysninger er diskuteret grundigt i vores andre publikationer citeret heri.

For at opnå konsistent CNT fortætning skal man undgå overskydende opløsningsmiddel kondensation på substratet. Overdreven kondensvand forårsager CNT strukturer blive oversvømmet, hvilket kan slå sig, flade, eller delaminere has mikrostrukturer. Den ønskede mængde af kondensation til fuldt fortætte CNTs afhænger både af højde og tæthed af mikrostrukturer. I vores praktiskce, mængden af ​​opløsningsmiddel kondensation overvåges ved at tælle antallet af "bølger" af opløsningsmiddel, som fejer hen over substratet. Farverige bølger repræsenterer optiske interferensmønstre grund af tynde film af kondenseret væske på substratet. For typiske mikrostrukturer med dimensioner 10-100 um, der er mellem 1 og 5 bølger kræves i vores setup. Derfor kan mængden af ​​opløsningsmiddel i bægeret vælges i overensstemmelse hermed, eller prøven kan fjernes fra bægeret efter at det ønskede antal bølger har passeret.

Master formdannelse er stærkt afhængig af SU-8 infiltration og dannelsen af ​​SU-8-CNT nanokompositmateriale. SU-8 infiltration er let opnåelig på grund af befugtningen af ​​CNTs af SU-8. Udvælgelse af SU-8 viskositet og centrifugering hastigheder bestemmer SU-8 volumenfraktion og glathed af sidevæggene på master struktur. SU-8 væger til de enkelte CNT strukturer og, afhængigt af afstanden mellem strukturer, kan alså væge i mellemrummene mellem CNT strukturer. Dette kan resultere i en tynd film af SU-8 tilbage mellem tætliggende strukturer, og tykkelsen af ​​denne film kan indstilles ved at vælge SU-8 viskositet og centrifugering. Den angivne spin-hastigheder fører til fuldstændig infiltreret strukturer med højder fra 10 til 300μm og billedformater fra 0,2 til 20. Disse procesbetingelser bevare overfladestruktur CNT strukturer, dvs sidevæggene og øvre overflader ikke buler udad med overskydende SU-8.

Vakuum støbning af PDMS negative en robust fremgangsmåde og afhænger af den første monomer til krydsbinder forholdet og hærdningsbetingelser. Et forhold på 10:01 monomer: krydsbinder anvendes til de fleste støbning, men støbning has strukturer (AR> 10) med højt udbytte og genindtrædende strukturer forbliver en udfordring. Has strukturer kræver en blandingsforhold på 8:1 på grund af forøget stivhed og reduceret adhæsion af den negative. En afformning middel, såsomfluoreret silan 10, kan anvendes til yderligere at reducere separation kraft minimerer belastningen på master mikrostrukturer under afformning og stærkt forøge udbyttet. Når støbning replikaer afgasning er ikke nødvendigt på grund af den langvarige bagning. Afgasning blev fundet at føre til en uensartet replikation på grund af uensartet afdampning af SU-8 opløsningsmiddel.

Den væsentligste fordel ved CNT fører teknologi er evnen til at danne stærke master-funktioner med hierarkiske strukturer, høje billedformat, og en hældende eller buet former. Men det kræver omhyggelig justering af de CNT vækstbetingelser for at opnå en ensartet og konsekvent begynder mønstre, praktisk beherskelse af den kapillære formningstrin, og gennemførelse af SU-8 infiltration og replikation skridt til at give high-fidelity kopier af master former. De nøjagtige parametre kan variere afhængigt af geometrien af ​​de ønskede strukturer, og må ikke opfattes før mange iterativ trials udføres. Desuden mængden af ​​fortætning grund kapillær dannelse fordi afhænger af densiteten og rethed af CNTs vil forudsigelse af de nøjagtige dimensioner af de komprimerede CNT strukturer kræver kalibrering eksperimenter for at bestemme fortætning faktor. Ikke desto mindre kan vores metode have vigtige fordele, hvis hierarkisk struktur og / eller 3D polymer funktioner der ønskes, og / eller hvis de forbedrede egenskaber af CNT strukturer (i hvert endpoint i processen) ønskes. Disse forbedrede egenskaber kan omfatte mekanisk robusthed, termisk eller elektrisk ledningsevne master strukturer, eller andre lignende egenskaber CNT træk selv.

Sammenfattende har vi vist en alsidig fremgangsmåde til præcis dannelse heterogene CNT mikrostrukturer med kapillar formning, infiltrere dem, og efterfølgende gengive dem i SU-8. I vores tidligere arbejde har vi vist et 25-fold replikationssekvens er mulig uden eny beskadigelse af negative eller fidelity reduktion af kopier 5. Fordi vor fremgangsmåde er baseret på replika støbning at støbe replikaer en række materialer kan anvendes i fremtiden stedet for SU-8, herunder PU, PMMA, PDMS, og selv ved lav temperatur metaller. Andre CNT vækst procedurer og strukturer, fremstillet af andre nanoskala filamenter (f.eks uorganiske nanotråde, biofilaments) kan potentielt tjene som ramme for nye master-mug-arkitekturer som godt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter erklæret.

Acknowledgments

Denne forskning blev støttet af nanofabrikation program for National Science Foundation (CMMI-0.927.634). Davor COPIC blev støttet delvist af Rackham Merit Fellowship Program ved University of Michigan. Sameh Tawfick anerkender delvis støtte fra Rackham Predoctoral Fellowship. Michael De Volder blev støttet af den belgiske fond for videnskabelig forskning - Flandern (FWO). Microfabrication blev udført på Lurie nanofabrikation Facility (LNF), som er medlem af National Nanotechnology Infrastructure Network og elektronmikroskopi blev udført på Michigan Electron Microbeam Analysis Laboratory (EMAL).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4" diameter <100> silicon wafers coated with SiO2 (300 nm) Silicon Quest Custom
Positive photoresist MicroChem SPR 220-3.0
Hexamethyldisilizane (HMDS) MicroChem
Developer AZ Electronic Materials USA Corp. AZ 300 MIF
Sputtering system Kurt J. Lesker Lab 18 Sputtering system for catalyst deposition
Thermo-Fisher Minimite Fisher Scientific TF55030A Tube furnace for CNT growth
Quartz tube Technical Glass Products Custom 22 mm ID × 25 mm OD 30" length
Helium gas PurityPlus He (PrePurified 300)
Hydrogen gas PurityPlus H2 (PrePurified 300) UHP
Ethylene gas PurityPlus C2H4 (PrePurified 300) UHP
Perforated aluminum sheet McMaster-Carr 9232T221 For holding sample above densification beaker
UV flood lamp Dymax Model 2000
SU-8 2002 MicroChem SU-8 2002
Polydimethylsiloxane (PDMS) Dow Corning Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Xia, Y. N., Whitesides, G. M. Soft lithography. Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).
  2. Xia, Y. Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing. Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).
  3. Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. Chemistry of Carbon Nanotubes. Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).
  4. De Volder, M. Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes. Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).
  5. Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M. F. L., Hart, A. J. Fabrication of high-aspect-ratio polymer microstructures and hierarchical textures using carbon nanotube composite master molds. Lab on a Chip. 11, 1831-1837 (2011).
  6. De Volder, M. F. L., Park, S. J., Tawfick, S. H., Vidaud, D. O., Hart, A. J. Fabrication and electrical integration of robust carbon nanotube micropillars by self-directed elastocapillary densification. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 045033-04 (2011).
  7. Zhao, Z. Bending of nanoscale filament assemblies by elastocapillary densification. Physical Review E. 82, 041605 (2010).
  8. De Volder, M. F. L., Vidaud, D. O., Meshot, E. R., Tawfick, S., Hart, A. J. Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars. Microelectronic Engineering. 87, 1233-1238 (2010).
  9. Nessim, G. D. Tuning of Vertically-Aligned Carbon Nanotube Diameter and Areal Density through Catalyst Pre-Treatment. Nano Letters. 8, 3587-3593 (2008).
  10. Pokroy, B., Epstein, A. K., Persson-Gulda, M. C. M., Aizenberg, J. Fabrication of Bioinspired Actuated Nanostructures with Arbitrary Geometry and Stiffness. Advanced Materials. 21, 463-469 (2009).

Tags

Mechanical Engineering fysik Carbon nanorør mikrostruktur fabrikation støbning overførsel polymer
Fabrication, fortætning og Replica Molding af 3D kulstof nanorør mikrostrukturer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., … More

Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M., Hart, A. J. Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures. J. Vis. Exp. (65), e3980, doi:10.3791/3980 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter