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Chemistry

Origami प्रेरणा नमूनों और Reconfigurable कण के स्व विधानसभा

doi: 10.3791/50022 Published: February 4, 2013

Summary

हम दो आयामी व्यापारियों (2 डी) से नमूनों और reconfigurable कणों के संश्लेषण के प्रायोगिक विवरण का वर्णन करता है. इस पद्धति polyhedra और तराजू लंबाई लोभी उपकरणों के सूक्ष्म से सेंटीमीटर पैमाने को लेकर सहित आकार के एक किस्म में कण पैदा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

Abstract

Photolithography, इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी और नरम लिथोग्राफी है कि ठीक दो आयामी संरचना (2 डी) पैटर्न के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जैसे कई तकनीक हैं. इन प्रौद्योगिकियों परिपक्व हो रहे हैं, उच्च परिशुद्धता की पेशकश कर रहे हैं और उनमें से कई एक उच्च throughput तरीके में लागू किया जा सकता है. हम planar लिथोग्राफी लाभ का लाभ उठाने और उन्हें आत्म - तह तरीकों 1-20 जिसमें शारीरिक सतह तनाव या अवशिष्ट तनाव से प्राप्त बलों, तीन आयामी (3 डी) संरचनाओं में वक्र या गुना planar संरचनाओं के लिए उपयोग किया जाता है के साथ गठबंधन है. ऐसा करने में, हम इसे संभव बनाने के लिए बड़े पैमाने पर ठीक स्थिर और reconfigurable कणों नमूनों का उत्पादन है कि synthesize चुनौती दे रहे हैं.

इस पत्र में, हम विस्तार से प्रयोगात्मक नमूनों कण पैदा प्रोटोकॉल कल्पना, विशेष रूप से, (क) स्थायी रूप से बंधुआ, खोखले, polyhedra स्वयं को इकट्ठा और तरलीकृत 21-23 टिका की सतह ऊर्जा के न्यूनतम करने के लिए कारण आत्म - सीलऔर (ख) grippers कि आत्म - गुना अवशिष्ट तनाव संचालित 24,25 टिका के कारण है. विशिष्ट वर्णित प्रोटोकॉल समग्र सुक्ष्ममापी से सेंटीमीटर लंबाई तराजू को लेकर आकार के कणों के साथ बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अलावा, मनमाना पैटर्न कोलाइडयन विज्ञान, इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रकाशिकी और चिकित्सा में महत्व के कणों की सतह पर परिभाषित किया जा सकता है. अधिक आम तौर पर, आत्म सील टिका के साथ स्वयं कोडांतरण के यंत्रवत् कठोर कणों की अवधारणा लागू कणों के निर्माण के लिए कुछ प्रक्रिया संशोधनों, में भी छोटे, 100 एनएम लंबाई 22 तराजू, के साथ 26 और 21 धातुओं सहित सामग्री की एक श्रृंखला के साथ है, अर्धचालकों 9, और 27 पॉलिमर. Reconfigurable लोभी उपकरणों के अवशिष्ट तनाव संचालित actuation के लिए सम्मान के साथ, हमारे विशिष्ट प्रोटोकॉल 100 सुक्ष्ममापी से 2.5 मिमी से लेकर आकार के साथ उपकरणों के लिए प्रासंगिक क्रोमियम टिका का उपयोग किया जाता है. हालांकि अधिक आम तौर पर, इस तरह के पगहा मुक्त अवशिष्ट तनाव की अवधारणासंचालित actuation heteroepitaxially जमा अर्धचालक 5,7 फिल्मों जैसे वैकल्पिक उच्च तनाव की सामग्री के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है और संभवतः भी छोटे nanoscale लोभी उपकरणों को बनाने.

Protocol

हम पहली बार एक सामान्य प्रोटोकॉल है कि नमूनों, सील कणों और reconfigurable लोभी उपकरणों के निर्माण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है वर्णन. सामान्य प्रोटोकॉल के साथ साथ, हम दोनों सील dodecahedral कणों के निर्माण और reconfigurable microgrippers के लिए एक विशिष्ट, visualized उदाहरण प्रदान करते हैं.

1. मास्क तैयारी और डिजाइन नियम

  1. आमतौर पर, कम से कम दो मुखौटा सेट की जरूरत है, क्षेत्रों है कि मोड़ या नहीं वक्र के लिए (कठोर पैनलों) और अन्य क्षेत्रों के लिए है कि मोड़, वक्र, या सील (टिका). अतिरिक्त मास्क pores, आणविक पैच, ऑप्टिकल या इलेक्ट्रॉनिक तत्वों की सतह पैटर्न को परिभाषित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है. मास्क दो आयामी ऐसे AutoCAD, Adobe Illustrator, मुक्तहस्त एमएक्स या लेआउट संपादक के रूप में वेक्टर ग्राफिक्स सॉफ्टवेयर प्रोग्राम की एक किस्म का उपयोग कर बनाया जा सकता है.
  2. अनुभवजन्य अध्ययनों को निम्नलिखित मास्क पैदा करने के लिए इष्टतम डिजाइन नियम है कि सतह संचालित एक नीति के तनाव तह के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है सुझावओर लंबाई एल yhedron
    1. एक विशेष polyhedral ज्यामिति के लिए पैनल की संख्या 1 के लिए निर्धारित किया जाना चाहिए. उदाहरण के लिए, एक घन छह वर्ग पैनल है, जबकि एक द्वादशफ़लक बारह पंचकोना पैनल है.
    2. उच्च उपज दो पैनलों के आयामी व्यवस्था भी कहा जाता है, शुद्ध करने के लिए बाहर सोचा जा जरूरत है. जाल है कि परिचलन के निम्नतम त्रिज्या और माध्यमिक शिखर कनेक्शन के सबसे बड़ी संख्या है आम तौर पर सबसे अधिक पैदावार के साथ इकट्ठा करेंगे. cubes के रूप में इस तरह के polyhedra की एक किस्म के लिए अनुकूलतम जाल, octahedra, dodecahedra, octahedra, छोटा icosahedra कर रहे हैं, 28 23, प्रकाशित.
    3. पैनल मुखौटा, polyhedra के पैनल के जाल के रूप में तैयार किया जाना चाहिए और आसन्न पैनलों चौड़ाई का एक अंतर है कि लगभग 0.1L द्वारा दूरी पर होना चाहिए. रजिस्ट्री निशान काज मुखौटा के साथ बाद में संरेखण के लिए आवश्यक हैं.
    4. काज मुखौटा, दोनों तह में पैनल के बीच टिका है और ताला लगा या सील टिका (पैनल के किनारों पर)परिभाषित किया जाना चाहिए. तह टिका है, 0.8L और 0.2L की चौड़ाई की लंबाई है, जबकि पैनल के परिधि में टिका सील 0.05L (चित्रा 1 एसी) के एक की अधिकता के साथ 0.1L और 0.8L चौड़ाई के लंबाई होना चाहिए चाहिए. विशेष देखभाल करने के लिए सुनिश्चित करने के लिए लिया जाना चाहिए कि रजिस्ट्री के साथ पैनल और काज मास्क उपरिशायी,. इस डिजाइन नियम के साथ, हम 15 सुक्ष्ममापी से 2.5 सेमी से लेकर आकारों के साथ कणों synthesize करने में सक्षम किया गया है.
    5. काज की मात्रा तह कोण को नियंत्रित करता है, और एक दिया काज चौड़ाई के लिए, परिमित तत्व मॉडलिंग काज की आवश्यक मोटाई का निर्धारण करने के लिए आवश्यक है. पाठक प्रकाशित सभी मॉडल 29-32 संदर्भित किया जाता है इस मोटाई का अनुमान है. हालांकि, हमारे दृष्टिकोण की आकर्षक फीचर ताला लगा या सील टिका है जो आत्म - तह के दौरान काफी त्रुटि सहनशीलता प्रदान का उपयोग है. इसलिए, जब सील टिका उपयोग किया जाता है, विधानसभा की प्रक्रिया काज मात्रा में विचलन के लिए सहनशील है, उन्हें केवल लगभग टा अनुमतिrgeted. महत्वपूर्ण cooperativity के कारण विधानसभा के दौरान, 116.57 ° गुना कोण के साथ dodecahedra भी बड़े पैमाने पर उत्पादन किया गया है. इसके अलावा, octahedra छोटा कर दिया ° 125.27 और 109.47 ° के दो अलग डिहेड्रल कोण है, लेकिन एक ही काज संस्करणों का उपयोग कर इकट्ठा किया जा सकता है. सील टिका की एक और लाभ यह है कि तह प्रक्रिया के दौरान हीटिंग पर एक दूसरे के साथ फ्यूज करने के लिए आसन्न टिका है, ठंडा होने पर कसकर मोहरबंद, सहज और कठोर कण पैदा.
  3. अनुभवजन्य अध्ययनों microgrippers के मुखौटे है कि अवशिष्ट तनाव संचालित टिका की वजह से गुना के लिए निम्नलिखित इष्टतम डिजाइन के नियमों का सुझाव देते हैं. टिप - टिप 600-900 सुक्ष्ममापी की लंबाई (डी) के एक microgripper, काज अंतर (छ) आम तौर पर लगभग 50 सुक्ष्ममापी (1 चित्रा df), जबकि 300 सुक्ष्ममापी की एक विकास के साथ छोटे microgrippers, एक छोटे जी के लिए चारों ओर 25 मीटर का उपयोग किया जाना चाहिए. काज अंतराल के आयाम तनाव मोटाई, और लोचदार कॉन्टे पर निर्भरअंतर्निहित फिल्मों और बहुपरत विश्लेषणात्मक समाधान के एनटीएस लगभग 25,33 तह हद तक अनुमान किया जा सकता है. तनाव और परिमित तत्व मॉडलिंग की सटीक माप ठीक तह अनुकरण करने के लिए आवश्यक है. अनुभवजन्य अध्ययन बताते हैं कि लगभग 100 सुक्ष्ममापी बल दिया क्रोमियम टिका के साथ कणों के लिए सीमा से कम है.
  4. लेआउट डिजाइनिंग के बाद, मास्क पारदर्शिता पर या तो घर में उच्च संकल्प प्रिंटर का उपयोग फिल्मों या वाणिज्यिक के आउटलेट के एक किस्म (2a चित्रा) के माध्यम से मुद्रित किया जाना चाहिए. आमतौर पर, पारदर्शिता फिल्मों 6 सुक्ष्ममापी की न्यूनतम सुविधा आकार के साथ ही इस्तेमाल किया जाना चाहिए, जबकि क्रोम मास्क छोटे काज अंतराल या सुविधाओं के साथ संरचनाओं के लिए आवश्यक हैं. विशिष्ट फ़ाइल वाणिज्यिक मास्क को आदेश देने के लिए आवश्यक है ". dxf" है.

2. सब्सट्रेट तैयारी

  1. गिलास स्लाइड या सिलिकॉन wafers के रूप में इस तरह के फ्लैट substrates के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए.
  2. अच्छा आसंजन के लिए, यह छोटा सा भूत हैortant substrates के लिए स्वच्छ और सूखी. यह आम तौर पर मेथनॉल, एसीटोन, और isopropyl शराब (आईपीए) के साथ substrates साफ करने के लिए पर्याप्त है, नाइट्रोजन (2 एन) के साथ उन्हें सूखी और फिर उन्हें एक गर्म थाली पर या एक ओवन में 150 डिग्री पर 5-10 मिनट के लिए सी गर्मी.

3. बलि परत के बयान

आदेश में patterning के बाद सब्सट्रेट से टेम्पलेट्स को रिलीज करने के लिए, एक बलि परत की आवश्यकता है. या तो धातु से बनी फिल्मों की एक किस्म (जैसे, तांबा), (जैसे, एल्यूमिना) dielectrics या पॉलिमर (जैसे, PMMA, PVA, CYTOP आदि) का उपयोग किया जा सकता है. जब एक बलि फिल्म का चयन महत्वपूर्ण विचार बयान और सामग्री और खोदना चयनात्मकता के विघटन के आराम कर रहे हैं.

4. पैनलों Patterning

  1. कणों के पैनल का मतलब है की एक किस्म के द्वारा जमा किया जा सकता है. Polymeric कणों के लिए फिल्मों कोटिंग स्पिन या ड्रॉप कास्टिंग द्वारा जमा कर रहे हैं. के लिएधातु के कणों, electrodeposition या थर्मल वाष्पीकरण उपयोग किया जा सकता है.
  2. धातु के कणों के निर्माण के लिए यह जरूरी है कि बलि परत लेपित सब्सट्रेट एक प्रवाहकीय परत जोड़ने के लिए पैनलों और टिका की electrodeposition की सुविधा.
  3. पैनल photolithography, मोल्डिंग, लिथोग्राफी nanoimprint या इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के रूप में किसी भी lithographic प्रक्रिया नमूनों का उपयोग किया जा सकता है. एक ठेठ photolithography प्रक्रिया कोटिंग सब्सट्रेट परत photoresist, तो पकाना, उजागर और प्रति निर्माता की सिफारिश के रूप में विकसित करना शामिल है. SPR, AZ या अनुसूचित जाति श्रृंखला के रूप में photoresists इस्तेमाल किया जा सकता है, वैकल्पिक रूप से, पैनल SU8, PEGDA, या photocrosslinkable PDMS के रूप में photocrosslinkable पॉलिमर का उपयोग कर परिभाषित किया जा सकता है. Photoresist और मोटाई, इसलिए स्पिन गति, जोखिम और विकास के समय की पसंद पर निर्भर करता है तदनुसार समायोजित करने की आवश्यकता होगी.
  4. Photolithography बाद, धातु गड्ड के आकार पर निर्भर करता हैcles, electrodeposition द्वारा मोटी पैनलों का गठन किया जा सकता है, है जबकि पतली पैनलों वाष्पीकरण या sputtering द्वारा परिभाषित किया जा सकता है.
    1. पैनल के electrodeposition के लिए, electrodeposition और स्नान की दक्षता के फैराडे कानून electroplating कुल उजागर पैनल की सतह क्षेत्र के आधार पर वर्तमान की गणना करने के लिए किया जाना चाहिए. निकल लिए विशिष्ट वर्तमान घनत्व (नी) और मिलाप चढ़ाना (पंजाब एस.एन.) क्रमश: 1-10 एमए / सेमी 2 और 20-50 एमए / 2 सेमी के बीच रहे हैं.

5. टिका Patterning

पैनलों के patterning के लिए इसी प्रकार, पैटर्न टिका के क्रम में, photolithography के एक दूसरे दौर के लिए किया जा काज मुखौटा (चित्रा 2b ग) का उपयोग करने की जरूरत है. पैनल और काज मास्क पर रजिस्ट्री अंक करने के लिए उचित संरेखण सुनिश्चित मढ़ा जा जरूरत है.

  1. सतह तनाव प्रेरित विधानसभा के लिए, पैनलों और टिका के लिए सामग्री चुना जा काज सामग्री इतनी है कि एक कम है चाहिएएर पैनलों से पिघल बिंदु और इसलिए पैनल कठोर रहता है जबकि टिका पिघल रहे हैं. विधानसभा तब होता है जब टेम्पलेट्स काज सामग्री के पिघलने बिंदु से ऊपर गरम कर रहे हैं. नी पैनल के साथ धातु के कणों के मामले में, उदाहरण के लिए, हम electrodeposit टिका जो 200 ~ पिघला देता है पर पंजाब एस.एन. मिलाप डिग्री सेल्सियस और तह प्रांप्ट करता है. इसी तरह, SU8 पैनल के साथ polymeric कणों के मामले में, हम जमा पॉलिकैप्रोलैक्टोन टिका है जो 58 ~ इकट्ठा डिग्री सेल्सियस 27 प्रक्रिया सबसे अच्छा काम करता है जब काज सामग्री काज क्षेत्र के भीतर reflow दौरान टिकी है, यानी यह सब से अधिक फैल नहीं करता पैनलों और पैनल से पूरी तरह से नहीं dewet. यह pinning उपयुक्त गीला विशेषताओं और चिपचिपाहट के साथ सामग्री के चयन के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है.
  2. पतली फिल्म आत्म - तह प्रेरित तनाव के मामले में, टिका पैनल patterning पहले नमूनों चाहिए. आमतौर पर, काज एक differentially बल bilayer से बना होने की जरूरत है,क्रोमियम (सीआर) या zirconium (Zr) और (एयू) सोने या तांबे (कॉपर) के रूप में एक अपेक्षाकृत बलरहित धातु के रूप में जोर दिया धातु से बना है. उदाहरण के लिए, 50 सुक्ष्ममापी काज अंतर के साथ microgrippers के लिए, हम एक 50 एनएम करोड़ और 100 एनएम Au से बना bilayer का उपयोग करें. Differentially पर बल दिया धातु bilayers के अलावा विभिन्न प्रकार से 34-37 पॉलिमर पर बल दिया, SiOx 38 epitaxial या अर्धचालक 5 परतों परतों का भी उपयोग किया जा सकता है.
  3. पतली फिल्म आत्म - तह प्रेरित तनाव के लिए, एक थर्मामीटरों के प्रति संवेदनशील polymeric ट्रिगर परत उपकरणों इतना है कि संरचना अनायास सब्सट्रेट से रिहाई पर गुना नहीं विवश करने के लिए उपयोग किया जाना चाहिए. ट्रिगर सामग्री और मोटाई का उपयुक्त विकल्प विभिन्न उत्तेजनाओं उत्तरदायी गुणों के साथ उपकरणों वृत्तिदान कर सकते हैं. उदाहरण के लिए, patterning 1.5 काज क्षेत्र में मोटी photoresist सुक्ष्ममापी (S1800 श्रृंखला) उपकरणों फ्लैट रखने के लिए जब तक वे 37 ~ गरम कर रहे हैं ° C तह को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त है.

  1. नमूनों 2D टेम्पलेट्स को रिहा करने के लिए, बलि परत उपयुक्त etchants (चित्रा 2d) द्वारा भंग होने की जरूरत है.
  2. सतह के तनाव विधानसभा संचालित है, जारी planar व्यापारियों काज सामग्री के पिघलने बिंदु से ऊपर गर्म करने की आवश्यकता है. गर्म करने पर टिका तरलीकृत और व्यापारियों को उचित आकार का खोखला कणों (चित्रा 2e-i) में इकट्ठा.
  3. पतली फिल्म तनाव प्रेरित मोड़ने के लिए, तह के बाद संरचनाओं सब्सट्रेट से और सही प्रोत्साहन के लिए जोखिम पर, उदाहरण के लिए, हीटिंग पर जारी किया जाता है, इसलिए कि ट्रिगर softens और अब बल दिया bilayer टिका की छूट constrains चालू किया जा सकता है. चूंकि लोभी उपकरणों ferromagnetic हैं और वे निर्देशित किया जा सकता है तैनात और उपयुक्त कार्गो के निकट यह (चित्रा-n 2j) के आसपास गुना ट्रिगर. यह उल्लेखनीय है कि ऊतक exciसायन इस तरह के ट्रिगर 25 तह का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है.

उदाहरण 1. आत्म इकट्ठे, स्थायी रूप से बंधुआ, 300 सुक्ष्ममापी आकार खोखला dodecahedra (3 चित्रा में योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व) संचालित सतह तनाव के निर्माण के लिए प्रोटोकॉल:

  1. मास्क के रूप में चरण 1 में समझाया तैयार 300 सुक्ष्ममापी पैनल बढ़त लंबाई के साथ dodecahedra के निर्माण के लिए एक पैनल द्वादशफ़लक के पंचकोना पैनलों 30 सुक्ष्ममापी द्वारा अलग स्थान दिया गया है मुखौटा आकर्षित. एक काज मुखौटा आकर्षित जहां तह और सील टिका 240 सुक्ष्ममापी x 60 सुक्ष्ममापी के आयामों और 240 सुक्ष्ममापी x 30 सुक्ष्ममापी क्रमशः.
  2. एक सिलिकॉन वफ़र के रूप में चरण 2 में समझाया सब्सट्रेट तैयार.
  3. स्पिन कोट ~ 5.5 सिलिकॉन वेफर्स पर 1,000 rpm पर 950 A11 PMMA की मोटी परत सुक्ष्ममापी,. 3 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें और फिर 60 सेकंड के लिए 180 डिग्री सेल्सियस पर यह सेंकना.
  4. एक थर्मल बाष्पीकरण, जमा एक आसंजन प्रमोटर और 150 एनएम तांबे के रूप में 30 एनएम (सीआर) के रूप में टी (घन) क्रोमियम का उपयोगवह परत का आयोजन.
  5. स्पिन कोट ~ 10 wafers पर 1,700 rpm पर SPR220 मोटी सुक्ष्ममापी. 3 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें.
  6. एक hotplate पर 60 डिग्री सेल्सियस पर 30 सेकंड के लिए वफ़र रखने एक softbake रैंप प्रदर्शन करना. फिर एक और hotplate पर 115 डिग्री सेल्सियस पर 90 सेकंड के लिए वफ़र हस्तांतरण और फिर वापस करने के लिए 60 डिग्री सेल्सियस 30 सेकंड के लिए.
  7. कमरे के तापमान पर वेफर्स शांत और 3 घंटे के लिए प्रतीक्षा करें.
  8. पैनल का उपयोग कर ~ 460 / MJ यूवी प्रकाश के 2 सेमी (365 एनएम) और एक पारा आधारित मुखौटा aligner मुखौटा वेफर्स बेनकाब.
  9. 2 मिनट के लिए MF-26A डेवलपर में विकास और डेवलपर समाधान को बदलने के लिए और एक और 2 मिनट के लिए विकसित करना.
  10. कुल पैनल क्षेत्र की गणना और इसे उपयोग करने के लिए वर्तमान एमए / 2 सेमी 8 सुक्ष्ममापी की एक मोटाई 1-10 लगभग एक दर पर एक वाणिज्यिक निकल sulfamate समाधान से नी electrodeposit की आवश्यकता की गणना.
  11. एसीटोन के साथ photoresist भंग. आइपीए मे से कुल्ला, और एन 2 गैस के साथ सूखी.
  12. स्पिन कोट ~ 10 मोटी SPR सुक्ष्ममापी220 wafers पर 1,700 rpm पर. 3 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें.
  13. एक hotplate पर 60 डिग्री सेल्सियस पर 30 सेकंड के लिए वफ़र रखने एक softbake रैंप प्रदर्शन करना. फिर एक और hotplate 115 डिग्री सेल्सियस पर 90 सेकंड के लिए वफ़र हस्तांतरण और फिर वापस करने के लिए 60 डिग्री सेल्सियस 30 सेकंड के लिए.
  14. कमरे के तापमान पर वेफर्स शांत और 3 घंटे के लिए प्रतीक्षा करें.
  15. काज ~ 460 / MJ यूवी प्रकाश के 2 सेमी (365 एनएम) और एक पारा आधारित मुखौटा aligner का उपयोग कर मुखौटा वेफर्स बेनकाब. सुनिश्चित करें कि रजिस्ट्री के निशान तो गठबंधन कर रहे हैं कि टिका है, पैनल के साथ जुड़ रहे हैं.
  16. 2 मिनट के लिए MF-26A डेवलपर में विकास और डेवलपर समाधान को बदलने के लिए और एक और 2 मिनट के लिए विकसित करना.
  17. एक हीरे कटर का उपयोग, छोटे टुकड़ों में वफ़र तो काट कि वफ़र की एक टुकड़ा ~ 50-60 जाल. नेल पॉलिश के साथ टुकड़े के किनारों कोट.
  18. कुल उजागर काज क्षेत्र की गणना और यह का उपयोग करने के लिए एक वाणिज्यिक मिलाप चढ़ाना समाधान से appro की एक दर पर electrodeposit पंजाब मिलाप एस.एन. आवश्यक वर्तमान की गणना20-50 ximately एमए / 15 सुक्ष्ममापी की एक मोटाई 2 सेमी.
  19. एसीटोन में photoresist भंग. आईपीए के साथ वफ़र टुकड़े कुल्ला, और एन 2 गैस के साथ सूखी.
  20. Etchant ए पी एस 100 में 25-40 सेकंड के लिए वफ़र टुकड़ा विसर्जित करने के लिए आसपास के घन परत भंग. डि पानी से कुल्ला और एन 2 गैस के साथ सूखी.
  21. CRE-473 etchant में 30-50 सेकंड के लिए वफ़र टुकड़ा विसर्जित करने के लिए आसपास के सीआर परत भंग. डि पानी से कुल्ला और एन 2 गैस के साथ सूखी.
  22. ~ (एन एम पी) 1 - मिथाइल 2 - Pyrollidinone और गर्मी 100 ° C 3-5 मिनट के लिए जब तक टेम्पलेट्स सब्सट्रेट से जारी कर रहे हैं. 2-3 मिलीलीटर में वफ़र टुकड़ा विसर्जित कर दिया
  23. स्थानांतरण ~ एक छोटे से पेट्री डिश में 20-30 टेम्पलेट्स और उन्हें समान रूप से वितरित.
  24. ~ Indalloy 5RMA तरल प्रवाह के NMP और ~ 5-7 बूंदों की 3-5 मिलीलीटर जोड़ें.
  25. 100 पर हीट ° C 5 मिनट के लिए. इस चरण में, Indalloy 5RMA तरल प्रवाह साफ है और किसी भी गठन मिलाप पर ऑक्साइड परत घुल और इस तरह अच्छा मिलाप refl सुनिश्चित करता हैपिघलने बिंदु से ऊपर हीटिंग ओउ.
  26. 150 hotplate तापमान बढ़ाएँ ° सी 5 मिनट के लिए और फिर धीरे धीरे इसे 200 के लिए वृद्धि ° C जब तक तह होता है. जब तापमान 200 की वृद्धि हुई है ° C तह 5-8 मिनट के बाद शुरू होता है. मिश्रण भूरा बारी के रूप में इसे जला करने के लिए शुरू हो सकता है.
  27. जब dodecahedra जोड़ दिया है, पकवान शांत करने के लिए अनुमति देते हैं. डिश के लिए एसीटोन जोड़ें, तरल पिपेट, और एसीटोन और फिर इथेनॉल में dodecahedra कुल्ला.
  28. स्टोर इथेनॉल में dodecahedral कणों.

उदाहरण 2. Reconfigurable के निर्माण, पतली फिल्म तनाव संचालित स्वयं तह थर्मामीटरों के प्रति संवेदनशील microgrippers (4 चित्र में योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व) के लिए प्रोटोकॉल:

  1. चरण 1 में बताया मास्क तैयार. मास्क डिजाइन तो grippers टिप - टिप की लंबाई 111 सुक्ष्ममापी की केंद्रीय पैनल पक्ष लंबाई और 50 सुक्ष्ममापी के काज अंतर के साथ 980 सुक्ष्ममापी है. ठेठ काज और पैनल मास्क तैयार किया जा सकता है similगिरफ्तारी डे 1 चित्रा.
  2. सिलिकॉन वेफर्स चरण 2 में समझाया तैयार करो.
  3. जमा 15 एनएम सीआर आसंजन और 50-100 एनएम घन बलि परतों एक थर्मल बाष्पीकरण का उपयोग.
  4. स्पिन - कोट ~ 3 S1827 मोटी सुक्ष्ममापी स्पिन coater 3,000 rpm पर. 3 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें और फिर 115 डिग्री सेल्सियस पर एक hotplate पर 1 मिनट के लिए वफ़र सेंकना.
  5. ~ 180 MJ सेमी / 2 यूवी प्रकाश (365 एनएम) एक मुखौटा aligner और काज मुखौटा का उपयोग को बेनकाब.
  6. 05:01 पतला 351 डेवलपर में 40-60 सेकंड के लिए विकास करना. डि पानी से कुल्ला और एन 2 गैस के साथ सूखी.
  7. जमा 50 एनएम सीआर और 100 एनएम Au एक थर्मल बाष्पीकरण का उपयोग कर. करोड़ फिल्म में अवशिष्ट तनाव के साथ काज bilayer के रूप में सीआर Au काम करता है, जबकि Au फिल्म एक bioinert समर्थन परत है.
  8. एसीटोन में photoresist बंद लिफ्ट. 3-5 मिनट के लिए पूरी तरह से अतिरिक्त धातु लिफ्ट बंद एक sonicator का प्रयोग करें. एसीटोन और आईपीए, एन 2 गैस के साथ शुष्क मे से धो लें.
  9. स्पिन कोट ~ 10 सुक्ष्ममापी मोटी SPR220 मेंWafers पर 1,700 rpm. 3 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें.
  10. एक hotplate पर 60 डिग्री सेल्सियस पर 30 सेकंड के लिए वफ़र रखने एक softbake रैंप प्रदर्शन करना. फिर एक और hotplate 115 डिग्री सेल्सियस पर 90 सेकंड के लिए वफ़र हस्तांतरण और फिर वापस करने के लिए 60 डिग्री सेल्सियस 30 सेकंड के लिए. 3 घंटे के लिए प्रतीक्षा करें.
  11. 460 MJ सेमी / 2 यूवी (365 एनएम) प्रकाश पैनल मुखौटा के माध्यम से एक मुखौटा aligner का उपयोग पर ~ photoresist बेनकाब.
  12. 2 मिनट के लिए MF-26A डेवलपर में विकास और डेवलपर समाधान को बदलने के लिए और एक और 2 मिनट के लिए विकसित करना.
  13. कुल पैनल क्षेत्र की गणना और इसे उपयोग करने के लिए वर्तमान एमए / 2 सेमी 5 सुक्ष्ममापी की एक मोटाई 1-10 लगभग एक दर पर एक वाणिज्यिक निकल sulfamate समाधान से नी electrodeposit की आवश्यकता की गणना. डि पानी के साथ अच्छी तरह कुल्ला.
  14. Electrodeposit या 100 एनएम Au लुप्त हो जाना. इस परत को बलि परत को हटाने के लिए इस्तेमाल किया etchants से नी की रक्षा करने में मदद करता है.
  15. एसीटोन के साथ photoresist पट्टी. आइपीए मे से कुल्ला, और एन 2 गैस के साथ सूखी. 01:05 मात्रा अनुपात में मिश्रण S1813 और S1805 photoresits. कोट 1,800 rpm पर मिश्रण स्पिन. 3 मिनट के लिए रुको, तो 115 डिग्री सेल्सियस पर एक hotplate पर 1 मिनट के लिए सेंकना. यह photoresist परत ट्रिगर परत के रूप में कार्य करता है.
  16. ~ 120 MJ सेमी / 2 यूवी प्रकाश (365 एनएम) पर एक मुखौटा काज मुखौटा का उपयोग aligner पर बेनकाब.
  17. 05:01 पतला 351 डेवलपर में 30-50 सेकंड के लिए विकास करना. डि पानी से कुल्ला और एन 2 गैस के साथ सूखी.
  18. एक हीरे कटर का उपयोग कर वफ़र एक टुकड़ा काट.
  19. 100 ए पी एस में वफ़र खोदना अंतर्निहित घन बलि परत टुकड़ा विसर्जित कर दिया. रुको जब तक microgrippers पूरी तरह से सब्सट्रेट से जारी कर रहे हैं.
  20. डि और ठंडे पानी में पानी की दुकान के साथ microgrippers कुल्ला.
  21. 37 ° सी पानी में microgrippers रखने तह ट्रिगर.

7. प्रतिनिधि परिणाम

चित्रा में प्रतिनिधि परिणाम 5 शो श की एक किस्म में आत्म इकट्ठे polyhedral कणोंवानर के रूप में के रूप में अच्छी तरह से तह microgrippers. निर्माण और actuation प्रक्रिया अत्यधिक समानांतर है और 3 डी संरचनाओं और निर्मित किया जा सकता है एक साथ ट्रिगर. इसके अतिरिक्त, सभी तीन आयामों में सटीक रूप में वर्ग या त्रिकोणीय pores द्वारा उदाहरण पैटर्न, और चुने गए चेहरों अगर जरूरत पर परिभाषित किया जा सकता है. microgrippers biologically सौम्य शर्तों के तहत बंद किया जा सकता है इतना है कि वे आबकारी ऊतक करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है या जैविक कार्गो के साथ भरा हुआ है. इसके अलावा, क्योंकि microgrippers एक ferromagnetic सामग्री के साथ किया जा सकता है, वे दूर से ले जाया जा सकता है, चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग.

चित्रा 1
चित्रा 1. नमूनों कणों के संश्लेषण के लिए डिजाइन नियम (एसी) मास्क नमूनों polyhedral कणों की विधानसभा के लिए डिजाइन नियम, (क) ओर लंबाई एल के एक बहुतल के लिए पैनल मुखौटा के योजनाबद्ध, (ख) काज मुखौटा की योजनाबद्ध तह विशेषता(0.2 एल एक्स 0.8 एल) और ताला या सील (0.1 एल एक्स 0.8 एल) टिका है, और (ग) मढ़ा 2D अग्रदूत या शुद्ध के योजनाबद्ध. आत्म - तह microgripper लिए मास्क (लोमो) डिजाइन नियम, (घ) टिप लंबाई विकास के लिए टिप के साथ एक microgripper के लिए काज मुखौटा के योजनाबद्ध, काज अंतर जी के साथ पैनल मुखौटा की योजनाबद्ध (ई), और (च) के योजनाबद्ध मढ़ा 2D अग्रदूत बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 2
चित्रा 2. प्रायोगिक छवियों और निर्माण और विधानसभा की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण कदम के वैचारिक एनिमेशन dodecahedral व्यापारियों के लिए एक AutoCAD पैनल मुखौटा का स्क्रीनशॉट (क). (ईसा पूर्व) के लिए 2 डी व्यापारियों के ऑप्टिकल छवियों, (ख) dodecahedra, और (ग) एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर microgrippers. (घ) dodecahedral जाल विमोचन. स्केल सलाखों: 200 सुक्ष्ममापी. (एन) एक वैचारिकके nimation ईआइ () सतह तनाव एक द्वादशफ़लक के विधानसभा संचालित है, और (जंक्शन) पतली फिल्म तनाव एक मनका के आसपास संचालित एक microgripper की तह (दाऊद Filipiak द्वारा एनिमेशन).

चित्रा 3
चित्रा 3 एक घन कण की सतह तनाव संचालित विधानसभा के लिए महत्वपूर्ण निर्माण कदम के योजनाबद्ध चित्रण.

चित्रा 4
चित्रा 4 अवशिष्ट तनाव के लिए एक छह अंकों लोभी डिवाइस की तह संचालित महत्वपूर्ण निर्माण कदम के योजनाबद्ध चित्रण.

चित्रा 5
चित्रा 5. Origami नमूनों आत्म इकट्ठे प्रेरित और reconfigurable कणों की छवियाँ.

Discussion

हमारे विधानसभा origami प्रेरित प्रक्रिया बहुमुखी है और सामग्री, आकृति और आकार की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ 3 डी स्थिर और reconfigurable कणों की एक किस्म synthesizing के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अलावा, ठीक पैटर्न इन कणों पर सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल की क्षमता प्रकाशिकी और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए महत्वपूर्ण है. बद वैकल्पिक तरीकों, जहां पैटर्न अपेक्षाकृत imprecise रहे हैं द्वारा गठित कणों के विपरीत, इस पद्धति ठीक नमूनों कणों के संश्लेषण के लिए एक साधन प्रदान करता है. सतह तनाव आधारित विधानसभा, सील टिका liquefying के उपयोग सुनिश्चित करता है कि कणों और अच्छी तरह से सील कर रहे हैं यंत्रवत् विधानसभा के बाद कठोर (ठंडा करने पर). इससे पहले, हमने देखा है कि तेजी छोटे 39,40 अणुओं के लिए भी रिसाव प्रूफ हैं. Au के विधानसभा के बाद एक पतली परत के Electrodeposition अतिरिक्त शक्ति प्रदान करने के लिए और तेजी के रिसाव सबूत प्रकृति में वृद्धि कर सकते हैं. पतली फिल्म तनाव तह आधारित अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है जो सेंटimuli उत्तरदायी तह microgrippers इस्तेमाल किया गया है कि इन विट्रो में और vivo जैविक नमूने में और रोबोटिक्स में लेने और जगह आपरेशनों में प्रदर्शन के रूप में आवश्यक है. जबकि विशिष्ट पद्धति यहाँ वर्णित reconfigurable microgrippers है कि केवल एक बार बंद को बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, सामग्री और तरीकों bilayers में तनाव में हेरफेर का उपयुक्त विकल्प भी लोभी उपकरणों है कि 37 कई चक्र, 41 से अधिक reconfigured जा सकता बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है. अवशिष्ट तनाव का उपयोग इन उपकरणों सत्ता का मुख्य आकर्षण यह है कि वे किसी भी tethers या तारों की आवश्यकता नहीं है और इतना मुश्किल में actuation सक्षम स्थानों तक पहुँचने के लिए उत्कृष्ट गतिशीलता. इसके अलावा, polymeric चलाता एक उपयुक्त विकल्प द्वारा उत्तेजनाओं उत्तरदायी व्यवहार 42 एंजाइमों रोबोटिक्स और सर्जरी के लिए प्रासंगिक के स्वायत्त समारोह में सक्षम सहित उत्तेजनाओं की एक श्रृंखला के साथ सक्षम किया जा सकता है.

Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

हम NSF से अनुदान 0854881 CMMI और CBET 1066898 के माध्यम से धन को स्वीकार करते हैं. लेखक उपयोगी सुझाव के लिए मैथ्यू Mullens धन्यवाद.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
950 Poly methyl methacrylate A11 Micro Chem M230011 Sacrificial layer
Chromium-plated tungsten rods R. D. Mathis Company CRW-2 Evaporation source for Cr
Copper slug Alfa Aesar 7440-50-8 Evaporation source for Cu
Gold slug Alfa Aesar 7440-57-5 Evaporation source for Au
SPR 220 7.0 Rohm and Haas 10016640 Positive photoresist
S 1800 series photoresists Rohm and Hass Positive photoresist
Megaposit MF- 26 A developer Rohm and Haas 10016574 Developer for SPR 220 7.0 photoresist
Microposit 351 developer Rohm and Hass 10016653 Developer for S 1800 series photoresists
Nickel Sulfamate Technic Inc. 030175 Plating solution for Ni
Techni Solder Mate NF 820 60/40 RTU Technic Inc. 330681 Plating solution for Pb-Sn hinges
APS 100 Copper etchant Transene Company Inc. 021221 Copper etchant
CRE 473 Chromium etchant Transene Company Inc. 040901 Chromium etchant
1-Methyl-2-Pyrollidinone (NMP) Sigma-Aldrich M79603 High boiling point organic solvent for Pb-Sn hinge based self-folding
Indalloy 5RMA flux Indium Corporation of America FL28372 Chemical that cleans the solder surface and inhibits oxidation for good Pb-Sn reflow

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References

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Origami प्रेरणा नमूनों और Reconfigurable कण के स्व विधानसभा
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Pandey, S., Gultepe, E., Gracias, D. H. Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles. J. Vis. Exp. (72), e50022, doi:10.3791/50022 (2013).More

Pandey, S., Gultepe, E., Gracias, D. H. Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles. J. Vis. Exp. (72), e50022, doi:10.3791/50022 (2013).

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