Summary
Des microfibres de carbone vitreuses longues et creuses ont été fabriquées sur la base de la pyrolyse d'un produit naturel, les cheveux humains. Les deux étapes de fabrication des systèmes microélectromécaniques de carbone et des systèmes nanoélectromécaniques de carbone, ou C-MEMS et C-NEMS sont: (i) la photolithographie d'un précurseur de polymère riche en carbone et (ii) la pyrolyse du précurseur de polymère à motifs.
Abstract
Une large gamme de sources de carbone sont disponibles dans la nature, avec une variété de configurations de micro-nanostructures. Ici, une nouvelle technique pour fabriquer des microfibres de carbone vitres longues et creuses dérivées de cheveux humains est introduite. Les structures de carbone longues et creuses ont été fabriquées par pyrolyse des cheveux humains à 900 ° C dans une atmosphère N 2 . La morphologie et la composition chimique des poils humains naturels et pyrolysés ont été étudiés à l'aide d'une microscopie électronique à balayage (SEM) et d'une spectroscopie à rayons X à électrons (EDX) pour estimer les changements physiques et chimiques dus à la pyrolyse. La spectroscopie Raman a été utilisée pour confirmer la nature vitreuse des microstructures de carbone. Le carbone capillaire pyrolysé a été introduit pour modifier les électrodes de carbone imprimées à l'écran; Les électrodes modifiées ont ensuite été appliquées à la détection électrochimique de la dopamine et de l'acide ascorbique. La performance de détection des capteurs modifiés a été améliorée par rapport à l'unmodiDes capteurs fixés. Pour obtenir la conception souhaitée de la structure du carbone, on a développé une technologie de micro- / nanoélectromécanique du carbone (C-MEMS / C-NEMS). Le procédé de fabrication C-MEMS / C-NEMS le plus courant se compose de deux étapes: (i) le modelage d'un matériau de base riche en carbone, tel qu'un polymère photosensible, à l'aide de photolithographie; Et (ii) la carbonisation par pyrolyse du polymère à motif dans un environnement exempt d'oxygène. Le procédé C-MEMS / NEMS a été largement utilisé pour développer des dispositifs microélectroniques pour diverses applications, y compris dans les micro-batteries, les supercapacités, les capteurs de glucose, les capteurs de gaz, les piles à combustible et les nanogénérateurs triboélectriques. Ici, on discute des développements récents d'une microstructure de carbone solide et creuse à fort aspect, avec des photorésines SU8. Le rétrécissement structurel pendant la pyrolyse a été étudié à l'aide de microscopie confocale et de SEM. La spectroscopie Raman a été utilisée pour confirmer la cristallinité de la structure et le pourcentage atomique des éléments présélectionnésNt dans le matériau avant et après la pyrolyse a été mesurée à l'aide d'EDX.
Introduction
Le carbone a de nombreux allotropes et, selon l'application particulière, on peut choisir l'un des allotropes suivants: nanotubes de carbone (CNT), graphite, diamant, carbone amorphe, lonsdaleite, buckminsterfullerene (C 60 ), fullerite (C 540 ), fullerène ( C 70 ), et du carbone vitreux 1 , 2 , 3 , 4 . Le carbone vitreux est l'un des allotropes les plus utilisés en raison de ses propriétés physiques, y compris l'isotropie élevée. Il possède également les propriétés suivantes: bonne conductivité électrique, faible coefficient de dilatation thermique et imperméabilité aux gaz.
Il y a eu une recherche continue de matériaux précurseurs riches en carbone pour obtenir des structures de carbone. Ces précurseurs peuvent être des matériaux artificiels ou des produits naturels qui sont disponibles dans des formes particulières, et même incluent des déchets. Une grande variété de micr Les o / nanostructures sont formées par des processus biologiques ou environnementaux dans la nature, ce qui se traduit par des caractéristiques uniques qui sont extrêmement difficiles à créer à l'aide d'outils de fabrication classiques. Comme le modelage a eu lieu naturellement dans ce cas, la synthèse des nanomatériaux utilisant des précurseurs d'hydrocarbures naturels et résiduaires pourrait être réalisée à l'aide d'un procédé simple de décomposition thermique dans une atmosphère inerte ou sous vide appelée pyrolyse 5 . Le graphène de haute qualité, les CNT à une seule paroi, les CNT à parois multiples et les points de carbone ont été produits par décomposition thermique ou la pyrolyse de précurseurs et de déchets dérivés de plantes, y compris les graines, les fibres et les huiles, comme l'huile de térébenthine, l'huile de sésame , L'huile de neem ( Azadirachta indica ), l'huile d'eucalyptus, l'huile de palme et l'huile de jatropha. En outre, les produits de camphère, les extraits de théiers, les déchets alimentaires, les insectes, les déchets agricoles et les produits alimentaires ont été utilisés 6 , 7 ,Ass = "xref"> 8 , 9 Récemment, les chercheurs ont même utilisé des cocons de soie comme matériau précurseur pour préparer des microfibres de carbone poreuses 10 . Les cheveux humains, généralement considérés comme des déchets, ont récemment été utilisés par cette équipe. Il est constitué d'environ 91% de polypeptides, qui contiennent plus de 50% de carbone; Le reste sont des éléments tels que l'oxygène, l'hydrogène, l'azote et le soufre 11 . Les cheveux comportent également plusieurs propriétés intéressantes, telles qu'une dégradation très lente, une haute résistance à la traction, une isolation thermique élevée et une haute récupération élastique. Récemment, il a été utilisé pour préparer des flocons de carbone utilisés dans les supercondensateurs 12 et pour créer des microfibres de carbone creuses pour la détection électrochimique 13 .
L'usinage d'un matériau carboné en vrac pour fabriquer des structures tridimensionnelles (3D) est une tâche difficile car le matériau est très fragile. L'ion focaliséAm 14 , 15 ou la gravure ionique réactive 16 peut être utile dans ce contexte, mais ce sont des processus coûteux et longs. La technologie du système microélectromécanique du carbone (C-MEMS), basée sur la pyrolyse des structures polymères à motifs, représente une alternative polyvalente. Au cours des deux dernières décennies, C-MEMS et les systèmes nanoélectromécaniques de carbone (C-NEMS) ont reçu beaucoup d'attention en raison des étapes de fabrication simples et peu coûteuses impliquées. Le procédé de fabrication C-MEMS classique se déroule en deux étapes: (i) la mise au point d'un précurseur polymère ( par exemple, un photorésist) avec une photolithographie et (ii) une pyrolyse des structures à motifs. Les précurseurs de polymères ultraviolets (UV), tels que les photorésines SU8, sont souvent utilisés pour structurer des structures basées sur la photolithographie. En général, le processus de photolithographie comprend des étapes pour le revêtement par centrifugation, le biscuit souple, l'exposition aux UV, le post-cuisson et le développementLopment. Dans le cas de C-MEMS; silicium; dioxyde de silicone; nitrure de silicium; quartz; Et, plus récemment, le saphir a été utilisé comme substrat. Les structures polymères à motifs photographiés sont carbonisées à une température élevée (800-1 100 ° C) dans un environnement exempt d'oxygène. À ces températures élevées dans un vide ou une atmosphère inerte, tous les éléments non-carbone sont enlevés, ne laissant que du carbone. Cette technique permet de réaliser des structures de carbone vitreux de haute qualité, qui sont très utiles pour de nombreuses applications, y compris la détection électrochimique 17 , le stockage d'énergie 18 , la nanogénération triboélectrique 19 et la manipulation de particules électrochimiques 20. De même, la fabrication de microstructures 3D avec Les rapports d'aspect élevés en utilisant C-MEMS sont devenus relativement faciles et ont conduit à une grande variété d'applications d'électrodes de carbone 18 , 21 , 22 , 23 , remplaçant souvent les électrodes en métal noble.
Dans ce travail, le développement récent d'un moyen simple et rentable de fabriquer des microfibres de carbone creuses à partir de cheveux humains en utilisant la technologie C-MEMS non conventionnelle 13 est introduit. Le procédé C-MEMS classique à base de polymère SU8 est également décrit ici. Spécifiquement, la procédure de fabrication des solides à fort rapport et des structures SU8 creuses est décrite 24.
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Protocol
1. Fabrication de structure de carbone dérivée de cheveux humains 3D
REMARQUE: utiliser un équipement de protection individuelle. Suivez les instructions de laboratoire pour utiliser les instruments et travailler au laboratoire.
- Préparez les cheveux humains collectés en le lavant avec de l'eau DI et en le séchant avec du N 2 gaz.
- Disposez les cheveux comme vous le souhaitez, par exemple dans des brins parallèles, traversez, avec deux cheveux enroulés ensemble, etc.
- Fixez les cheveux sur un substrat de silicium en utilisant SU8 ou gardez-les directement dans un bateau en céramique.
- Placez le substrat de silicium ou le bateau dans un four.
- Allumez le four et ouvrez la soupape d'un réservoir de gaz inerte (N 2 ).
REMARQUE: Le débit de gaz optimal dépend du volume du tube du four. Un débit de 6 L / min a été appliqué pour un volume de tube de 6 L. Pour établir un environnement complètement inerte dans le tube du four, un débit de gaz 1,5 fois supérieur au gaz optimal fLe taux bas a été appliqué pendant les 15 premières minutes. - Réglez les paramètres, y compris la température maximale de pyrolyse, la vitesse de la rampe de température et le débit de gaz inerte, et faites fonctionner le four.
- Par exemple, augmenter la température de la température ambiante à 300 ° C à une vitesse de rampe de 5 ° C / min. Gardez-le à 300 ° C pendant 1 h pour la stabilisation. Augmentez encore la température à 900 ° C et maintenez-la pendant 1 heure de plus pour la carbonisation.
- Refroidir le four jusqu'à 300 ° C à une vitesse de 10 ° C / min et éteindre le chauffage du four, car le refroidissement contrôlé n'est pas nécessaire après 300 ° C. Laisser les échantillons dans le four jusqu'à ce que la température atteigne la température ambiante par écoulement N 2 seulement.
- Éteignez le four et le débit de gaz après la fin du processus de pyrolyse.
- Sortez les échantillons hors du four.
2. Structure en polymère 3D: photolithographie
- DesAffectez une mise en page 2D de la structure de photorésist 3D souhaitée en utilisant un progiciel approprié et préparez le masque imprimé ( c'est-à-dire un masque de photofilm en polyéthylène).
REMARQUE: Un service commercial a été utilisé pour obtenir la conception imprimée. La taille du masque dépend généralement de la conception. - Dans une installation de laboratoire propre, allumez deux plaques chauffantes et réglez les températures à 65 ° C et 95 ° C, respectivement.
- Allumez un revêtement rotatif et une pompe à vide. Assurez-vous que la pompe à vide est connectée par un tube à la tête de la filière.
- Réglez les paramètres du spin en deux étapes, tels que la vitesse de rotation, la rampe et la durée. Pour la première étape, réglez la vitesse de rotation à 500 tr / min, la rampe à 100 tr / min et le temps de rotation à 10 s pour commencer le cycle d'essorage. Pour la prochaine étape, réglez la vitesse de rotation à 1.000 tr / min, la rampe à 100 tr / min et le temps de rotation à 30 s pour répartir uniformément le photorésist.
- Placez un substrat ( c.-à-d. 4 pouces x 4 pouces et 5501; m ± 25 μm d'épaisseur de plaque de Si avec une couche de SiO 2 de 1 μm d'épaisseur) au centre du support.
- Déposer le polymère photosensible (c'est-à-dire le photoréserve SU8) directement sur le centre du substrat. Utilisez suffisamment pour couvrir la surface.
- Appuyez sur le bouton "vide" pour maintenir le substrat.
- Appuyez sur le bouton "course" pour revêtir le substrat avec SU8 et pour atteindre une épaisseur finale de 250 μm.
- Après l'achèvement du processus de filage, appuyez à nouveau sur le bouton "vide" pour libérer le support revêtu du support.
- Tenir le substrat enduit avec précaution avec une pince pour maintenir la surface lisse et propre. Transférer le substrat directement sur la plaque chauffante à une température de 65 ° C pendant 6 min, puis sur la plaque chauffante à 95 ° C pendant 40 minutes (cuisson douce).
REMARQUE: une cuisson à 65 ° C est nécessaire pour assurer l'évaporation lente du solvant, ce qui se traduit par un meilleur revêtement et une meilleure adhérence tO le substrat, tandis que la cuisson à 95 ° C densifie davantage le SU8. - En attendant, appuyez sur le bouton pour allumer le système d'exposition aux UV et réglez le temps d'exposition sur "12 s" à l'aide du bouton set du système.
REMARQUE: Pour une couche SU8 de 250 μm d'épaisseur, l'énergie d'exposition doit être de 360 mJ / cm 2 . - Une fois que l'étape de cuisson (étape 2.10) est terminée, placez le substrat dans le système d'exposition aux UV et placez le côté imprimé d'un photomasque (de l'étape 2.1) sur celui-ci. Utilisez toute la zone du masque pour recouvrir le substrat revêtu et appuyez doucement pour s'assurer qu'il n'y a pas d'espace entre le masque et le substrat.
- Exposez le substrat revêtu de SU8 aux rayons UV à travers le photomasque en utilisant des paramètres UV prédéfinis.
- Chauffer le substrat à nouveau en le plaçant directement sur la plaque chauffante à 65 ° C pendant 5 min et à 95 ° C pendant 14 min pour une cuisson au post-exposition (PEB).
REMARQUE: Le PEB augmente le degré de réticulation dans les zones exposées aux UV et rend leRevêtement plus résistant aux solvants dans l'étape de développement. - Retirez les régions photoresistantes non exposées en immergeant le substrat dans la solution de révélateur dédiée, placé dans un bécher, pendant 20 min. Secouez continuellement la solution (soigneusement) pour assurer l'élimination complète des zones de résistance non exposées.
- Séchez les structures développées en maintenant le substrat et en soufflant d'azote ou d'air comprimé.
- Inspectez la plaquette sous un microscope avec un grossissement de 50X pour comparer les motifs transférés au photorésist avec les motifs souhaités.
3. Fabrication de la structure du carbone 3D: pyrolyse
- Placez les échantillons préparés à l'aide de la photolithographie (étapes 2.1-2.17) dans un four à tube à pression et sous pression.
- Allumez le four et définissez les paramètres de pyrolyse, comme mentionné ci-dessus à l'étape 1. Répétez le processus à partir de l'étape 1.6-1.8.
- Manipulez les échantillons avec soin à l'aide de pincettes et passez à la caractéristiqueAtion.
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Representative Results
Un schéma du procédé de fabrication des microfibres de carbone creuses dérivées des cheveux humains est représenté sur la figure 1 . Les cheveux humains carbonisés ont été caractérisés à l'aide de SEM pour estimer le retrait. Le diamètre des cheveux a diminué de 82,88 ± 0,003 μm à 31,42 ± 0,003 μm en raison de la pyrolyse. Des images microscopiques électroniques à balayage (SEM) de différents motifs fabriqués à l'aide de microfibres de carbone dérivées de cheveux sont indiquées à la figure 2 . Les pourcentages atomiques des éléments présents dans les cheveux avant et après la pyrolyse sont présentés dans le tableau 1 . Les cheveux humains utilisés dans cette recherche étaient (pourcentage atomique) 66,57% de carbone, 16,19% d'oxygène, 7,94% d'azote, 9,14% de soufre et un petit pourcentage de minéraux tels que le calcium. Le pourcentage atomique de carbone et d'oxygène a été estimé à 80,84% et 14,83% respectivement après la pyrolyse. Analyse spectroscopique Raman des cheveux bAvant et après la pyrolyse a également été effectuée comme le montre la figure 3 . Seuls deux pics larges correspondant aux bandes D et G ont été trouvés pour les cheveux après pyrolyse. Le rapport des intensités de la bande D à la bande G dans les fibres de carbone dérivées des cheveux a été calculé à 0,99, ce qui indique que les fibres dérivées des cheveux sont principalement du carbone vitreux.
Les fibres de carbone dérivées des cheveux ont été appliquées pour détecter la dopamine et l'acide ascorbique à l'aide d'un capteur électrochimique. Une électrode en carbone sérigraphiée a été modifiée avec les fibres de carbone dérivées des cheveux et utilisée comme électrode de travail du capteur. Un diagramme schématique des électrodes de carbone pour détection électrochimique est représenté sur la figure 4a . Des voltamogrammes cycliques de dopamine 100 uM et de l'acide ascorbique 100 uM dans une solution tampon phosphate 0,1 M de pH 7,4 sont représentés sur les figures 4b et c, respectivementTiquement. Une électrode à carbone nu, une électrode en carbone modifiée avec le carbone dérivé des cheveux, et une électrode en carbone modifiée avec les CNT ont été utilisées comme électrode de travail des capteurs pour comparer les performances pour détecter la dopamine et l'acide ascorbique. Les pics d'oxydation de la dopamine ont été mesurés à 333 mV pour l'électrode à carbone nu, 266 mV pour l'électrode de carbone modifiée avec les fibres de carbone dérivées des cheveux et 96 mV pour l'électrode modifiée avec les CNT. Les pics d'oxydation pour l'acide ascorbique ont été observés à 414 mV, 455 mV et 297 mV pour ces électrodes, respectivement.
Un diagramme schématique du procédé C-MEMS classique, le motif photolithographique d'un précurseur polymère et la pyrolyse suivante est représenté sur la figure 5 . Ces structures fabriquées ont été caractérisées par microscopie confocale et SEM pour estimer le retrait dû à la pyrolyse. Cinq structures cylindriques de tLa même hauteur (250 μm) et le diamètre extérieur (150 μm), mais avec différents diamètres intérieurs ( c.-à-d. 0 (solide), 30, 50, 75 et 100 μm (creux)) ont été fabriqués pour cette étude. Les changements géométriques des structures cylindriques dus à la pyrolyse ont été mesurés. Le pourcentage de rétrécissement a été varié pour différentes structures de diamètre intérieur et extérieur. Lorsque le diamètre intérieur était de 0 μm (une microstructure solide), le diamètre extérieur a diminué autour de 35%. Lorsque les diamètres intérieurs étaient de 30, 50 et 75 μm, les diamètres extérieurs et les diamètres intérieurs ont diminué respectivement autour de 42% et de 30 à 35%. Dans le cas d'un diamètre intérieur de 100 μm, le diamètre intérieur a augmenté de 12%, plutôt que de rétrécir, et le diamètre extérieur n'a diminué que de 15%. Sur la figure 6 , les images SEM des microstructures de carbone solides et creuses, dont les diamètres intérieurs d'origine étaient de 30, 40 et 75 μm, sont représentés. Images optiques 3D de microstructures creuses avant et après pyrolYsis est également montré dans la Figure 7 . Toutes les microstructures ont diminué de près de 30% en hauteur (250 à 175 μm) selon les images microscopiques confocales.
Figure 1: Diagramme schématique du procédé de fabrication des microfibres de carbone creuses dérivées des cheveux humains. Reproduit avec la permission de la référence 13 . Copyright 2016, Elsevier Ltd. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2: Images SEM de différents modèles de microfibres de carbone dérivées des cheveux. (A et b ) Aligned straigHt microfibres de carbone. Barre d'échelle = 50 μm. ( C et d ) Une microfibrate de carbone enroulée. Barres d'échelle = 20 et 100 μm, respectivement. ( E et f ) Une microfibre creuse creuse en carbone . Reproduit avec la permission de la référence 13 . Copyright 2016, Elsevier Ltd. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3: Spectre Raman des cheveux humains avant et après la pyrolyse. Reproduit avec la permission de la référence 13 . Copyright 2016, Elsevier Ltd. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4: détection électrochimique de la dopamine et de l'acide ascorbique. (A) Diagramme schématique des électrodes de carbone pour la détection électrochimique. Voltamogrammes cycliques de ( b ) dopamine 100 uM et ( c ) acide ascorbique 100 uM. Reproduit avec la permission de la référence 13 . Copyright 2016, Elsevier Ltd. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 5: Diagramme schématique du procédé C-MEMS classique basé sur la photolithographie et la pyrolyse. (A) Spin coProduction de photoresist, ( b ) exposition aux UV, ( c ) développement, et ( d ) pyrolyse. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 6: Numérisation d'images microscopiques électroniques de microstructures de carbone fabriquées par le procédé conventionnel C-MEMS. (A) Solides et ( b ) structures creuses avec différents diamètres intérieurs. Barres à l'échelle = 500 μm. Des images agrandies pour (c) les structures solides et creuses, dont les diamètres internes avant pyrolyse étaient ( d ) 30, ( e ) 50 et ( f ) 75 μm. Barres à l'échelle = 50 μm. Reproduit avec la permission de la référence 24 . Copyright 2016, The Electrochemical Society. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 7: Images 3D optiques de microstructures creuses. (A) Avant et ( b ) après pyrolyse. Reproduit avec la permission de la référence 24 . Copyright 2016, The Electrochemical Society. Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| Élément | Avant la pyrolyse | Après pyrolyse | Atomic% | Atomic% |
| Carbone | 66.57 | 80,84 |
| Oxygène | 16.19 | 14,83 |
| Azote | 7.94 | 0 |
| Soufre | 9.14 | 0,21 |
| Calcium | 0,16 | 0,21 |
| Sodium | 0 | 0,22 |
| Silicium | 1.82 | 3.69 |
Tableau 1: Composition chimique analysée par EDX pour les cheveux humains avant et après la pyrolyse. Reproduit avec la permission de la référence 13 . Copyright 2016, Elsevier Ltd.
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Discussion
Dans cet article, les procédés de fabrication d'une variété de microstructures de carbone basées sur la pyrolyse de matériaux précurseurs naturels ou de structures polymères à motifs photographiques ont été rapportés. Les matériaux carbonés résultant à la fois des procédés C-MEMS / C-NEMS traditionnels et non conventionnels se retrouvent généralement comme des carbones vitreux. Le carbone vitreux est un matériau d'électrode largement utilisé pour l'électrochimie et aussi pour les applications à haute température. La microstructure du carbone vitreux se compose à la fois de régions cristallines et amorphes. Le carbone vitreux a une conductivité élevée, une bonne résistance aux températures élevées, une faible densité, une faible résistance électrique et une dureté relativement élevée et une forte résistance aux attaques chimiques.
Nous avons proposé une méthode simple et peu coûteuse pour fabriquer des microfibres de carbone vitres creuses à partir de cheveux humains et décrit leur application à la détection électrochimique de l'acide ascorbique et de la dopamine. La fabrication de long, holDes microfibres de carbone faiblement conductrices et électriquement conductrices ont été possibles grâce au traitement thermique à faible coût, à une étape, des cheveux humains, qui est un matériau de rebut. Un cheveu humain composé de médula, de cortex et de cuticule a produit une fibre creuse de carbone après pyrolyse. La médullité a disparu, alors que la cuticule et le cortex se combinent et créent de longues fibres de carbone creuses. L'anatomie unique des cheveux humains, en particulier sa structure creuse après pyrolyse, se caractérise par une augmentation significative de la surface, ce qui conduit à leur utilisation dans la détection électrochimique. Pour l'électrode de travail modifiée avec les carbones dérivés des cheveux, les potentiels de pointe pour la dopamine et l'acide ascorbique ont été déplacés vers des valeurs plus négatives et positives respectivement. La surface du carbone dérivé des cheveux est peu chargée négativement, ce qui attire une dopamine chargée positivement et, par conséquent, les courants de pointe ont été augmentés pour la dopamine et diminué pour l'acide ascorbique. En conséquence, le carbone creux dérivé des cheveux humains mLes icrofibres pourraient être utiles pour détecter la dopamine en présence d'acide ascorbique. Une étude comparative de la performance de détection électrochimique des électrodes nues et des électrodes modifiées (avec du carbone dérivé des cheveux et CNT) a été réalisée. L'électrode modifiée par le carbone dérivée des cheveux présente une meilleure performance de détection que l'électrode non modifiée, mais les électrodes revêtues de CNT ont montré les meilleures performances pour détecter la dopamine et l'acide ascorbique dans ces conditions expérimentales, comme prévu. Les CNT présentent une sensibilité plus élevée en raison de leur rapport surface-volume plus important par rapport aux fibres creuses de carbone creuses. Cependant, l'avantage majeur de l'utilisation de microfibres de carbone dérivées de cheveux sur CNT est extrêmement coûteux. La facilité de fabrication des carbones dérivés des cheveux les rend également dominants par rapport aux CNT. Il est possible d'améliorer les performances sensorielles par une modification ou une fonctionnalisation des poils humains avant ou après la pyrolyse.
L'effet de retraitEn raison de la pyrolyse est inévitable, car les atomes non-carbone se détachent des liaisons carbone à des températures élevées, entraînant une perte substantielle de masse. Avant de concevoir une structure souhaitée, on devrait avoir une bonne estimation du retrait attendu de la structure à motifs. Ici, on a étudié le retrait des structures de carbone fabriquées à l'aide d'un procédé C-MEMS classique, qui comprend deux étapes pour la photo-modelage et la pyrolyse des structures polymères. Cinq structures avec différents diamètres intérieurs (0, 30, 50, 75 et 100 μm) ont été considérées pour l'étude de retrait, tandis que le diamètre extérieur a été maintenu constant à 150 μm pour toutes les structures. Les structures avec des diamètres intérieurs de 0, 30, 50 et 75 μm ont montré plus de retrait sur le diamètre extérieur que le diamètre intérieur après pyrolyse. Dans ces cas, les surfaces extérieures étaient plus grandes que les surfaces intérieures. Ainsi, les surfaces extérieures étaient dominantes pendant le processus de rétrécissement, permettant à plus d'atomes non-carbone de lOuvre les structures. Dans la structure avec un diamètre intérieur de 100 μm, où la surface intérieure constituait également une partie importante de la surface totale, le retrait a eu lieu à la fois dans les surfaces intérieure et extérieure.
Les paramètres de la pyrolyse, tels que le temps de pyrolyse, la température maximale de pyrolyse et l'environnement atmosphérique, affectent de manière significative les propriétés de la structure du carbone, telles que la conductivité électrique, la composition chimique, la propriété électrochimique, etc. La recherche continue se concentre sur Révélant les effets des conditions de pyrolyse sur les qualités et les propriétés des structures de carbone. Dans le cas des C-MEMS classiques, des structures de carbone avec des propriétés électriques et mécaniques diverses peuvent également être fabriquées, ce qui se traduit par une grande variété d'applications, en modifiant les conditions de photolithographie, comme les temps de cuisson, la température de cuisson, le type de photoresist , Et les additifs. C'est notreEn croyant que cette recherche peut fournir une information utile et utile aux chercheurs dans le domaine de la nanotechnologie / microfabrication de la structure du carbone pour une variété d'applications.
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Disclosures
Les auteurs n'ont rien à dévoiler.
Acknowledgments
Ce travail a été soutenu par Technologico de Monterrey et l'Université de Californie à Irvine.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SU8-2100 | Microchem | Product number-Y1110750500L | |
| Spinner | Laurell Technologies Corporation | Model-WS650HZB-23NPP/UD3 | |
| Hotplate | Torrey Pines Scientific | HS61 | |
| UV-exposer | Mercury Lamp, SYLVANIA | H44GS-100M, P/N-34-0054-01 | |
| Photomask | CAD/Art | No number | |
| Developer | Microchem | Y020100 4000L | |
| DI water system | Milli Q | ZOOQOVOTO | |
| IPA | CTR Sientific | CTR 01244 | |
| N2 gas | AOC Mexico | No number | |
| Furnace | PEO 601, ATV Technologie GMBH | Model-PEO 601, Serial no.-195 | |
| Si/SiO2 | Noel Technologies |
References
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