Summary
Представлен простой метод для изготовления нано микро мультимасштабный структуры, функциональных поверхностей, путем суммирования нановолокон, изготовленные с использованием фильтра анодного оксида алюминия.
Abstract
Мультимасштабный поверхности структуры привлекали растущий интерес из-за нескольких потенциальных приложений в поверхности устройства. Однако существующие проблемы в области является изготовление гибридных микро нано структур с помощью метода снисходительный, экономически эффективных и высокой пропускной способности. Чтобы преодолеть эти проблемы, в настоящем документе предлагается протокол изготовить мультимасштабный структур, используя только отпечаток процесс с использованием фильтра анодного оксида алюминия (ААО) и процесс испарения самостоятельной агрегации нановолокон. В отличие от предыдущих попыток, которые были направлены для выпрямления нановолокон мы демонстрируем уникальный изготовления для мультимасштабный агрегированных nanofibers с высокой пропорции. Кроме того для облегчения их использования в многофункциональный поверхности были исследованы поверхности морфологии и смачиваемости этих структур на различных жидкостей.
Introduction
Наноразмерных текстурированной структуры такие, как наночастиц, нанотрубок и nanofibers привлекли внимание в научном сообществе, как они демонстрируют уникальные характеристики в различных приложениях, включая электрические, биомедицинских, оптические и поверхности инженерно-1,2,3,4,5,6,,78. В частности nanofibers широко используются в растягивается и прозрачные электроды9и носимых датчиков10,11, взаимосвязи12,13, нано оптика приложений 14. среди различных методов изготовления наноразмерных структур, таких как методы золь гель, самостоятельной сборки, литографии и репликации15,16,17,18, 19,20, прямой репликации с использованием шаблона в настоящее время считается перспективным методом, потому что это простой, экономически эффективные и применимые к различным излечимых материалов21,22 , 23 , 24 , 25 , 26.
Благодаря его мультимасштабный структуры, имеющие большое количество поры нано- и микро масштабе высоты ААО широко используется как шаблон для изготовления нановолокон и нанотрубок с высокой пропорции по27,,2829 , 30. Однако, из-за поверхностного натяжения в такой высокой пропорции, nanofibers, как правило, легко агрегировать31,,3233. Существующие исследования доказали что нановолокон, имея более чем 15:1 соотношение сторон не стоять, но вместо этого объединения, тогда как тех, кто имеет меньше, чем 5:1 соотношение индивидуально изолированы без агрегирования33,34. Капиллярные силы натяжения и поверхностного натяжения играют важную роль после удаления с помощью etchant, который является одним из процессов при изготовлении нановолокно глинозема. Когда пропорции увеличивается, поверхностное натяжение среди нановолокон, как правило, забирают их ближе друг другу, вызывая агрегации. Несколько исследований были сосредоточены на методы для предотвращения такого агрегирования35, который особенно наблюдается в полимерных и металлических нановолокон. Среди них гидратации поверхности нановолокно может уменьшить агломерации, потому что когда жидкость занимает пространство между нановолокон, снижает поверхностное натяжение. Кроме того метод Плаурайта может также уменьшить агрегации путем снижения поверхностного натяжения между нановолокон. Однако несмотря на различные усилия, выпрямление nanofibers с высоким соотношением сторон остается проблемой.
С этой целью мы сообщают уникальный метод для изготовления мультимасштабный структур запутанных нановолокно, используя явление агрегации в позитивном ключе. Здесь, в структуре нановолокно запечатлен с помощью фильтра ААО и полиуретана акрилатные (ПУА)-тип смолы с вязкостью 257.4 cP. После того, как выполнена УФ nano отпечаток литография (УФ-ноль), плесень травлению с раствором NaOH. Характеризовать предлагаемый мультимасштабный структур, мы исследуем поведение шаблон образца с агрегированных нановолокон и смачиваемость поверхности после надлежащего поверхности лечения, такие как покрытие с собственн-собранные монослоя и УФ озонотерапия . Кроме того мы предлагаем, можно просто преобразуется мультимасштабный пористую поверхность скользкой поверхности, используя процесс смазка проникнуты.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Изготовление нано микро мультимасштабный структура поверхности с помощью ААО фильтра (рис. 1)
- Приобрести ААО фильтр с размером пор, высота и диаметр 200 Нм, 60 мкм и 25 мм, соответственно.
- 1.2. Очистите поверхность полиэтиленовой пленки полиэтилентерефталата (ПЭТФ) толщиной 100 мкм для использования ацетона с 99,8% и изопропиловый спирт (МФА) с 99,9% для 5 мин и полностью высохнет на 3 мин, с использованием пневматический пистолет.
- ПЭТ-пленки на ровную поверхность без загрязнений и добавить каплю 0,1 мл УФ отверждаемыми полиуретан акрилатные (ПУА)-тип смолы с вязкостью 257.4 cPs на поверхность.
- Установите фильтр ААО на смолы и нажмите равномерно, с помощью резинового валика с диаметром 32 мм. Распространения смолы визуально подтвердила, так что ролик должна быть многократно и тщательно стек при нажатии.
Предупреждение: ААО фильтр является хрупким и может сломаться, если применяется чрезмерная сила. - После прокатки, образец с PET и ААО фильтр (прилагается с помощью смолы) подвергать ультрафиолетового света с длиной волны 365 Нм 30 s вылечить смолы.
- Погружайте вылечить образца в 100 мл раствора NaOH 2 М для 10 мин распустить фильтр.
Примечание: SEM изображения показывают сечения и поверхности структуры (рис. 2). - Чистый образец ди водой, а затем насухо 3 мин, с использованием пневматический пистолет.
Примечание: EDX анализ подтвердил, что Na и Аль не были обнаружены и были полностью травления (рис. 3).
2. Поверхностная обработка
- УФ-озонотерапия
- Чистый образец с нано микро мультимасштабный структур с использованием МФА и ди воды на 5 мин, затем высушить его с помощью пневматический пистолет 3 мин.
- Облучить стороны мультимасштабный структур образца (сторона с мультимасштабный структуры) с помощью УФ-лучей (длина волны-185-254 Нм) для 60 мин.
Примечание: Оборудование озона УФ имеет интенсивность 25 МВт/см2. - Октадецилтрихлорсилана (OTS) самостоятельной сборки
- Место плита внутри в бардачок и поддерживать среду N2 для процесса осаждения паров.
- Прикрепите края образца на стекло или пластине с помощью клейкой ленты. Убедитесь, что размер стекла или плита достаточно большой, чтобы покрыть в верхней части стакан (с 8 мм в диаметре и 13 мм высоты).
- Поместите стакан на горячей плите с 5 "x 7» и добавить 2 мл раствора OTS в стакан с помощью пипетки.
- Обложка стакан с стеклом или тарелка на лице, с образец вниз в стакан.
- Процесс за 60 мин при 100 ° C, а затем удалить образец от перчаточного ящика.
Примечание: После процесса OTS-покрытие, стакан и перчаточный ящик должен быть очищен.
3. Изготовление функциональные поверхности путем инъекций смазки
- Депозит приблизительно 0,2 мл перфторуглерода (ПФУ) жидкости на OTS-покрытием самостоятельно агрегированы нановолокно Ассамблеи.
- Наблюдать за процессом смачивания PFC с помощью оптического микроскопа с объектива на 5 X-20 X.
- Удалите лишнюю жидкость ПФК, поместив образцы в вертикальном положении на несколько часов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Мы продемонстрировали быстрый и простой метод для изготовления мультимасштабный нано микро гибридных структур с помощью фильтра ААО как импринтинг плесень. Весь процесс занимает 30 мин (рис. 4). Было отмечено, что после прохождения процесса травления, с использованием NaOH, результирующая поверхность выставлены непрозрачному цвету похож на оригинальный фильтр ААО, благодаря агрегированных нановолокно Ассамблеи, вызванные поверхностное натяжение. Кроме того результаты анализа EDX подтвердил, что фильтр ААО был полностью снят мокрой химическое травление (рис. 3).
Характеристики поверхности были определены путем измерения угла контакта падать на поверхность образца 5 мкл капель воды. Потому что материалы, используемые в процессе ААО фильтр опосредованной отпечаток экспонат superhydrophilicity, и сфабрикованных многошкального структуры имеют высокопористых сетей из-за собственной агрегированных нановолокон, капельки воды, как правило, быть мгновенно впитывается в субстратов. Однако гидрофильность могут быть изменены для гидрофобность, с использованием надлежащей обработки поверхности. Мы продемонстрировали, как показано на рисунке 5, что поверхность тисненой мультимасштабный структур был изменен на гидрофобной поверхности с углом контакта примерно 117 ° после покрытия OTS. Кроме того УФ-Озонотерапия может увеличить угол контакта поверхности, приблизительно в 10° (рис. 6). После последовательно выполнять ОТС покрытие и УФ Озонотерапия на тисненой поверхностью, было подтверждено, что полученный угол контакта увеличено до 134° (рис. 7).
Поверхность и сечения образца с OTS покрытием Показать агрегации нано волокна (рис. 5), что приводит к структуре лунки. Размер и ориентацию этой структуры ямочка нерегулярные; Однако это явление имело место на протяжении всей поверхности образца. Поверхность образца стала гладкой после того, как он был подвергнут УФ озона лечение процесс36 (Рисунок 6 и Рисунок 7). Это также, почему угол контакта поверхности увеличена после процесса лечения озона УФ. Это явление также произошли равномерно на поверхности образца, и ошибка угла контакта был менее чем на 3°.
Рисунок 1: процедура для изготовления структуру с растворимых окиси алюминия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: SEM изображения нано микро мультимасштабный структуры после процесса травления, показаны на поверхность и сечение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: результаты анализа EDX после травления нано микро мультимасштабный структур, изготовленные с использованием фильтра ААО. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: схема для изготовления нано микро мультимасштабный структуры путем агрегирования nanofibers после полного протравливания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5: угол контакта после OTS покрытия на поверхность и структура нано микро. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6: угол контакта после УФ-Озонотерапия на поверхности и нано микро структуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7: угол контакта после последовательно выполняя OTS покрытие и УФ Озонотерапия на структуру поверхности и нано микро. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ключевым шагом в изготовление самостоятельно агрегированных нановолокно Ассамблеи заключается в обеспечении, что ломкие ААО фильтр не ломается при применении смолы с резиновыми роликами. В самом деле следует обеспечить, что ААО фильтр не сломать в любой точке перед травлением шаг. Потому что ААО фильтр диаметром 25 мм, Размер субстрата составляет приблизительно 30 x 30 мм.
Ассамблея самостоятельно агрегированных нановолокно позволяет нам предоставлять различные функциональные поверхности посредством надлежащей обработки поверхности. После импринтинга, первичной поверхности гидрофильных, но она может быть изменена и стать гидрофобная, подвергнуться озона УФ лечение и поверхности изменения энергии после покрытия OTS. Кроме того предлагаемый мультимасштабный пористой структуры могут быть преобразованы для скользкой поверхности через жидкость процесс смазка настой.
Поверхность с нано микро мультимасштабный структур непрозрачным, возможно из-за неравномерности агрегированных нановолокон, и эта характеристика может использоваться в приложениях, оптических. Таким образом в последующие исследования, мы изучим оптических характеристик с помощью UV-Vis-ИК-спектрометр субстрата. Мы ожидаем, что оптические свойства таких поверхностей может применяться для отраслей, которые требуют Рассеянное отражение света.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы имеют не конкурирующих финансовых интересов раскрыть.
Acknowledgments
Этот материал основан на работе, поддерживаемых базовой программы исследований науки через национальных исследований фонда из Кореи (NRF) финансируется министерством науки, ИКТ и будущего планирования (СР 2017R1A2B4008053) и Министерство торговли, промышленности и энергетики ( MOTIE, Корея) под промышленной технологии инновации программа № 10052802 и Корейский институт по улучшению технологии (KIAT) через программу поощрения промышленности региона экономического сотрудничества (N0002310).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MINS 511RM | Minuta Tech | UV curable resin | |
| Octadecyltrichlorosilane (OTS) | Aldrich | Surface treatment | |
| Sodium oxidanide | SAMCHUN | Etching solution | |
| Anopore Inoganic Membranes | Whatman | 25mm/0.2µm | |
| MT-UV-A 47 | Meiji Techno | UV curing equipment | |
| UVC-30 | Jaesung Engineering | UVO treatment equipment | |
| Smart Drop Plus | FEMTOFAB | Contact angle measurement | |
| Fluorinert FC-70 | 3M | liquid mixture of completely fluorinated aliphatic compounds | |
| Polyethylene terephthalate film | Sunchem | Substrate | |
| Acetone (99.8%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Isopropyl alcohol (99.9%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Rubber roller | Hwahong | For application of resin | |
| Corning Stirring Hot Plates | Corning | Hot plate equipment (5" x 7") |
References
- Elghanian, R., Storhoff, J. J., Mucic, R. C., Letsinger, R. L., Mirkin, C. A. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles. Science. 277, 1078-1081 (1997).
- Berdichevsky, Y., Lo, Y. H. Polypyrrole nanowire actuators. Advanced Materials. 18, 122-125 (2006).
- Mitchell, D. T., et al. Smart nanotubes for bioseparations and biocatalysis. Journal of the American Chemical Society. 124, 11864-11865 (2002).
- Nicewarner-Pena, S. R., et al. Submicrometer metallic barcodes. Science. 294, 137-141 (2001).
- Dersch, R., Steinhart, M., Boudriot, U., Greiner, A., Wendorff, J. H. Nanoprocessing of polymers: applications in medicine, sensors, catalysis, photonics. Polymers for Advanced Technologies. 16, 276-282 (2005).
- Baker, L. A., Jin, P., Martin, C. R. Biomaterials and biotechnologies based on nanotube membranes. Critical reviews in solid state and materials sciences. 30, 183-205 (2005).
- Xiang, H., et al. Block copolymers under cylindrical confinement. Macromolecules. 37, 5660-5664 (2004).
- Fei, G., et al. Electro-activated surface micropattern tuning for microinjection molded electrically conductive shape memory polyurethane composites. RSC Advances. 3, 24132-24139 (2013).
- Kim, K., et al. Stretchable and transparent electrodes based on in-plane structures. Nanoscale. 7, 14577-14594 (2015).
- Kim, J., et al. Wearable smart sensor systems integrated on soft contact lenses for wireless ocular diagnostics. Nature Communications. 8, 14997 (2017).
- Park, J., et al. Wearable, wireless gas sensors using highly stretchable and transparent structures of nanowires and graphene. Nanoscale. 8, 10591-10597 (2016).
- An, B. W., et al. High-resolution printing of 3D structures using an electrohydrodynamic inkjet with multiple functional inks. Advanced Materials. 27, 4322-4328 (2015).
- Kim, M., et al. Fully-integrated, bezel-less transistor arrays using reversibly foldable interconnects and stretchable origami substrates. Nanoscale. 8, 9504-9510 (2016).
- Zhao, Y. S., Zhan, P., Kim, J., Sun, C., Huang, J. Patterned growth of vertically aligned organic nanowire waveguide arrays. American Chemical Society Nano. 4, 1630-1636 (2010).
- Kuo, C. W., Shiu, J. Y., Chen, P. Size-and shape-controlled fabrication of large-area periodic nanopillar arrays. Chemistry of Materials. 15, 2917-2920 (2003).
- Lee, S. B., Koepsel, R., Stolz, D. B., Warriner, H. E., Russell, A. J. Self-assembly of biocidal nanotubes from a single-chain diacetylene amine salt. Journal of the American Chemical Society. 126, 13400-13405 (2004).
- Gibson, J. M. Reading and writing with electron beams. Physics Today. 50, 56-61 (1997).
- Kramer, N., Birk, H., Jorritsma, J., Schönenberger, C. Fabrication of metallic nanowires with a scanning tunneling microscope. Applied Physics Letters. 66, 1325-1327 (1995).
- Jiang, P., Bertone, J. F., Colvin, V. L. A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals. Science. 291, 453-457 (2001).
- Steinhart, M., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296, 1997 (2002).
- Hong, S. H., Hwang, J., Lee, H. Replication of cicada wing's nano-patterns by hot embossing and UV nanoimprinting. Nanotechnology. 20, 385303 (2009).
- Han, K. S., Shin, J. H., Yoon, W. Y., Lee, H. Enhanced performance of solar cells with anti-reflection layer fabricated by nano-imprint lithography. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95, 288-291 (2011).
- Choo, S., Choi, H. J., Lee, H. Replication of rose-petal surface structure using UV-nanoimprint lithography. Materials Letters. 121, 170-173 (2014).
- Yu, Z., Chou, S. Y. Triangular profile imprint molds in nanograting fabrication. Nano Letters. 4, 341-344 (2004).
- Hirai, Y., Harara, S., Isaka, S., Kobayashi, M., Tanaka, Y. Nano-Imprint lithography using replicated mold by Ni electroforming. Japanese Journal of Applied Physics. 41, 4186 (2002).
- Kim, J. H., Cho, Y. T., Jung, Y. G. Selection of absorptive materials for non-reflective wire grid polarizers. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 17, 903-908 (2016).
- St˛epniowski, W. J., Salerno, M. Fabrication of nanowires and nanotubes by anodic alumina template-assisted electrodeposition. Manufacturing Nanostructures. 12, 321-357 (2014).
- Sousa, C. T., et al. Nanoporous alumina as templates for multifunctional applications. Applied Physics Reviews. 1, 031102 (2014).
- Hong, S. H., Bae, B. J., Lee, H., Jeong, J. H. Fabrication of high density nano-pillar type phase change memory devices using flexible AAO shaped template. Microelectronic Engineering. 87, 2081-2084 (2010).
- Schwirn, K., et al. Self-ordered anodic aluminum oxide formed by H2SO4 hard anodization. American Chemical Society Nano. 2, 302-310 (2008).
- Lee, P. S., et al. Vertically aligned nanopillar arrays with hard skins using anodic aluminum oxide for nano imprint lithography. Chemistry of Materials. 17, 6181-6185 (2005).
- Lopes, M. C., de Oliveira, C. P., Pereira, E. C. Computational modeling of the template-assisted deposition of nanowires. Electrochimica Acta. 53, 4359-4369 (2008).
- Choi, M. K., Yoon, H., Lee, K., Shin, K. Simple fabrication of asymmetric high-aspect-ratio polymer nanopillars by reusable AAO templates. Langmuir. 27, 2132-2137 (2011).
- Kim, Y. S., Lee, K., Lee, J. S., Jung, G. Y., Kim, W. B. Nanoimprint lithography patterns with a vertically aligned nanoscale tubular carbon structure. Nanotechnology. 19, 365305 (2008).
- Chen, G., Soper, S. A., McCarley, R. L. Free-standing, erect ultrahigh-aspect-ratio polymer nanopillar and nanotube ensembles. Langmuir. 23, 11777-11781 (2007).
- Jeong, Y., et al. Fabrication of Nano-Micro Hybrid Structures by Replication and Surface Treatment of Nanowires. Crystals. , (2017).
