Waiting
Login processing...

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

Engineering

إجراءات نقل أفلام البوليمر إلى ركائز مسامية مع عيوب أقل

doi: 10.3791/59554 Published: June 22, 2019
* These authors contributed equally

Summary

نقدم إجراء لنقل عالية التحكم والخالية من التجاعيد من كتلة البوليمر رقيقة الأفلام على ركائز الدعم المسامية باستخدام غرفة استنزاف 3D المطبوعة. تصميم غرفة استنزاف هو ذات أهمية عامة لجميع الإجراءات التي تنطوي على نقل الأفلام الجزيئية الكبيرة على ركائز مسامية، والتي تتم عادة باليد بطريقة لا يمكن إنتاجها.

Abstract

تصنيع الأجهزة التي تحتوي على أغشية مركبة رقيقة الفيلم يتطلب نقل هذه الأفلام على أسطح ركائز الدعم التعسفي. يمكن أن يؤدي إنجاز عملية النقل هذه بطريقة عالية التحكم وميكانيكية وقابلة للتكرار إلى القضاء على إنشاء هياكل عيوب على نطاق كلي (مثل الدموع والشقوق والتجاعيد) داخل الفيلم الرقيق الذي يعرض أداء الجهاز للخطر والمنطقة القابلة للاستخدام لكل عينة. هنا، نحن نوصف بروتوكول عام لنقل عالية التحكم وميكانيكية من فيلم البوليمر رقيقة على الركيزة الدعم مسامية التعسفي للاستخدام في نهاية المطاف كجهاز غشاء ترشيح المياه. على وجه التحديد، ونحن تصنيع كتلة كوبوليمر (BCP) فيلم رقيقة على رأس الأضحية، والمياه القابلة للذوبان بولي (حمض الاكريليك) (PAA) طبقة والسيليكون رقاقة الركيزة. ثم نستخدم أداة نقل مصممة خصيصا، 3D المطبوعة ونظام غرفة استنزاف لإيداع، والإقلاع، ونقل BCP رقيقة الفيلم على مركز قرص دعم أكسيد الألومنيوم بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد (AAO) مسامية. يظهر أن ّ تُنقل الأغشية الرقيقة BCP على نحو ثابت في وسط سطح الدعم بسبب توجيه الغشاء الزني الذي يتكون بين الماء وغرفة تصريف البلاستيك المطبوعة ثلاثية الأبعاد. كما نقارن بين أفلامنا الرقيقة المجهزة بالآلات المحمولة بتلك التي تم نقلها يدويًا باستخدام ملاقط. الفحص البصري وتحليل الصور للأفلام الرقيقة المنقولة من العملية الآلية تؤكد أن القليل إلى لا يتم إنتاج أوجه عدم تجانس على نطاق واسع أو تشوهات بلاستيكية، بالمقارنة مع العديد من الدموع والتجاعيد المنتجة من دليل نقل باليد. تشير نتائجنا إلى أن الاستراتيجية المقترحة لنقل الأفلام الرقيقة يمكن أن تقلل من العيوب بالمقارنة مع الطرق الأخرى عبر العديد من الأنظمة والتطبيقات.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

وقد حصلت مؤخرا رقيقة وأجهزة نانوغشاء القائم على اهتمام واسع نظرا لاستخدامها المحتمل في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءا من الخلايا الضوئية المرنة والضوئية، ويعرض طوي، والالكترونيات يمكن ارتداؤها1، 2 , 3.شرط لتصنيع هذه الأنواع المختلفة من الأجهزة هو نقل الأفلام الرقيقة إلى أسطح ركائز تعسفية، والتي لا تزال صعبة بسبب هشاشة هذه الأفلام وكثرة إنتاج عيب على نطاق واسع الهياكل، مثل التجاعيد، والشقوق، والدموع، داخل الأفلام بعد نقل4،5،6،7. نقل يدوي باليد، ملاقط، والحلقات الأسلاك هي طرق شائعة لنقل الفيلم رقيقة، ولكن يؤدي حتمافي التناقضات الهيكلية وتشوه البلاستيك 8،9. تم استكشاف أنواع مختلفة من منهجيات نقل الأفلام الرقيقة مثل: 1) تحويل الطوابع من البوليديميثيل سيلوكسان (PDMS)، الذي ينطوي على استخدام ختم elastomeric للحصول على الفيلم الرقيق من الركيزة المانحة ثم نقلها إلى المتلقي الركيزة10، و 2) نقل طبقة التضحية11، والتي يتم استخدام etchant لحل انتقائي طبقة التضحية بين الركيزة الدعم ورقيقة الفيلم ، وبالتالي رفع قبالة الفيلم رقيقة. ومع ذلك، فإن هذه التقنيات وحدها لا تسمح بالضرورة لنقل الفيلم رقيقة دون تكبد الضرر أو تشكيل عيب داخل الأفلام رقيقة12.

هنا، نقدم طريقة سهلة جديدة، منخفضة التكلفة، وعامة على أساس طبقة التضحية الإقلاع ونقل موجهة بالسحايا داخل تصميم مخصص، 3D المطبوعة نظام غرفة استنزاف، لوضع ميكانيكيا كتلة copolymer (BCP) الأفلام رقيقة على مراكز الركيزة المسامية مثل أقراص أكسيد الألومنيوم بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد (AAO) مع هياكل عيوب على نطاق كبير قليلة إلى لا، مثل التجاعيد والدموع والشقوق. في السياق الحالي، يمكن بعد ذلك استخدام هذه الأفلام الرقيقة المنقولة كأجهزة في دراسات ترشيح المياه، وربما بعد عملية تركيب التسلل التسلسلي (SIS)9. تحليل صورة الأفلام المنقولة التي تم الحصول عليها من المجهر البصري تبين أن نظام غرفة التصريف الموجه من غضن المياه يوفر عينات سلسة وقوية وخالية من التجاعيد. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الصور تظهر أيضا قدرة النظام على وضع أغشية الفيلم رقيقة بشكل موثوق على مراكز ركائز المتلقي. نتائجنا لها آثار كبيرة على أي نوع من تطبيق الجهاز التي تتطلب نقل هياكل رقيقة على أسطح ركائز مسامية تعسفية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. تصنيع أداة نقل واستنزاف نظام غرفة

  1. المرفقة (ملفات تكميلية 1، 2) هو الرسم الهندسي لتجميع غرفة استنزاف تتكون من جزأين : أعلى وأسفل. نموذج هذا الجهاز وفقا لمواصفات النظام المطلوب (على سبيل المثال، القطر الخارجي للركيزة المتلقية) وتصدير كملف STL للطباعة 3D.
  2. بالنسبة للجزء العلوي، استخدم طابعة خيوط من الاختيار والطباعة بأقل دقة ممكنة، بما في ذلك السقالات حيثما كان ذلك ضروريا. الالتزام بالمعلمات الموصى بها للطابعة. ومن المستحسن أيضا أن يتم طباعة الجزء العلوي باستخدام بولي (حمض اللبتيك) (جيش التحرير الشعبى الصينى) لتقليل سفك المواد.
  3. بالنسبة للجزء السفلي، استخدم طابعة راتنج حبرية أو طابعة خيوط ذات ارتفاع بناء يصل إلى 20 ميكرومتر.
    ملاحظة: جيش التحرير الشعبى الصينى هو مادة مناسبة التي تقلل من سفك المواد.
  4. فرك وتنظيف كل من أجزاء مع الماء منزوع الديون، وضمان إزالة أي المواد سفك المحتملة من عملية الطباعة. ويوصى أيضا sonication في الماء منزوع الديون. اختبار خيوط على الجزأين لضمان تناسب جيد.
  5. إكمال غرفة الصرف بحجم 117 النيوبرين O-حلقة وأنابيب من المعلمات المحددة في الوثائق الداعمة (ملفات تكميلية 1، 2). يظهر مخطط تجميع غرفة الصرف بأكمله في الشكل 1.
  6. اطبع أداة النقل باستخدام أي طابعة خيوط بدقة متوسطة إلى دقيقة. هناك جزأين: المشبك وذراع التحميل.
    ملاحظة: من المستحسن جداً أن يتم طباعة أداة نقل باستخدام بولي (حمض اللبتيك) (جيش التحرير الشعبى الصينى)، كما يمكن أن يكون اللدائن الأخرى رطبة سيئة وتتسبب في رقاقة تصبح رطبة بشكل غير متوقع.
  7. إكمال المشبك مع حجم 10 المسمار ثم نعلق المشبك على جاك المختبر.

2- الترسيب الآلي الأولي وتشفع الأغشية من الركيزة المانحة

  1. ضع قرص AAO العارية قطرها 25 مم (أو أي ركيزة استقبال مسامية تعسفية من اختيارك) على الجزء السفلي من غرفة الصرف. ثم، وضع النيوبرين O-حلقة على رأس القرص AAO والمسمار على الجزء العلوي من غرفة استنزاف.
  2. شطف و / أو sonicate الإعداد مرات مختلفة مع منزوع الديون (DI) المياه. يساعد ذلك على إزالة أي غبار و/أو أي جسيمات متبقية من الطباعة ثلاثية الأبعاد.
  3. ضع قطعة رقاقة سي مع كومة البوليمر القابلة للتحويل (رقاقة المانحة) على شفة ذراع تحميل أداة نقل.
  4. ملء غرفة استنزاف مع 25 مل من المياه DI.
  5. خفض جاك المختبر بحيث يتم تراجع الأداة ببطء في مدخل منحدر من غرفة استنزاف وأن الركيزة السيليكون المانحة مغمورة ببطء. تأكد من أن يتم غمر رقاقة بما فيه الكفاية للغشاء لdelaminate تماما والإقلاع من الركيزة المانحة الكامنة.
    ملاحظة: استخدام قطعة من رقاقة سي مع عدم وجود تلوث الغبار ضمان فصل سهلة من الركيزة المانحة.
  6. رفع ببطء أداة نقل من الماء ونقله بعيدا عن الطريق، والتأكد من عدم إزعاج الغشاء العائم.
  7. اقناع الغشاء في افتتاح الغرفة مع ملاقط. وضع ملقط في الماء أمام غشاء سوف توجه ه بسبب التوتر السطحي. لمس الغشاء العائم نفسه ليس ضروريا وينبغي تجنبها.

3- النقل الموجه بالسحاياكوس إلى الركيزة المستقبِلة مع نظام غرفة الصرف

  1. توصيل الأنابيب إلى منفذ الجزء السفلي من غرفة الصرف الصحي. قم بإرفاق هذه الأنابيب بحقنة Luer-lock بـ 20 مل.
  2. الحصول على مضخة حقنة مع وظيفة سحب. ضع الحقنة على المضخة وسحب المياه بمعدل 1-2.5 مل/دقيقة حتى يتم تصريف جميع المياه.
  3. بعد 10 دقيقة، يجب إزالة الماء تماما من غرفة الصرف الصحي. إذا كان لا يزال هناك أي المياه المتبقية داخل الغرفة، وإعادة ربط الحقنة والأنابيب والاستمرار في سحب أي المياه المتبقية.
  4. بعد تصريف كامل للمياه، سيتم وضع الغشاء الآن في مركز الركيزة المتلقي. فصل غرفة الصرف من مضخة المحاقن وتفكيك غرفة الصرف لإزالة الركيزة المتلقي التي تحتوي على الغشاء.
    ملاحظة: العملية الإجمالية بما في ذلك الإعداد يستغرق ~ 15 دقيقة.
  5. السماح للعينة لتجف تماما في درجة حرارة الغرفة قبل استخدام مزيد في أي تطبيق.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

تم تصنيع عينات غشاء BCP وفقا للإجراء الموصوف سابقا9. وضعت العينات على شفة ذراع التحميل من أداة نقل 3D المطبوعة(الشكل 1، اليسار) وخفضت في وقت لاحق، مع جاك المختبر، على منحدر مدخل أداة غرفة استنزاف 3D المطبوعة (الشكلالحق). وقد تم حل طبقة التضحية من بولي (حمض الاكريليك) (PAA) بين غشاء BCP والركيزة السيليكون المانحة الكامنة في الماء داخل غرفة استنزاف، مما أدى إلى غشاء BCP العائمة. ثم تم تشغيلمضخة المحاقن (الشكل 2، أسفل) لسحب المياه بمعدل تدفق حجمي قدره 2.5 مل/دقيقة، مما أدى إلى وقت نقل إجمالي قدره 10 دقائق (على افتراض 25 مل أولي من المياه داخل نظام غرفة الصرف). تمت مقارنة هذه الطريقة لنقل الفيلم رقيقة لنقل دليل رقيقة عن طريق نقل اليد وملاقط، كما هو معروض في الشكل 3.

وتظهر في الشكل 4صور تمثيلية لعينات من الأغشية الرقيقة من BCP يتم نقلها يدويًا على ركائز AAO المسامية . توضح هذه الصور سوء نوعية طريقة النقل اليدوي، كما يتضح من التشوه البلاستيكي الحاد وهياكل العيوب على نطاق الماكرو الموجودة في أغشية BCP. وقد تجعد جميع أغشية BCP ومجزأة بعد نقل اليدوي، بالإضافة إلى تشويه الهندسة مستطيلة الأولية من أغشية BCP مكعبات. الخطأ البشري الذي أدخله نقل يدوي النتائج في نقل غير مكتملة من الأغشية، فضلا عن عدم وجود توسيط و/أو دقة التنسيب على المتلقي AAO الركيزة- وسيتم مزيد من فحص هذا مع برنامج تحليل الصورة.

وتظهر في الشكل5صور تمثيلية لعينات من الأغشية الرقيقة من BCP نقلت إلى ركائز AAO يسهل اختراقها، باستخدام توجيه الحوض السينيوونظام في غرفة الصرف . عند التفتيش، تظهر هذه الصور فرقا ملحوظا من تلك الموجودة في الشكل4، كما تم الحفاظ على الهندسة المستطيلة لكل غشاء. ويبدو أن هناك التصفيح الكامل والموحد للغشاء على ركائز AAO المتلقي، دون أي آثار تشوه البلاستيك كبيرة لوحظ. وعلاوة على ذلك، يبدو أن هناك دقة عالية من توسيط غشاء BCP على ركائز المتلقي، والتي سيتم تأكيدها مع برنامج تحليل الصور.

لوصف دقة وضع وتوسيط غشاء BCP على الركيزة AAO المتلقي، تم إجراء تحليل صورة centroid باستخدام برنامج تحليل ImageJ. وعلى وجه التحديد، تم حساب المسافة بين الوسط ية لغشاء BCP والوسطية للركيزة AAO المتلقي لكل عينة. وترد هذه القيم في الجدولين 1 و الموافقتين لطريقة النقل اليدوي وطريقة توجيه السحايا/غرفة الصرف، على التوالي. وتفاوتت مسافات العينات المنقولة يدوياًمن وسط إلى وسط (الجدول1)تفاوتاً واسعاً، حيث تراوحت القيم بين 0.533 ملم و8.455 مم. وكان متوسط المسافة من وسط إلى مركز والانحراف المعياري للعينات المنقولة مع الأسلوب اليدوي 3.840 مم 2.788 مم. وعلى النقيض من ذلك، أظهرت المسافات من مركز إلى وسط للعينةالتي تم نقلها من منتصف إلى وسط العينات (الجدول 2) تبايناً أقل بكثير، مع قيم تتراوح بين 0.282 مم إلى 0.985 مم. كان متوسط المسافة من وسط إلى وسط والانحراف المعياري للغرفة الموجهة بالسحالي/التصريف 0.521 مم 0.258 مم. وتشير هذه النتائج إلى أن نظام نقل غرفة التصريف الموجه من الزنية يوفر قدراً أكبر من الدقة والقابلية للتكرار فيما يتعلق بوضع وتوسيط غشاء BCP على الركيزة المستقبِلة. عندما يقترن مع تشوه البلاستيك المحدود وهياكل عيوب على نطاق كلي لوحظ في هذه العينات (الشكل 4) ، بالمقارنة مع تلك التي نقلت يدويا (الشكل 3) ، ونقل توجيه المينا مع استخدام غرفة استنزاف نظام يثبت أن يكون بروتوكول فعالة وقوية لنقل أغشية رقيقة إلى ركائز مسامية تعسفية.

Figure 1
الشكل 1 مخطط يصور تصميم وتجميع أداة النقل (يسار) وغرفة تصريف (يمين). تتكون أداة النقل (يسار) من جزأين فرديين: المشبك وذراع التحميل، كما هو مُصفّم. يعلق المشبك إلى أيّ معيارمختبريّ ة (1) مع حجم #10 برغي. يتم وضع الركيزة المانحة التي تحتوي على غشاء رقيقة ليتم نقلها في (2). غرفة الصرف(يمين) يتكون من جزأين الفردية: الجزء العلوي والجزء السفلي، كما وصفت. يتم خفض الركيزة المانحة على منحدر المدخل في (3). يتم توفير النيوبرينO الدائري (4) لضمان ختم ضيق بين الركيزة المتلقي (5) والجزء السفلي من غرفة الصرف الصحي. تدفق المياه من خلال الغرفة والمخارج في منفذ (6). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2 الإعداد التجريبي الكامل. (أعلى) في الصورة يظهر كامل 3D المطبوعة أداة نقل (المشبك وذراع التحميل) ونظام غرفة استنزاف. (أسفل) في الصورة هي حقنة التي تحتفظ بها مضخة حقنة مع وظيفة الانسحاب، متصلة بنظام غرفة الصرف الصحي. مضخة حقنة تسحب المياه من نظام غرفة الصرف ويسمح لنقل الغشاء النانوي الموجه بالحوض إلى الركيزة المتلقي. كما في الصورة هو كوب زجاجي يغطي نظام غرفة استنزاف لمنع الغبار والجسيمات الأجنبية الأخرى من دخول نظام غرفة استنزاف. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3 دليل رقيقة طريقة نقل الفيلم باليد وملاقط. في هذه الطريقة، يتم غمر الركيزة السيليكون المانحة ببطء في حمام من الماء، وتذوب طبقة التضحية بين غشاء BCP والركيزة والإفراج عن غشاء BCP في الحمام. وفي وقت لاحق، يحمل المستخدم الركيزة AAO المتلقي مع زوج من ملاقط وببطء "مغرفة" صعودا لوضع غشاء BCP على الركيزة AAO المتلقي. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4 الصور البصرية للأغشية الرقيقة من البوليمر اتبوليمر (BCP) التي تم نقلها يدويًا. صور تصور أغشية BCP على أعلى ركائز AAO المتلقي (25 مم القطر)، بعد نقل اليدوي باليد وملاقط. ويلاحظ تشوه شديد من البلاستيك وهياكل عيوب على نطاق الماكرو في العينات. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5 الصور البصرية من الموجهة السحايا كتلة المحولة copolymer (BCP) رقيقة الأفلام، وتحديدا مع استخدام 3D المطبوعة نقل / استنزاف أداة غرفة. صور تصور أغشية BCP على أعلى ركائز AAO المتلقي (25 مم القطر)، بعد تحويل غرفة التصريف الموجهة بالسحايا. ويلاحظ التصفيح موحدة، مع تشوه البلاستيك محدودة، في العينات. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

عينه مسافة من وسط إلى وسط (مم)
1 3.055
2 5.334
3 0.533
4 8.455
5 3.765
6 1.895

الجدول 1: المسافات من مركز إلى وسط للعينات المنقولة يدوياً. هذه القيم تصف المسافات بين مركز غشاء BCP ومركز الركيزة AAO المتلقي، التي تحددها وظيفة سنترويد من برنامج تحليل ImageJ. كان ال [سنتر-تو-سنتر] بعد 3.840 2.788 [مّ] (يعني ± [سد]).

عينه مسافة من وسط إلى وسط (مم)
1 0.527
2 0.985
3 0.597
4 0.282
5 0.438
6 0.300

الجدول 2: مسافات من مركز إلى وسط للعينات المنقولة بغرفة التصريف الموجه إلى الحوض. هذه القيم تصف المسافات بين مركز غشاء BCP ومركز الركيزة AAO المتلقي، التي تحددها وظيفة سنترويد من برنامج تحليل ImageJ. كان ال [سنتر-تو-سنتر] بعد 0.521 0.258 [مّ] (يعني ± [سد]).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

في حين أن العديد من الخطوات المدرجة في هذا البروتوكول حاسمة لنجاح نقل الفيلم رقيقة، وطبيعة غرفة استنزاف المطبوعة 3D مصممة خصيصا يسمح لمرونة واسعة، وفقا لمتطلبات المستخدم محددة. على سبيل المثال، إذا كان الركيزة المتلقي ة قطر أكبر من 25 ملم قطر هات الأقراص المستخدمة في هذه الدراسة، يمكن تعديل غرفة استنزاف مناسب لتناسب المواصفات الجديدة. ومع ذلك، هناك بعض جوانب البروتوكول اللازمة لضمان نتائج نقل فعالة.

اختيار المواد المطبوعة 3D لأداة نقل واستنزاف غرفة يثبت أن تكون مهمة لنجاح هذا البروتوكول. يجب أن تطبع كل من أداة نقل وغرفة استنزاف مع المواد التي لا تسلط باستمرار المواد، وقطع من الحطام من سفك يمكن أن تدمر سلامة غشاء الفيلم رقيقة. وقد تقرر كل من جيش التحرير الشعبي والراتنج النافثة للحبر القابلة للطباعة أن تكون المواد المثلى لهذا الغرض. عندما يقترن تنظيف شامل مع الماء منزوع الديون وسونيكيشن، يجب أن أجزاء 3D المطبوعة لا تنتج الجسيمات التي من شأنها أن تلوث العينات خلاف ذلك. بالإضافة إلى ذلك، فإن اختيار المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد لأداة النقل أمر بالغ الأهمية لمنع الأضرار الناجمة عن أي فقاعات توتر في المياه تنشأ عن الاتصال الأولي بين ذراع التحميل والمياه في غرفة الصرف. وقد تقرر جيش التحرير الشعبي أن يكون المادة المثلى في هذا الصدد، وينبغي أن تعمل البوليمرات المائية الأخرى أيضا. لذلك، نوصي بشدة أن جيش التحرير الشعبي أن تستخدم لأداة نقل، في حين أن غرفة استنزاف ينبغي أن تطبع مع جيش التحرير الشعبي و / أو النافثة للحبر الراتنج القابلة للطباعة.

جانب آخر حاسم من البروتوكول هو توجيه من الغشاء الحولي في عملية نقل، كما يساعد على وضع الغشاء في وسط الركيزة المتلقي. ويمكن التحكم في هذا عن طريق اختيار معدل التدفق الحجمي لمضخة حقنة. سريع جدا من معدل الانسحاب (أكبر من 5 مل / دقيقة لهذا البروتوكول) من المرجح أن تلف الغشاء ومنع السحايا في توجيه ببطء الغشاء إلى مركز الركيزة المتلقي. وقد تم تحديد 2.5 مل /دقيقة ليكون المعدل الأمثل لهذا البروتوكول، كما أنه يحافظ على السلامة الهيكلية للغشاء ودقة عالية من توسيط ووضع على الركيزة المتلقي، دون التضحية بالكفاءة. وبالمثل، لا يزال من الممكن تعديل هذه المعلمات استناداً إلى الاعتبارات المحددة للمشروع، خاصة إذا تم تغيير المواصفات الهندسية لغرفة الصرف المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

في حين أن منهجية تحويل غرفة التصريف الموجهة بالسحالي الموجهة والموصوفة تساعد على القضاء على خلق عيوب هيكلية على نطاق واسع وتشوه بلاستيكي شديد في الأفلام الرقيقة المنقولة، لا يزال هناك احتمال حدوث عيب على نطاق صغير هياكل داخل الأغشية، مثل الكسر وعيوب الخط / الطائرة. غير أن هذه الأنواع من أوجه عدم التجانس على نطاق صغير قد تنتج عن التصنيع الأولي للعينات بدلاً من بروتوكول النقل نفسه. دور هذه الهياكل عيب على نطاق صغير على أداء الغشاء هو موضوع البحوث الجارية.

لقد أظهرنا منهجية بسيطة تستند إلى 3D الطباعة ودليل الحوض للتحكم بدقة واستنساخ نقل أغشية BCP فيلم رقيقة من ركائز السيليكون المانحة إلى ركائز مسامية. النتائج من التفتيش البصري وتحليل الصور البرمجيات تؤكد ما ينتج عن جودة عالية من التنسيب. ويمكن توسيع نطاق هذا البروتوكول ليشمل أي تطبيق بحثي يتطلب نقل او تغليف امتماع دقيق للأغشية الرقيقة الى ركائز مسامية تعسفية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

وقد تم دعم هذا العمل كجزء من مركز المواد المتقدمة لأنظمة الطاقة والمياه (AMEWS)، وهو مركز أبحاث حدود الطاقة بتمويل من وزارة الطاقة الأميركية، ومكتب العلوم، وعلوم الطاقة الأساسية. ونحن نعترف بامتنان بالمناقشات المفيدة مع مارك ستوليكوفيتش وبول نيلي.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
35% sodium polyacrylic acid solution Sigma Aldrich 9003-01-4  
Amicon Stirred Cell model 8010 10mL Millipore 5121
Anodized aluminum oxide, 0.2u thickness, 25mm diameter Sigma Aldrich WHA68096022
o ring neoprene 117 Grainger 1BUV7
Objet500 Connex3 3D Printer Stratasys
Onshape 3D software onshape
Polylactic acid filament Ultimaker
ultimaker3 3d filament printer Ultimaker
Vero Family printable materials Stratasys

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Shah, A., Torres, P., Tscharner, R., Wyrsch, N., Keppner, H. Photovoltaic technology: the case for thin-film solar cells. Science. 285, (5428), 692-698 (1999).
  2. Kim, T. H., et al. Full-colour quantum dot displays fabricated by transfer printing. Nat. Photon. 5, (3), 176 (2011).
  3. Nomura, K., et al. Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors. Nature. 432, (7016), 488 (2004).
  4. Pirkle, A., et al. The effect of chemical residues on the physical and electrical properties of chemical vapor deposited graphene transferred to SiO2. Applied Physics Letters. 99, (12), 122108-122110 (2011).
  5. Chae, S. J., et al. Synthesis of large-area graphene layers on poly-nickel substrate by chemical vapor deposition: wrinkle formation. Advanced Materials. 21, (22), 2328-2333 (2009).
  6. Zhu, W., et al. Structure and electronic transport in graphene wrinkles. Nano Letters. 12, (7), 3431-3436 (2012).
  7. Paronyan, T. M., Pigos, E. M., Chen, G., Harutyunyan, A. R. Formation of ripples in graphene as a result of interfacial instabilities. ACS Nano. 5, (12), 9619-9627 (2011).
  8. Stadermann, M., et al. Fabrication of large-area free-standing ultrathin polymer films. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52832 (2015).
  9. Zhou, C., et al. Fabrication of Nanoporous Alumina Ultrafiltration Membrane with Tunable Pore Size Using Block Copolymer Templates. Advanced Functional Materials. 27, (34), 1701756 (2017).
  10. Meitl, M. A., et al. Transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp. Nature Materials. 5, (1), 33 (2006).
  11. Suk, J. W., et al. Transfer of CVD-grown monolayer graphene onto arbitrary substrates. ACS Nano. 5, (9), 6916-6924 (2011).
  12. Chen, Y., Gong, X. L., Gai, J. G. Progress and Challenges in Transfer of Large-Area Graphene Films. Advanced Science. 3, (8), 1500343 (2016).
إجراءات نقل أفلام البوليمر إلى ركائز مسامية مع عيوب أقل
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Guio, L., Liu, C., Boures, D., Getty, P. T., Waldman, R., Liu, X., Darling, S. B. Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects. J. Vis. Exp. (148), e59554, doi:10.3791/59554 (2019).More

Guio, L., Liu, C., Boures, D., Getty, P. T., Waldman, R., Liu, X., Darling, S. B. Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects. J. Vis. Exp. (148), e59554, doi:10.3791/59554 (2019).

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