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Engineering

कम से कम दोषों के साथ पोरस सबस्ट्रेट्स पर पॉलिमर फिल्म्स के स्थानांतरण के लिए प्रक्रिया

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

Summary

हम एक 3 डी मुद्रित नाली चैम्बर का उपयोग कर छिद्रपूर्ण समर्थन substrates पर ब्लॉक copolymer पतली फिल्मों के अत्यधिक नियंत्रित और शिकन मुक्त हस्तांतरण के लिए एक प्रक्रिया प्रस्तुत करते हैं. नाली कक्ष डिजाइन सभी प्रक्रियाओं के लिए सामान्य प्रासंगिकता है जिसमें मैक्रोआण्विक फिल्मों के हस्तांतरण को छिद्रपूर्ण सबस्टरेट पर शामिल किया जाता है, जो आम तौर पर हाथ से एक अपरिवर्तनीय तरीके से किया जाता है।

Abstract

पतली फिल्म समग्र झिल्ली युक्त उपकरणों के निर्माण मनमाने ढंग से समर्थन substrates की सतहों पर इन फिल्मों के हस्तांतरण की आवश्यकता है. एक उच्च नियंत्रित, यंत्रीकृत, और reproduible तरीके से इस हस्तांतरण को पूरा पतली फिल्म है कि समझौता डिवाइस प्रदर्शन और उपयोगी क्षेत्र के भीतर मैक्रोस्केल दोष संरचनाओं (उदा., आँसू, दरारें, और झुर्रियों) के निर्माण को खत्म कर सकते हैं प्रति नमूना. यहाँ, हम एक पानी निस्पंदन झिल्ली डिवाइस के रूप में अंतिम उपयोग के लिए एक मनमाने ढंग से झरझरा समर्थन सब्सट्रेट पर एक बहुलक पतली फिल्म के अत्यधिक नियंत्रित और यंत्रीकृत हस्तांतरण के लिए एक सामान्य प्रोटोकॉल का वर्णन. विशेष रूप से, हम एक बलि के शीर्ष पर एक ब्लॉक सहबहुलक (BCP) पतली फिल्म बनाना, पानी में घुलनशील पाली (एक्रिलिक एसिड) (पीएए) परत और सिलिकॉन वेफर सब्सट्रेट. हम तो एक कस्टम डिजाइन, 3 डी मुद्रित हस्तांतरण उपकरण और नाली चैम्बर प्रणाली का उपयोग करने के लिए जमा, लिफ्ट बंद, और एक झरझरा anodized एल्यूमीनियम ऑक्साइड (एएओ) समर्थन डिस्क के केंद्र पर BCP पतली फिल्म हस्तांतरण. स्थानांतरित BCP पतली फिल्म लगातार पानी और 3 डी मुद्रित प्लास्टिक नाली कक्ष के बीच गठित मेनिस्कस के मार्गदर्शन के कारण समर्थन सतह के केंद्र पर रखा जा करने के लिए दिखाया गया है. हम भी उन है कि चने के उपयोग के साथ हाथ से स्थानांतरित किया गया है करने के लिए हमारे यंत्रीकृत हस्तांतरण संसाधित पतली फिल्मों की तुलना करें। यंत्रीकृत प्रक्रिया से स्थानांतरित पतली फिल्मों के ऑप्टिकल निरीक्षण और छवि विश्लेषण की पुष्टि करते हैं कि मैनुअल से उत्पादित आँसू और झुर्रियों की भीड़ की तुलना में छोटे-से-कोई मैक्रो स्केल inhomogeneities या प्लास्टिक विकृतियों का उत्पादन कर रहे हैं हाथ से हस्तांतरण. हमारे परिणामों का सुझाव है कि पतली फिल्म हस्तांतरण के लिए प्रस्तावित रणनीति दोष को कम कर सकते हैं जब कई प्रणालियों और अनुप्रयोगों में अन्य तरीकों की तुलना में.

Introduction

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पतली फिल्म और नैनोमेम्ब्रेन आधारित उपकरणों ने हाल ही में लचीला फोटोवोल्टिक और फोटोनिक्स, फोल्डेबल डिस्प्ले, और पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स1, से लेकर अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में अपने संभावित उपयोग के कारण व्यापक रुचि बढ़ी है। , 3. इन विभिन्न प्रकार के उपकरणों के निर्माण के लिए एक आवश्यकता मनमाने ढंग से substrates की सतहों के लिए पतली फिल्मों के हस्तांतरण है, जो इन फिल्मों की कमजोरी और मैक्रोस्केल दोष के लगातार उत्पादन के कारण चुनौतीपूर्ण रहता है संरचनाओं, जैसे झुर्रियां, दरारें, और आँसू , हस्तांतरण के बाद फिल्मों के भीतर4,5,6,7. हाथ से मैनुअल हस्तांतरण, चिमटी, और तार छोरों पतली फिल्म हस्तांतरण के आम तरीके हैं, लेकिन अनिवार्य रूप से संरचनात्मक incongruities और प्लास्टिक विरूपण8,9में परिणाम. पतली फिल्म हस्तांतरण के तरीके के विभिन्न प्रकार के रूप में पता लगाया गया है: 1) polydimethylsiloxane (PDMS) टिकट हस्तांतरण, जो एक elastomeric टिकट का उपयोग शामिल है दाता सब्सट्रेट से पतली फिल्म प्राप्त करने के लिए और बाद में प्राप्त करने के लिए स्थानांतरण उपस्तर10, और 2) बलि परत स्थानांतरण11, जिसमें एक etchant चुनिंदा समर्थन सब्सट्रेट और पतली फिल्म के बीच एक बलि परत भंग करने के लिए प्रयोग किया जाता है, जिससे पतली फिल्म से हटा. हालांकि, इन तकनीकों अकेले पतली फिल्मों12के भीतर या दोष गठन को नुकसान पहुंचाए बिना पतली फिल्म हस्तांतरण के लिए अनुमति नहीं है .

यहाँ, हम एक कस्टम डिजाइन, 3 डी मुद्रित नाली कक्ष प्रणाली के भीतर एक कस्टम डिजाइन, 3 डी मुद्रित नाली कक्ष प्रणाली के भीतर बलि परत लिफ्ट बंद और mencus-निर्देशित हस्तांतरण के आधार पर एक उपन्यास, कम लागत, और सामान्य योग्य सुगम विधि प्रस्तुत करने के लिए, यंत्रवत् स्थान ब्लॉक copolymer (BCP) पतली फिल्मों पर इस तरह के झुर्रियों, आँसू, और दरारें के रूप में थोड़ा करने के लिए कोई खर्च मैक्रोस्केल दोष संरचनाओं के साथ इस तरह के anodized एल्यूमीनियम ऑक्साइड (एएओ) डिस्क के रूप में झरझरा substrates के केन्द्रों। वर्तमान संदर्भ में, इन स्थानांतरित पतली फिल्मों तो पानी निस्पंदन अध्ययन में उपकरणों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, संभवतः अनुक्रमिक घुसपैठ संश्लेषण के बाद (एसआईएस) प्रसंस्करण9. ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी से प्राप्त हस्तांतरित फिल्मों के छवि विश्लेषण से पता चलता है कि मेनिस्कस निर्देशित, नाली कक्ष प्रणाली चिकनी, मजबूत, और शिकन मुक्त नमूने प्रदान करता है। इसके अलावा, छवियों को भी मज़बूती से प्राप्त substrates के केन्द्रों पर पतली फिल्म झिल्ली जगह प्रणाली की क्षमता का प्रदर्शन. हमारे परिणाम ों यथावक छिद्रीय उपसंहरणों की सतहों पर पतली फिल्म संरचनाओं के हस्तांतरण की आवश्यकता वाले किसी भी प्रकार के उपकरण अनुप्रयोग के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं।

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Protocol

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1. हस्तांतरण उपकरण और नाली चैम्बर प्रणाली का निर्माण

  1. संलग्न (अनुपूरक फाइल 1, 2) नाली कक्ष विधानसभा के लिए इंजीनियरिंग ड्राइंग दो भागों से मिलकर है: ऊपर और नीचे. वांछित प्रणाली के विनिर्देशों के अनुसार इस डिवाइस मॉडल (उदाहरण के लिए, प्राप्त सब्सट्रेट के बाहरी व्यास) और 3 डी मुद्रण के लिए एक STL फ़ाइल के रूप में निर्यात.
  2. शीर्ष भाग के लिए, पसंद का एक फिलामेंट प्रिंटर का उपयोग और सबसे कम संभव संकल्प में प्रिंट, मचान सहित जहाँ भी आवश्यक. प्रिंटर के अनुशंसित पैरामीटर का पालन करें। यह भी सिफारिश की जाती है कि सामग्री बहा को कम करने के लिए पॉली (लैक्टिक एसिड) (पीएलए) का उपयोग करके शीर्ष भाग को मुद्रित किया जाए।
  3. नीचे भाग के लिए, 20 डिग्री के रूप में ठीक के रूप में एक बिल्ड ऊंचाई के साथ एक इंकजेट राल प्रिंटर या फिलामेंट प्रिंटर का उपयोग करें।
    नोट: पीएलए एक उपयुक्त सामग्री है जो सामग्री बहा कम से कम है।
  4. स्क्रब और deionized पानी के साथ दोनों भागों को साफ, मुद्रण प्रक्रिया से किसी भी संभावित बहा सामग्री को हटाने सुनिश्चित करने. deionized पानी में Sonication भी सिफारिश की है. एक अच्छा फिट सुनिश्चित करने के लिए दो भागों पर थ्रेडिंग का परीक्षण करें।
  5. एक आकार 117 neoprene ओ-अंगूठी और समर्थन दस्तावेजों में निर्दिष्ट मानकों की ट्यूबिंग के साथ नाली कक्ष को पूरा करें (अनुपूरक फाइल 1, 2)। संपूर्ण नाली कक्ष सभा का एक योजनाबद्ध चित्र 1में दर्शाया गया है।
  6. संशोधन उपकरण ठीक संकल्प करने के लिए मध्यम पर किसी भी फिलामेंट प्रिंटर का उपयोग कर हस्तांतरण उपकरण मुद्रित करें। वहाँ दो भागों रहे हैं: दबाना और लोड हो रहा है हाथ.
    नोट: यह अत्यधिक अनुशंसा की जाती है कि स्थानांतरण उपकरण पॉली (लैक्टिक एसिड) (पीएलए) का उपयोग कर मुद्रित किया जा, के रूप में अन्य प्लास्टिक खराब गीला किया जा सकता है और वेफर अनपेक्षित रूप से गीला हो करने के लिए कारण।
  7. एक आकार 10 पेंच के साथ दबाना पूरा करें और फिर एक प्रयोगशाला जैक पर दबाना देते हैं.

2. दाता सब्सट्रेट से प्रारंभिक यंत्रीकृत जमाव और झिल्ली लिफ्ट-ऑफ

  1. नाली कक्ष के निचले हिस्से पर एक नंगे 25 मिमी व्यास एएओ डिस्क (या पसंद के किसी भी मनमाने ढंग से झरझरा रिसीवर सब्सट्रेट) रखें। फिर, एओडिस्क के शीर्ष पर नियोप्रीन ओ-अंगूठी रखें और नाली कक्ष के शीर्ष भाग पर पेंच रखें।
  2. कुल्ला और / या deionized (डीआई) पानी के साथ सेटअप विभिन्न बार sonicate। यह 3 डी मुद्रण से किसी भी धूल और/या किसी भी शेष कण को दूर करने में मदद करता है।
  3. स्थानांतरण उपकरण लोडिंग हाथ के होंठ पर हस्तांतरणीय बहुलक ढेर (दाता वेफर) के साथ सी वेफर का टुकड़ा रखें।
  4. नाली कक्ष को 25 एमएल डीआई पानी से भरें।
  5. प्रयोगशाला जैक को कम करें ताकि उपकरण धीरे-धीरे नाली चैम्बर के प्रवेश द्वार रैंप में डूबा हो और यह कि दाता सिलिकॉन सब्सट्रेट धीरे-धीरे जलमग्न हो जाए। सुनिश्चित करें कि वेफर झिल्ली के लिए पर्याप्त रूप से जलमग्न है पूरी तरह से delaminate और अंतर्निहित दाता सब्सट्रेट से लिफ्ट बंद.
    नोट: कोई धूल संदूषण के साथ सी वेफर का एक टुकड़ा का उपयोग दाता सब्सट्रेट से आसान जुदाई सुनिश्चित करेगा।
  6. धीरे-धीरे स्थानांतरण उपकरण को पानी से बाहर बढ़ाएं और इसे रास्ते से बाहर ले जाएं, यह सुनिश्चित करें कि फ्लोटिंग झिल्ली को परेशान न करें।
  7. छबजेन के साथ कक्ष के उद्घाटन में झिल्ली मनाना. झिल्ली के सामने पानी में टिकोजर रखने से सतह तनाव के कारण यह मार्गदर्शन करेगा। फ्लोटिंग झिल्ली को छूना आवश्यक नहीं है और इससे बचा जाना चाहिए।

3. नाली चैम्बर प्रणाली के साथ रिसीवर सब्सट्रेट करने के लिए Meniscus निर्देशित स्थानांतरण

  1. नाली कक्ष के नीचे भाग के आउटलेट से ट्यूबिंग कनेक्ट करें। इस ट्यूबिंग को 20 एमएल लूर-लॉक सिरिंज से संलग्न करें।
  2. कार्यक्षमता वापस लेने के साथ एक सिरिंज पंप प्राप्त करें। सिरिंज को पंप पर रखें और 1-2.5 एमएल/मिनट की दर से पानी निकाल लें जब तक कि सभी पानी को निकाल न दिया जाए।
  3. 10 मिनट के बाद, पानी पूरी तरह से नाली कक्ष से हटा दिया जाना चाहिए. यदि कक्ष के भीतर अभी भी कोई अवशिष्ट पानी है, तो सिरिंज और ट्यूबिंग को फिर से कनेक्ट करें और किसी भी अवशिष्ट पानी को वापस लेना जारी रखें।
  4. पानी की पूरी जल निकासी के बाद, झिल्ली अब रिसीवर सब्सट्रेट के केंद्र में रखा जाएगा। सिरिंज पंप से नाली कक्ष डिस्कनेक्ट करें और झिल्ली युक्त रिसीवर सब्सट्रेट को हटाने के लिए नाली चैम्बर को अलग करें।
    नोट: सेट अप सहित कुल प्रक्रिया $ 15 मिनट लेता है पानी की काम की मात्रा को कम करने और नाली दर में वृद्धि इस प्रक्रिया को कम कर सकते हैं.
  5. किसी भी आवेदन में आगे उपयोग करने से पहले नमूना कमरे के तापमान पर पूरी तरह से सूखने की अनुमति दें।

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Representative Results

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बीसीपी झिल्ली के नमूने पहले वर्णित प्रक्रिया9के अनुसार गढ़े गए थे . नमूने 3 डी मुद्रित हस्तांतरण उपकरण के लोडिंग हाथ के होंठ पर रखा गया था (चित्र 1, बाएँ) और बाद में कम, एक प्रयोगशाला जैक के साथ, 3 डी मुद्रित नाली कक्ष उपकरण के प्रवेश रैंप पर (चित्र 1, दाएँ). BCP झिल्ली और अंतर्निहित दाता सिलिकॉन सब्सट्रेट के बीच पाली (एक्रिलिक एसिड) (पीएए) की एक बलि परत नाली कक्ष के भीतर पानी में भंग कर दिया गया था, एक अस्थायी BCP झिल्ली में जिसके परिणामस्वरूप. फिर, सिरिंज पंप (चित्र 2, नीचे) 2.5 एमएल/मिनट की मात्रा प्रवाह दर पर पानी निकालने के लिए संचालित किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप 10 मिनट का कुल स्थानांतरण समय (ड्रेन चैम्बर सिस्टम के भीतर प्रारंभिक 25 एमएल पानी को मानते हुए)। पतली फिल्म हस्तांतरण की इस विधि की तुलना हाथ और चतुगा द्वारा हाथ से पतली फिल्म हस्तांतरण से की गई थी, जैसा कि चित्र 3में दिखाया गया है।

बी.सी.पी. पतली फिल्म के नमूनों के प्रतिनिधि चित्र ों को चित्र 4में दर्शाए गए हैं . इन छवियों को मैनुअल हस्तांतरण विधि के गरीब गुणवत्ता वर्णन, के रूप में गंभीर प्लास्टिक विरूपण और BCP झिल्ली में मौजूद मैक्रोस्केल दोष संरचनाओं द्वारा सबूत. BCP झिल्ली के सभी शिकन और मैनुअल हस्तांतरण के बाद खंडित है, diced BCP झिल्ली के प्रारंभिक आयताकार ज्यामिति के विरूपण के अलावा. झिल्ली के अपूर्ण हस्तांतरण में मैनुअल हस्तांतरण परिणामों द्वारा शुरू की गई मानवीय त्रुटि, साथ ही रिसीवर एएओ सब्सट्रेट पर प्लेसमेंट के केंद्रीकरण और/या सटीकता की कमी-यह छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर के साथ आगे की जांच की जाएगी।

BCP पतली फिल्म के नमूने के प्रतिनिधि छवियों को छिद्रपूर्ण एएओ substrates पर स्थानांतरित, mencus मार्गदर्शन और नाली कक्ष प्रणाली का उपयोग कर, चित्र5में दिखाया गया है. निरीक्षण पर, इन छवियों चित्र 4में उन लोगों से एक चिह्नित अंतर दिखाने के लिए, के रूप में प्रत्येक झिल्ली आयताकार ज्यामिति संरक्षित किया गया है. वहाँ पूरा हो सकता है और रिसीवर AAO substrates पर झिल्ली की एक समान लेमिनेशन प्रतीत होता है, किसी भी बड़े प्लास्टिक विरूपण प्रभाव मनाया बिना. इसके अलावा, वहाँ रिसीवर substrates, जो छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर के साथ की पुष्टि की जाएगी पर BCP झिल्ली के केंद्र ीकरण के एक उच्च सटीकता प्रतीत होता है.

प्लेसमेंट की सटीकता की विशेषता और रिसीवर AAO सब्सट्रेट पर BCP झिल्ली के केंद्रीकरण, centroid छवि विश्लेषण ImageJ विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग कर आयोजित किया गया था. विशेष रूप से, BCP झिल्ली के centroid और रिसीवर AAO सब्सट्रेट के centroid के बीच की दूरी प्रत्येक नमूने के लिए गणना की गई थी. इन मूल्यों को सारणी 1 और सारणी 2में क्रमशः मैनुअल अंतरण विधि तथा मेनिस्कस-निर्देशित/ड्रेन-कक्ष विधि के अनुरूप बताया गया है। मैन्युअल रूप से स्थानांतरित नमूनों के लिए केंद्र से केंद्र दूरी (तालिका1) व्यापक रूप से विविध, 0.533 मिमी से 8.455 मिमी को लेकर मूल्यों के साथ. मैनुअल विधि के साथ स्थानांतरित नमूनों के लिए औसत केंद्र से केंद्र दूरी और मानक विचलन 3.840 मिमी 2.788 मिमी था। इसके विपरीत, मेनिस्कस-निर्देशित/ड्रेन चैम्बर स्थानांतरित नमूनों के लिए केंद्र-से-केंद्र दूरी (तालिका 2) बहुत कम भिन्नता दिखाई, 0.282 मिमी से 0.985 मिमी से लेकर मूल्यों के साथ. मेन्स्कस-गाइडेड/ड्रेन चैम्बर स्थानांतरित नमूनों के लिए औसत केंद्र-से-केंद्र दूरी और मानक विचलन 0.521 मिमी 0.258 मिमी था। इन परिणामों का सुझाव है कि मेनिस्कस निर्देशित /ड्रेन चैम्बर स्थानांतरण प्रणाली अधिक सटीकता और रिसीवर सब्सट्रेट पर BCP झिल्ली के केंद्रीकरण के संबंध में अधिक सटीकता और reproducibility प्रदान करता है. जब इन नमूनों में पाए जाने वाले सीमित प्लास्टिक विरूपण और मैक्रोस्केल दोष संरचनाओं के साथ युग्मित किया जाता है (चित्र 4), मैन्युअल रूप से स्थानांतरित किए गए (चित्र 3) की तुलना में , नाली कक्ष के उपयोग के साथ मेनिस्कस-निर्देशित स्थानांतरण प्रणाली पतली फिल्म झिल्ली के मनमाने ढंग से छिद्रीय substrates के हस्तांतरण के लिए एक प्रभावी और मजबूत प्रोटोकॉल साबित होता है.

Figure 1
चित्र 1 : Schematic डिजाइन और हस्तांतरण उपकरण के विधानसभा चित्रण (बाएं) और नाली कक्ष (दाएं). स्थानांतरण उपकरण (बाएं) दो अलग-अलग भागों के होते हैं: क्लैम्प और लोडिंग आर्म, लेबल के रूप में. दबाना किसी भी मानक प्रयोगशाला जैक पर देता है (1) एक आकार #10 पेंच के साथ. टू-ट्रांसफर पतली फिल्म झिल्ली वाले दाता सब्सट्रेट को (2) पर रखा गया है। नाली कक्ष(दाएं) दो अलग-अलग भागों के होते हैं: शीर्ष भाग और नीचे भाग, लेबल के रूप में. दाता सब्सट्रेट प्रवेश द्वार पर कम है (3) . रिसीवर सब्सट्रेट (5) और नाली कक्ष के निचले भाग के बीच एक तंग मुहर सुनिश्चित करने के लिए एक नियोप्रीन ओ-रिंग (4) प्रदान की जाती है। पानी कक्ष के माध्यम से बहती है और आउटलेट (6) पर निकलती है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2 : पूर्ण प्रयोगात्मक सेटअप. (ऊपर) चित्र पूरा 3 डी मुद्रित हस्तांतरण उपकरण (क्लैम्प और लोडिंग हाथ) और नाली कक्ष प्रणाली से पता चलता है. (नीचे) चित्र एक सिरिंज कार्यक्षमता वापस लेने के साथ एक सिरिंज पंप द्वारा आयोजित है, नाली कक्ष प्रणाली से जुड़ा. सिरिंज पंप नाली चैम्बर प्रणाली से पानी निकालता है और रिसीवर सब्सट्रेट करने के लिए नैनोमेम्ब्रेन के मेनिस्कस-निर्देशित हस्तांतरण के लिए अनुमति देता है। इसके अलावा चित्र नाली कक्ष प्रणाली में प्रवेश करने से धूल और अन्य विदेशी कण को रोकने के लिए नाली चैम्बर प्रणाली को कवर करने के लिए एक गिलास बीकर है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3 : हाथ और चम्मलक द्वारा मैनुअल पतली फिल्म हस्तांतरण विधि। इस विधि में, दाता सिलिकॉन सब्सट्रेट धीरे-धीरे पानी के स्नान में डूब जाता है, बीसीपी झिल्ली और सब्सट्रेट के बीच बलि की परत को भंग करता है और बीसीपी झिल्ली को स्नान में रिहा कर देते हैं। बाद में, उपयोगकर्ता रिसीवर AAO सब्सट्रेट tweezers की एक जोड़ी के साथ रखती है और धीरे धीरे "स्कॉप" ऊपर की ओर रिसीवर एएओ सब्सट्रेट पर BCP झिल्ली जगह है. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्र 4 : मैन्युअल रूप से स्थानांतरित ब्लॉक सहबहुलक (BCP) पतली फिल्मों के ऑप्टिकल छवियों. हाथ और चमने के द्वारा मैनुअल हस्तांतरण के बाद रिसीवर एएओ substrates (25 मिमी व्यास) के शीर्ष पर BCP झिल्ली चित्रण तस्वीरें। नमूनों में गंभीर प्लास्टिक विरूपण और मैक्रोस्केल दोष संरचनाएं पाई जाती हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्र 5 : मेनिस्कस निर्देशित स्थानांतरित ब्लॉक सहबहुलक (बीसीपी) पतली फिल्मों के ऑप्टिकल छवियों, विशेष रूप से 3 डी मुद्रित हस्तांतरण के उपयोग के साथ / रिसीवर AAO substrates (25 मिमी व्यास) के शीर्ष पर BCP झिल्ली चित्रण तस्वीरें, mencus-guided/ड्रेन चैम्बर हस्तांतरण के बाद. नमूनों में सीमित प्लास्टिक विरूपण के साथ एक समान लेमिनेशन मनाया जाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

नमूना केंद्र से केंद्र दूरी (मिमी)
1 3.055
5.334
3 0.533
4 8.455
5 3.765
6 1.895

तालिका 1: मैन्युअल रूप से स्थानांतरित नमूने के लिए केंद्र-से-केंद्र दूरी। ये मान BCP झिल्ली के केंद्र और रिसीवर AAO सब्सट्रेट के केंद्र के बीच की दूरी का वर्णन, ImageJ विश्लेषण सॉफ्टवेयर के centroid समारोह द्वारा निर्धारित. केंद्र से केंद्र दूरी 3.840 2.788 मिमी (मतलब ] एसडी था.

नमूना केंद्र से केंद्र दूरी (मिमी)
1 0.527
0.985
3 0.597
4 0.282
5 0.438
6 0.300

तालिका 2: मेनिस्कस निर्देशित/ड्रेन चैम्बर स्थानांतरित नमूनों के लिए केंद्र-से-केंद्र दूरी। ये मान BCP झिल्ली के केंद्र और रिसीवर AAO सब्सट्रेट के केंद्र के बीच की दूरी का वर्णन, ImageJ विश्लेषण सॉफ्टवेयर के centroid समारोह द्वारा निर्धारित. केंद्र से केंद्र दूरी 0.521 0.258 मिमी (मतलब ] एसडी था.

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Discussion

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जबकि इस प्रोटोकॉल में सूचीबद्ध कदम के कई पतली फिल्म हस्तांतरण की सफलता के लिए महत्वपूर्ण हैं, कस्टम डिजाइन 3 डी मुद्रित नाली कक्ष की प्रकृति व्यापक लचीलापन के लिए अनुमति देता है, उपयोगकर्ता की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुसार. उदाहरण के लिए, यदि रिसीवर सब्सट्रेट इस अध्ययन में उपयोग किए गए 25-मिमी-व्यास एओ डिस्क से बड़ा व्यास है, तो नाली कक्ष को नए विनिर्देशों को फिट करने के लिए उचित रूप से संशोधित किया जा सकता है। हालांकि, प्रभावी हस्तांतरण परिणाम सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक हैं कि प्रोटोकॉल के कुछ पहलुओं रहे हैं.

हस्तांतरण उपकरण और नाली कक्ष के लिए 3 डी मुद्रित सामग्री का चुनाव इस प्रोटोकॉल की सफलता के लिए महत्वपूर्ण साबित होता है. दोनों हस्तांतरण उपकरण और नाली कक्ष सामग्री है कि लगातार सामग्री शेड नहीं है के साथ मुद्रित किया जाना चाहिए, के रूप में बहा से मलबे के टुकड़े पतली फिल्म झिल्ली की अखंडता को बर्बाद कर सकते हैं. पीएलए और इंकजेट मुद्रण योग्य राल दोनों इस उद्देश्य के लिए इष्टतम सामग्री होने के लिए निर्धारित किए गए थे। जब deionized पानी और sonication के साथ पूरी तरह से सफाई के साथ युग्मित, 3 डी मुद्रित भागों कण है कि अन्यथा नमूनों दूषित होगा उत्पादन नहीं करना चाहिए। इसके अतिरिक्त, स्थानांतरण उपकरण के लिए 3 डी मुद्रित सामग्री का चुनाव लोडिंग हाथ और नाली कक्ष में पानी के बीच प्रारंभिक संपर्क से उत्पन्न होने वाले किसी भी पानी के तनाव बुलबुले से नुकसान को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है। पीएलए इस संबंध में इष्टतम सामग्री होने के लिए निर्धारित किया गया था, और अन्य जलरागी पॉलिमर के रूप में अच्छी तरह से काम करना चाहिए. इसलिए, हम अत्यधिक अनुशंसा करते हैं कि पीएलए हस्तांतरण उपकरण के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए, जबकि नाली कक्ष पीएलए और /

प्रोटोकॉल का एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू स्थानांतरण प्रक्रिया में मेनिस्कस का मार्गदर्शन है, क्योंकि मेनिस्कस झिल्ली को रिसीवर सब्सट्रेट के केंद्र पर रखने में मदद करता है। यह सिरिंज पंप की volumetric प्रवाह दर के विकल्प के द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है. एक वापस लेने की दर का बहुत तेजी से (इस प्रोटोकॉल के लिए 5 एमएल/मिनट से अधिक) की संभावना झिल्ली को नुकसान पहुंचाएगा और मेनिस्कस को धीरे-धीरे रिसीवर सब्सट्रेट के केंद्र में झिल्ली का मार्गदर्शन करने से रोक देगा। 2.5 एमएल/मिनट इस प्रोटोकॉल के लिए एक इष्टतम दर निर्धारित किया गया है, क्योंकि यह झिल्ली की संरचनात्मक अखंडता और रिसीवर सब्सट्रेट पर स्थान की उच्च सटीकता को बरकरार रखता है, दक्षता त्याग के बिना. इसी तरह, इन मापदंडों अभी भी परियोजना के विशिष्ट विचारों के आधार पर समायोजित किया जा सकता है, खासकर अगर 3 डी मुद्रित नाली कक्ष के ज्यामितीय विनिर्देशों बदल रहे हैं.

जबकि वर्णित मेनिस्कस-निर्देशित/ड्रेन चैम्बर स्थानांतरण पद्धति मैक्रोस्केल संरचनात्मक दोषों और स्थानांतरित पतली फिल्मों में गंभीर प्लास्टिक विरूपण के निर्माण को खत्म करने में मदद करती है, अभी भी माइक्रोस्केल दोष की संभावना है झिल्ली के भीतर संरचनाओं, इस तरह के भंग और लाइन के रूप में / हालांकि, छोटे पैमाने पर inhomogeneities के इन प्रकार के बजाय स्थानांतरण प्रोटोकॉल ही नमूनों के प्रारंभिक निर्माण से परिणाम हो सकता है. झिल्ली के प्रदर्शन पर इस तरह के सूक्ष्म पैमाने पर दोष संरचनाओं की भूमिका चल रहे अनुसंधान का विषय है।

हम 3 डी मुद्रण और mencus मार्गदर्शन पर आधारित एक सरल पद्धति का प्रदर्शन किया है सही और reproducibly दाता सिलिकॉन substrates से पतली फिल्म BCP झिल्ली के हस्तांतरण को नियंत्रित करने के लिए झरझरा substrates. ऑप्टिकल निरीक्षण और छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर से परिणाम प्लेसमेंट के परिणामी उच्च गुणवत्ता की पुष्टि करें। इस प्रोटोकॉल किसी भी अनुसंधान आवेदन है कि सही हस्तांतरण और पतली फिल्मों की एक समान lamination मनमाने ढंग से झरझरा substrates की आवश्यकता के लिए बढ़ाया जा सकता है.

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Disclosures

लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

यह काम ऊर्जा जल प्रणाली (AMEWS) केंद्र, एक ऊर्जा फ्रंटियर अनुसंधान केंद्र ऊर्जा विभाग, विज्ञान के कार्यालय, बुनियादी ऊर्जा विज्ञान द्वारा वित्त पोषित के लिए उन्नत सामग्री के भाग के रूप में समर्थित किया गया था. हम आभारी मार्क Stoykovich और पॉल Nealey के साथ उपयोगी विचार विमर्श स्वीकार करते हैं.

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

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कम से कम दोषों के साथ पोरस सबस्ट्रेट्स पर पॉलिमर फिल्म्स के स्थानांतरण के लिए प्रक्रिया
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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).

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