Name: 3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:01:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: Öğrenin dikey hizalı karbon nanotüp ormanlarını mikrofabrikasyon için nasıl desenlendirip, yoğunlaştırıp ve polimerle infiltrasyon yaparak sağlam nanokompozit mikroyapılar oluşturacağınızı. Replika kalıplama ile yüksek sadakatli polimer kopyalar üretin.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu araştırma, Ulusal Bilim Vakfı (CMMI-0.927.634) ile Nanomanufacturing programı tarafından desteklenmiştir. Davor Copic Michigan Üniversitesi&#39;nde Rackham Merit Burs Programı tarafından kısmen desteklenmiştir. Sameh Tawfick Rackham predoctoral Kardeşliği kısmi desteği ile hazırlanmıştır. Flanders (FWO) - Michael De Volder Bilimsel Araştırma Belçikalı Fonu tarafından desteklenmiştir. Mikroimalat Ulusal Nanoteknoloji Altyapı Ağı üyesi olan Lurie Nanofabrikasyona Tesisi (LNF) yapıldı ve elektron mikroskobu Michigan Elektron Microbeam Analiz Laboratuvarı (EMAL) yapıldı.

1. Catalyst Desenlendirme <ol><li> En azından bir kısmı ile parlatılmış, bir 3000A kalınlığında silikon dioksit tabakası ile (100) silikon kazanır. Alternatif olarak, bir çıplak silikon kazanmak ve gofret üzerine 3000A silikon dioksit uzayabilir. Aşağıda açıklanan tüm işlemler, gofret cilalı tarafında yapılır. </li><li> Daha sonra 30 sn için 3000rpm az, 4S için 500rpm azından HMDS tabakası Spincoat. HMDS gofret ve ışığa arasındaki yapışma teşvik etmektedir. </li><li> Daha sonra 30 sn için 3000rpm az, 4S için 500rpm azından SPR-220-3 tabakası Spincoat. </li><li> 90s için 115 ° C&#39;de bir ocak gözünde gofret pişirin. </li><li> Katalizör desenlendirme için istenen maskesi kullanarak, fırında 115 yine bir ocak gözünde gofret 90s ° C (post) sert kontakt mode.1.6 içinde 6s için 405 nm&#39;de 20 mW / cm 2 &#39;lik bir ışınım ile UV ışığına maruz gofret pozlama fırında). </li><li> AZ-300 MIF geliştirici kullanarak 60s için ışığa maruz geliştirin. </li><li> DurulamaDI su 60s için gofret. </li><li> Mevduat 10nm Al 2 O 3 e-demeti buharlaştırma veya püskürtme ile 1 nm&#39;den Fe izledi. </li><li> Yaklaşık 20 adet × 20 mm veya daha küçük içine El kâtip ve mola gofret. </li><li> Beher 8dk (CREST ultrason 1100D) için güç 6 ultrasonik banyoda alınırken, aseton 100ml içeren bir 1L beherindeki gofret parçaları ıslatarak kaldıran fotorezist ile gerçekleştirin. </li><li> Atın ve aseton değiştirin ve aynı ayarlarla tekrar ses dalgalarına maruz. </li><li> Izopropanol (IPA) ile bir behere gofret parçaları aktarın, sonra 2dk bekletin. </li><li> Cımbız kullanarak tek tek IPA gelen gofret parçalarını çıkarın. Bir el meme kullanarak nazik bir azot akımı ile her parça kurulayın. </li></ol> 2. CNT Büyüme <ol><li> Çıplak (ya da oksit kaplı) silikon ve elle kâtip kazanmak ve boyutları yaklaşık olarak 22 ile bir parça × 75 mm bölünürler. Bu &quot;tekne&quot;desteklemek ve tüp fırın içine katalizör-kaplamalı gofret parçaları yüklemek için kullanılacaktır. Tekne yükleme ve boşaltma sırasında gofret parçaları tutmak için çok yararlıdır, ancak büyüme sürecinde bir rol oynamıyor. Prensip olarak teknenin CNT büyüme şartları altında kimyasal ve termal açıdan stabil olan herhangi bir madde olabilir. </li><li> Öncü gelen tekne, 30mm üzerinde katalizör kaplı gofret parçaları (büyüme substrat) istenen bir sayı koyun. </li><li> Tüpüne büyüme yüzeyler ile tekne yükleyin. Kılavuz kenar bir paslanmaz çelik ya da kuvars itme çubuğu kullanılarak, fırının termokupl ve 30mm alt akışında konumlanmış olan bu tür bir tüpe teknenin itme. Bu 30mm konumu bizim fırının en yüksek CNT büyüme oranı verir &quot;tatlı&quot; dir. Bu, kullanıcının aparatı ve hedefleri (örn., CNT büyüme ya yoğunluğu maksimize) bağlı olarak, kullanıcının aygıtı, bu konumunu belirlemek için gerekli olacaktır. </li><li> Bağlamakkapakları, tüp sızdırmazlık. Bakım tekne veya desenli silikon parçaları pozisyonu rahatsız değil alınmalıdır. Not: CNT büyüme tüpün içindeki konumu son derece hassastır. </li><li> Oda sıcaklığında 5min için helyum 1000sccm ile kuvars tüp yıkayın. </li><li> Hidrojen ve helyumdan 100sccm of 400sccm akarken, 10dk da 775 ° C sıcaklık rampa ve sonra 10dk akışı ve sıcaklık tutun. Bu adım, filmin kimyasal olarak demir oksit demir azaltmak için, ve nanopartiküller içine dewet neden olur. </li><li> Etilen 100sccm ekleyerek ve ° C CNT büyümeye 775 de fırın korurken, 100sccm ve 400sccm için helyum akış hızına hidrojen debisi değiştirin. CNTS yüksekliği Bu aşamanın süresi ile kontrol edilir. </li><li> Katalizör yongaları fırın tecrit yaklaşık 1cm aşağı bulunmaktadır kadar CNT büyümesini durdurmak ve örnek soğutmak için, elle kuvars tüp aşağı kaydırın. Için dikkatli kullanın15 dakika için, önceki adımda aynı akışları ve fırının ayar noktası sıcaklığı korumak. </li><li> Önceki örnekleri alma ve fırın kapatmayı, 5dk için helyum 1000sccm ile tüp yıkayın. </li></ol> 3. CNT Sıklaştırma <ol><li> 6.25mm çaplı delikler ile 0.8mm kalınlığında alüminyum mesh çift taraflı bir bant uygulayın. Mesh bir 1L behere açılması daha büyük ve bant yaklaşık örgü üzerinde ortalanmış olduğundan emin olun. </li><li> CNT mikro yukarı bakacak şekilde banda CNT ile silikon parçasına bağlayın. </li><li> Bir 1L behere 100 ml aseton dökün ve bir çeker ocak içinde sıcak bir plaka üzerinde behere koyun. 110 ° C arasında bir yüzey sıcaklığı elde etmek için sıcak plaka ayarla Aseton kaynama başlayana kadar bekleyin. Biz ısı plakası üzerine, 150 bir ayar ° C yüzeyi üzerinde 110 ° C&#39;de elde etmek için gerekli edildi, bu not edin. Aseton kaynama noktası fou çok daha düşüktür (yaklaşık 56 ° C) ama biz biryüksek sıcaklık aseton daha çabuk kaynaması için izin ve beher içinde yoğuşma önleme, beher yanaklar ısıtılır olduğunu nd. </li><li> Monte örnek aşağı bakacak şekilde böyle ölçeğine alüminyum kafes yerleştirin. </li><li> Buharı önünde herhangi bir hızlı dalgalanmalarla beher tarafı yükselen Not ve buhar ön stabilize çeker ocak kanat seviyesini ayarlayın. </li><li> Buharı ön beher üst yaklaşır sonra, silikon taban yüzeyi üzerinde belirgin bir renk değişimi görüyoruz. Rainbow benzeri desenler görünür ve tüm yüzey üzerinde tarar. Bu buhar soğuk yüzey ile temas durumuna geldiği zaman bir yüzeye oluşturan bir çözücü ince bir film anlamına gelmektedir. </li><li> Bir kez yeterli solvent tevdi edilmiştir, örgü pick up ve çözücü uzak çekinceye tevdi edinceye kadar örnek yönünü değiştirmeden, kaynayan çözücü uzak tutun. Zaman miktarı belirlenir empirically CNT yapıların büyüklüğü ve aralıkları dayanmaktadır. Bu tartışmada daha da ele alınmaktadır. </li><li> Kaptan örgü çıkarın ve dikkatli bir şekilde çift taraflı bant ile örnek kalkmasına, bir traş bıçağı. Bunun çıkarılması sırasında örnek kırmak kolay olduğu gibi özenle bu aşamada alınmalıdır. </li></ol> 4. CNT Usta Kalıp İmalatı <ol><li> Havuz SU-8 yoğunluğu artırılmış CNT mikro 2002. 30s için 3000rpm de daha sonra, 10s için 500rpm de örnek Spin. </li><li> 95 dk sonra da 2 ve 4 ° C dakika için 65 ° C &#39;de Örnek pişirilir. </li><li> 20&#39;li için 75mW/cm 2 bir ışınım ile UV ışığına maruz örnek. </li><li> Daha sonra 95 dakika azından 2, 4 ° C dakika için 65 ° C&#39;de tekrar Örnek pişirilir. </li></ol> 5.. Replica Kalıp <ol><li> Narin yapıları taklit ederse, bir 100μL (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl pis bir cam ile birlikte bir desikatörde ana yerleştirin12 saat 400mTorr azından)-trichlorosilane. </li><li> Çapraz bağlayıcı: 10:01 monomer oranı ile, PDMS 1g (Sylgard 184) toplam karıştırılır. Birkaç mikrometre arasında bir baz boyutu ve 10 ya da daha fazla kullanımı 8:01 oranında bir boy oranı ile mikro yapı için. </li><li> Alüminyum folyo çanak CNT&#39;nin ana yerleştirin ve örnek batık kadar çanak içine PDMS dökün. </li><li> 15 dakika boyunca 400mTorr C&#39;de vakum ve gazdan arındırmak içinde Örnek yerleştirin. Bir kez kabarcıkları (tipik olarak yaklaşık 3 dakika sonra) PDMS oluşmaya periyodik büyük kabarcıkları patlamaya hızla basınç artmaya başlar. </li><li> 20 dakika süre ile 120 ° C &#39;de negatif tedavisi. Örnek HAR yapıları içeriyorsa, 5H için 85 ° C&#39;da tedavisi. </li><li> Bir kere geri alüminyum folyo soyma, tedavi ve elle yumuşak PDMS negatif olarak ana ayırın. </li><li> Hassas yapılar kopyalayan ise, at (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-trichlorosilane arasında 100μL pis bir cam ile birlikte bir kurutucuda, negatif yerleştirmek12 saat 400mTorr. </li><li> 10dk 400mTorr az PDMS olumsuz ve gazını içine SU-8 2002 dökün. </li><li> 65 (SU-8 negatif doldurulmuş) ° C 4dk için, daha sonra 95 ° C&#39;de 6 saat için SU-8 ile kalın bir tabaka ile çözücünün buharlaşmasını. Örnek fırında </li><li> 8dk için 95 4dk sonra ° C 65 ° C&#39;de tekrar 20s ve fırında için 75mW/cm 2 bir ışınım ile UV ışığına maruz örnek. </li><li> Son elle PDMS olumsuzdan SU-8 çoğaltma demold. </li></ol> 6. Temsilcisi Sonuçlar Bunların yoğunlaştırılmış şekiller ile birlikte temsilcisi olarak gelişen CNT ayağı dizileri (De Volder et al değiştirilmiş görüntü. 4) Şekil 4 &#39;de gösterilmiştir. 10μm veya daha küçük kalınlığa sahip HAR sütunlar giderek daha da yoğunlaştırılması sırasında azalır doğrusallık, azalttık. Semisirküler direklerinden Sıklaştırma geniş alanlar (Şekil 4c) üzerinden düzgün bükük ayağı neden olduğu gösterilmiştir. SU-8 infiltration 30μm arasında boşluklar ya da aşağıda SU-8 yapılar arasında kalır ince bir film ile yapılar için, ila CNT mikro yapı içinde ortaya çıkar. Çeşitli terazi üzerine yinelemelere çoğaltılmış mikroyapıları karşılaştırarak SEM görüntüleri (Copic et al değiştirilmiş görüntü. 5) Şekil 6&#39;da gösterildiği gibi iken replikasyon işleminde önemli aşamaları resimlerini, Şekil 5 &#39;de gösterilmiştir. Bükümlü yapılar (De Volder ve ark. 4 değiştirilebilen görüntü), yüksek boy oranı duvarlar ve re-entrant yapılar da dahil olmak üzere yapının oluşumu açısından Mevcut limitler, (Copic ve ark değiştirilmiş görüntü. 5) Şekil 7 &#39;de gösterilmiştir. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig1.jpg" alt="Şekil 1" /> Şekil 1. Büyüme CNT büyüme Tüp fırın kurulum. (A) Sistem şematik. Mühürlü kuvars tüp içindeki silikon tekne göstermek için açık kapağı ile (b) Tüp Fırın (Termo-Fisher Minimite). (C) Silikon bbüyüme öncesi ve sonrasında gösterilen örnekleri ile yulaf. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig1large.jpg" target="_blank">büyük rakam görmek için buraya tıklayın</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig2.jpg" alt="Şekil 2" /> Şekil 2. CNT mikro (De Volder ark değiştirilmiş görüntü. 6) üzerine solvent buhar kontrollü yoğuşma için beher kurulum (a) Şematik. (B) CNT örnek substrat kaynar aseton üzerinde alüminyum delikli bağlı. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig3.jpg" alt="Şekil 3" /> Şekil 3. Temsilcisi çoğaltılmış mikro dizi Süreci CNT mikro çoğaltma kalıplama için akış ve görüntü ABD doları çeyrek sikke göre. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig4.jpg" alt="Şekil 4" /> Kapiler önce ve sonra Şekil 4&#39;de. Örnek CNT mikroyapılarıy şekillendirme. Silindirik CNT sütunlar (a) daha önce kılcal oluşturulması, ve (b) oluşturucu kılcal sonra (görüntü De Volder et al modifiye. 6) bir dizi şematik ve SEM görüntüler. Insets CNT uyumlaştırılması ve yoğunluk göstermektedir. (C) yan silindirik CNT ayağı sıkıştıracağını ve eğimli kirişler (Zhao ve ark. 7 değiştirilmiş görüntü) oluşturan, oluşturan kılcal sırasında eğilme. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig4large.jpg" target="_blank">büyük rakam görmek için buraya tıklayın</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig5.jpg" alt="Şekil 5," /> Şekil 5. CNT negatif kalıp imalat ve çoğaltma döküm Anahtar adımlar. (A) PDMS negatif bir kalıp döküm. (B) negatif bir kalıp gaz giderme. (C) Manuel negatif demolding ve SU-8 yinelemenin bir döküm. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig6.jpg" alt="Şekil 6" /> Şekil 6. Karşılaştırılması (a)<html> CNT/SU-8 master ve geniş bir alana (Copic ark değiştirilmiş görüntü. 5) üzerinden, mikro ölçekli şekil ve nano ölçekli doku (yani, yanaklar ve üst yüzeyi) yüksek sadakat çoğaltma gösteren (b) çoğaltma micropillar yapılar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig6large.jpg" target="_blank">tıklayın Burada büyük rakam görüntülemek için</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig7.jpg" alt="Şekil 7" /> Şekil 7. Yüksek-boy oranı (HAR) ve girintili CNT mikro ve polimer kopyaları. (A) ilgili SU8-CNT master ve SU8 yinelemeyle Preslenmiş CNT petek. (B) Yüksek Lisans ve eğimli CNT mikro çoğaltma (görüntü Copic ark güncellenmiştir. 5). (C) master ve bireysel yapısı yinelemeyle bükülmüş CNT micropillars, (De Volder ve ark. 4 değiştirilmiş görüntü) yoğunlaştırılmış. In petekler (a) 400 nm ve 20 um arasındaki yükseklik duvarın genişliğe sahiptir.= &quot;Http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg&quot; target = &quot;_blank&quot;&gt; büyük rakamı görmek için buraya tıklayın.

<ol><li>Xia, Y. N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Soft lithography.</a> Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).</li>
<li>Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Replica+molding+using+polymeric+materials%3A+A+practical+step+toward+nanomanufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing.</a> Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).</li>
<li>Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+of+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Chemistry of Carbon Nanotubes.</a> Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).</li>
<li>De Volder, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diverse+3D+Microarchitectures+Made+by+Capillary+Forming+of+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes.</a> Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).</li>
<li>Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M. F. L., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+high-aspect-ratio+polymer+microstructures+and+hierarchical+textures+using+carbon+nanotube+composite+master+molds%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Fabrication of high-aspect-ratio polymer microstructures and hierarchical textures using carbon nanotube composite master molds.</a> Lab on a Chip. 11, 1831-1837 (2011).</li>
<li>De Volder, M. F. L., Park, S. J., Tawfick, S. H., Vidaud, D. O., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+electrical+integration+of+robust+carbon+nanotube+micropillars+by+self-directed+elastocapillary+densification%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Fabrication and electrical integration of robust carbon nanotube micropillars by self-directed elastocapillary densification.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 045033-04 (2011).</li>
<li>Zhao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bending+of+nanoscale+filament+assemblies+by+elastocapillary+densification%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Bending of nanoscale filament assemblies by elastocapillary densification.</a> Physical Review E. 82, 041605(2010).</li>
<li>De Volder, M. F. L., Vidaud, D. O., Meshot, E. R., Tawfick, S., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-similar+organization+of+arrays+of+individual+carbon+nanotubes+and+carbon+nanotube+micropillars%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars.</a> Microelectronic Engineering. 87, 1233-1238 (2010).</li>
<li>Nessim, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+of+Vertically-Aligned+Carbon+Nanotube+Diameter+and+Areal+Density+through+Catalyst+Pre-Treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Tuning of Vertically-Aligned Carbon Nanotube Diameter and Areal Density through Catalyst Pre-Treatment.</a> Nano Letters. 8, 3587-3593 (2008).</li>
<li>Pokroy, B., Epstein, A. K., Persson-Gulda, M. C. M., Aizenberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Bioinspired+Actuated+Nanostructures+with+Arbitrary+Geometry+and+Stiffness%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Bioinspired Actuated Nanostructures with Arbitrary Geometry and Stiffness.</a> Advanced Materials. 21, 463-469 (2009).</li>
</ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Litografik desenlendirme ve CNT katalizör substratların hazırlanması basit ve tekrarlanabilir, ancak tutarlı CNT büyüme elde CNT ormanların yüksekliği ve yoğunluğu ortamdaki nem ve büyüme tüpün durumu etkilenen nasıl dikkat gerektirir. Deneyimlerimize göre, 1000 mikron daha büyük desenler 2 işleme koşulları küçük dalgalanmalara karşı daha az duyarlıdır. Bundan başka, kalıpları oynama yoğunluğu büyüme yoğunluğu ve yüksekliği 8 etkiler. Büyüme yoğunluğu ve yüksekliği yaklaşık% 20 daha fazla dolgu fra...

<table border="1"><tbody><tr><td> Reaktif Adı </td><td> Şirket </td><td> Katalog numarası </td><td> Yorumlar </td></tr><tr><td> SiO 2 (300 nm) ile kaplı 4 &quot;çap &lt;100&gt; silikon gofret </td><td> Silikon Görev </td><td> Özel </td><td></td></tr><tr><td> Pozitif fotorezist </td><td> MicroChem </td><td> SPR 220-3,0 </td><td></td></tr><tr><td> Hexamethyldisilizane (HMDS) </td><td> MicroChem </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Geliştirici </td><td> AZ Elektronik Malzemeler USA Corp </td><td> AZ 300 MIF </td><td></td></tr><tr><td> Püskürtme sistemi </td><td> Kurt J. Leşker </td><td> Lab 18 </td><td> Katalizör çökelmesine Püskürtme sistemi </td></tr><tr><td> Thermo-Fisher Minimite </td><td&gt; Fisher Scientific </td><td> TF55030A </td><td> CNT büyüme için tüp fırın </td></tr><tr><td> Quartz tüp </td><td> Teknik Cam Ürünleri </td><td> Özel </td><td> 22 mm ID × 25 mm OD 30 &quot;uzunluk </td></tr><tr><td> Helyum gazı </td><td> PurityPlus </td><td> O (PrePurified 300) </td><td></td></tr><tr><td> Hidrojen gazı </td><td> PurityPlus </td><td> H 2 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Etilen gazı </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Delikli alüminyum levha </td><td> McMaster-Carr </td><td> 9232T221 </td><td> Yoğunlaştırma kabı Yukarıdaki örnek tutmak için </td></tr><tr><td> UV lamba sel </td><td> Dymax </td><td> Model 2000 </td><td></td></tr><tr><td> SU-8 2002 </td><td> MicroChem </td><td> SU-8 2002 </td><td></td></tr><tr><td> Polidimetilsiloksan (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 Silikon Elastomer Kiti </td><td></td></tr></tbody></table>

3d karbon nanotube mikroyapılar, Üretimi, yoğunlaştırma ve replica kalıp

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

Mikroimalat için yeni malzeme ve süreçler giriş, büyük ölçüde, mikrosistemler, lab-on-a-chip cihazlar ve uygulamaları pek çok önemli gelişmeler sağlamıştır. Özellikle, polimer mikro maliyet-etkin üretim için yetenekleri yumuşak litografi ve diğer micromolding teknikleri 1, 2 gelişiyle tarafından dönüştürülür ve bu biyomedikal mühendisliği ve biyoloji mikroimalat uygulamalarında bir devrim yönetilmiştir. Bununla birlikte, iyi tanımlanmış nano yüzey dokuları ile mikro imal etmek ve mikro ölçekte keyfi 3D şekillerin imal etmek zor kalır. Ana kalıp ve şekil bütünlüğünün bakım Sağlamlık yüksek sadakat karmaşık yapıların çoğaltma ve nano ölçekli yüzey dokusunu koruma elde etmek için özellikle önemlidir. Hiyerarşik dokuları ve heterojen şekiller, birleşimi mevcut mikroimalat yöntemleri derin bir meydan okuma olduğunu larGely sabit maskesi şablonları kullanarak yukarıdan aşağıya etching dayanır. Öte yandan, nanotüpler ve nanoteller olarak nanoyapıların aşağıdan yukarıya sentez nanoyapıların kolektif öz-örgütlenme yararlanarak özellikle mikroimalat yeni yetenekleri sunabilir ve microfabricated desenleri ile ilgili büyüme davranışı yerel kontrolü . Amacımız yeni bir mikroimalat malzemesi olarak, CNT &quot;ormanlar&quot; olarak atıfta dikey hizalanmış karbon nanotüp (CNT), tanıtmaktır. ; CNT mikro kendini yönettiği elastocapillary yoğunlaştırılması ve CNT kompozit ana kalıplar kullanılarak polimer çoğaltma kalıplama mikroyapılar lithographically desenli katalizör ince filmlerin termal CVD CNT orman mikro imalatı: Yakın zamanda grubumuz tarafından geliştirilen ilgili yöntemlerini paketinin ayrıntıları ortaya . Özellikle, bizim iş perfo olduğunu kendi kendini yöneten kılcal yoğunlaşma (&quot;oluşturan kapiller&quot;) gösterirCNT mikro yapı ile alt tabaka üzerine bir çözücü ile yoğunlaşması ile rmed, önemli ölçüde CNTS ambalaj yoğunluğu arttırır. Bu süreç, tipik mikroimalat polimerlerin geçecek sağlam mekanik özelliklere sahip, düz eğimli, ve bükümlü şekiller içine dikey CNT mikro yönlendirilmiş dönüşümü sağlar. Bu sırayla polimerlerin kılcal odaklı infiltrasyonu ile nanokompozit CNT&#39;nin ana kalıp oluşumunu sağlamaktadır. Çoğaltma yapıları hizalanmış CNT anizotropik nano doku gösterirler ve alt mikron kalınlık ve 50:1 aşan boy oranları ile duvarlar olabilir. Üretiminde CNT mikro entegrasyonu kimyasal ve biyokimyasal fonksiyonlandırmalar 3 CNT elektriksel ve termal özellikleri ve çeşitli yeteneklerini sömürmek için ileri bir fırsat sunuyor.

Biz dikey hizalanmış karbon nanotüp (CNT), ve organize nano ölçekli yüzey dokusu ile polimer mikro üretimi için ana kalıp olarak kullanımı mikro desenli imalatı için yöntemler sunuyoruz. CNT ormanları önemli ölçüde ambalaj yoğunluğu artar ve 3D şekillerin kendi kendini yöneten oluşumunu sağlayan yüzey, üzerine çözücü yoğunlaşması ile yoğunlaştırılmış edilir.

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp

Mikrofabrikasyona yeni malzemelerin ve süreçlerin dahil edilmesi, büyük ölçüde mikrosistemler, çip üstü laboratuvar... gibi alanlarda birçok önemli ilerlemeyi mümkün kılmıştır.

Bu prosedürün genel amacı, karbon nanotüp ormanlarını bir mikrofabrikasyon malzemesi olarak tanıtmaktır. İşleme, kılcal formasyon kullanarak desenlenmiş dikey hizalı karbon nanotüplerin büyütülmesiyle başlanır; sağlamlığı artırmak için karbon nanotüp sütunları yoğunlaştırılır ve bir polimerle infiltre edildikten sonra şekilleri değiştirilerek dayanıklı nanokompozit mikro yapılar oluşturulur; polimer replikaları dökmek için replika kalıplama yöntemi kullanılır. Son olarak, ana kalıp ile polimerik replikalar arasındaki replikasyon sadakatini doğrulamak için taramalı elektron mikroskobu kullanılır.Tekniğimizin, DPV ve ekstra litografi gibi mevcut mikrofabrikasyon yöntemlerine kıyasla temel avantajı, CNT tabanlı ana kalıpların yüksek tokluğa sahip olması, yüksek en-boy oranlı özellikleri içerebilmesi ve CNT mikrofabrikasyonun karmaşık üç boyutlu özellikler oluşturacak şekilde tasarlanabilmesidir. Ayrıca, üç boyutlu CNT şeklinin doğru tasarımı için kullanıcı CNT büyütme sürecinin dikkatle karakterize edilmesi ve optimize edilmesi gerekir. Bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi kritik öneme sahiptir.Karbon nanotüp yoğunlaştırma basamaklarında uzmanlaşmak zor olduğu için, bu yöntem çeşitli polimerlerden mikro yapılar üretmek amacıyla kullanılabilir. Bugün SU-8'i demonstre edeceğiz ancak aynı yöntem PMMA, PDMS, poliüretan veya hatta biyomalzemeler için de kullanılabilir.Bu işlemleri bir silikon gofretin cilalı yüzeyinde gerçekleştirin; önce, gofret ile fotoresist arasındaki yapışmayı artırmak için bir katman HMDS spin kaplama uygulayın. Benzer şekilde, bir katman SPR 2023 spin kaplama yapın. Gofreti sıcak plaka üzerinde pişirdikten sonra, katalizör desenleme için istenen maskeyi yerleştirin ve gofreti sert temas modunda UV ışığına maruz bırakın.Şimdi wafer'ı 115 °C sıcaklıktaki bir ısıtıcı tabla üzerine 90 saniye boyunca yerleştirin. Pozlanmış fotoresist'i 60 saniye boyunca geliştirme işlemine tabi tutun ve ardından bir dakika boyunca deiyonize su ile durulayın. Şimdi wafer'ı katalizör biriktirme sistemine yükleyin.Ardından e-demet buharlaştırma veya püskürtme yöntemiyle 10 nanometre alüminyum oksit ve ardından bir nanometre demir çöktürün. Gofreti manuel olarak çizin ve yaklaşık 20'ye 20 milimetrelik parçalara bölün; ardından fotoresist tabakasını kaldırmak için gofret parçalarını 100 mililitre aseton içeren bir litrelik bir behere aktarın ve altı güç ayarında sekiz dakika boyunca ultrasonik banyoya yerleştirin. Asetonu yenileyin ve sonikasyonu tekrarlayın.Ardından, gofret parçalarını iki dakika boyunca izopropanol içinde bekletin; parçaları çıkarmak için cımbız kullanın ve her CNT büyüteme işleminden önce her bir parçayı el tipi bir nozul yardımıyla hafif bir nitrojen akımıyla kurutun. Tüp pişirilir. Fırın 875 °C'ye ısıtılıp 30 dakika boyunca bu sıcaklıkta tutulurken, tüp içerisinden 100 SCCM hızında hava akışı sağlanır.Ardından, paslanmaz çelik bir çubuk kullanarak büyüme altlıklarının bulunduğu bir tekneyi tüpe yerleştirin ve tekneyi, ön kenarı fırın termokuplunun 30 milimetre aşağısında olacak şekilde konumlandırın. Teknenin veya silikon parçaların konumunu bozmadan uç kapakları bağlayarak tüpü sızdırmaz hale getirin. Daha sonra, kuvars tüpü oda sıcaklığında beş dakika boyunca helyum ile yıkamak için yazılımı programlayın.Ardından, sıcaklığın 10 dakika içinde 775 °C'ye çıkacak şekilde ayarlanmasını sağlayın. Hidrojen ve helyum akışı altında, akışları ve sıcaklığı 10 dakika boyunca sabit tutun. Isıl işlem, filmin demir oksitten demire kimyasal olarak indirgenmesine ve nanopartiküllere dönüşmesine neden olur.Karbon nanotüpleri büyütmek için, etilen eklerken ve fırını 775 °C'de tutarken hidrojen ve helyum akış hızlarını ayarlayın. CNT'lerin yüksekliği, büyüme süresi ile kontrol edilir. CNT büyümesini durdurmak ve numuneyi soğutmak için, katalizör çipler fırın izolasyonunun yaklaşık bir santimetre aşağısında yer alana kadar kuvars tüpü manuel olarak akış yönünde kaydırın.Aynı akış hızlarını ve fırını korumaya özen gösterin. Tüpü beş dakika boyunca helyum ile temizledikten sonra, set değerindeki sıcaklıkta 15 dakika bekletin, numuneleri geri alın ve fırını kapatın. 6,25 milimetre çapında deliklere sahip 0,8 milimetre kalınlığındaki bir alüminyum ağa bir parça çift taraflı bant uygulayın.Eleğin, bir litrelik beher ağzından daha büyük olduğunu ve bandın elek üzerinde yaklaşık olarak ortalandığını kontrol edin. CNT'li silikon gofret parçasını bandın üzerine yerleştirin. CNT mikro yapıları yukarı bakacak şekilde, çeker ocak içindeki bir ısıtıcı tabla üzerinde bulunan bir litrelik behere 100 milliliters acetone ekleyin. Isıtıcı tablayı 110 °C'ye ayarlayın.Aseton kaynamaya başladığında, alüminyum ağı, üzerine monte edilmiş numune aşağı bakacak şekilde beherin üzerine yerleştirin. Buhar cephesi beherin üst kısmına yaklaştığında, silikon alt tabakanın yüzeyindeki görünür renk değişimlerini gözlemleyin.Gökkuşağı renginde bacak desenleri oluşacak ve tüm yüzeye yayılacaktır. Ardından, beheri mesh'ten ayırdıktan sonra, bir jilet yardımıyla örneği çift taraflı banttan dikkatlice soyun. Örneği çıkarma sırasında kırılma riski yüksek olduğundan, bu adımda azami dikkat gösterilmelidir.CNT ana kalıp havuzunu oluşturmak için, yoğunlaştırılmış CNT mikro yapıları üzerine SU-8 2002 uygulayın. Örneği döndürdükten sonra 65 °C'de iki dakika, ardından 95 °C'de dört dakika boyunca pişirin. Örneği 20 saniye boyunca ışınlayın ve ardından örneği pişirin.Hassas yapıların replikasyonu yapılacaksa, master örneği kurutucu bir ortamda, 400 millitorr basınç altında 12 saat boyunca bir cam şişe içindeki stabilize edici ajanla birlikte bekletin. Yaklaşık iki gram PDMS'yi, monomer ile çapraz bağlayıcı oranı 10:1 olacak şekilde karıştırdıktan sonra, CNT master örneğini alüminyum folyo bir kaba yerleştirin ve örneği tamamen kapatacak şekilde PDMS dökün. Örneği vakuma yerleştirin ve 20 tor altındaki basınçta 15 dakika boyunca gazını alın.Baloncuklar oluştuğunda, büyük baloncukları patlatmak için basıncı periyodik olarak hızla artırın; negatifi 120 °C'de 20 dakika boyunca kürledikten sonra alüminyum folyoyu geri soyun ve master kalıbı yumuşak PDMS negatiften ayırın. Hassas yapıların replikasyonu yapılacaksa, negatifi ve sessizleştirici ajanı 400 millitorr basınçta bir desikatörde 12 saat bekletin. PDMS negatifin içine SU-8 2002 dökün.Kalın SU-8 tabakasındaki çözücüyü, 95 °C'de altı saat boyunca fırınlayarak uçurun. Ardından örneği ışınlayın ve 95 °C'de sekiz dakika boyunca fırınlayın. Son olarak, SU-8 replikasını PDMS negatifinden manuel olarak kalıptan çıkarın; dikey hizalanmış karbon nanotüpler veya CNT ormanları, mikrofabrikasyon için yeni bir malzeme sunmaktadır.Bu SEM görüntüleri, sıkılaştırma öncesi ve sonrası silindirik CNT sütun dizilerini temsil etmektedir. CNT'lerin hizalanmasına ve yoğunluğuna dikkat edin. Daha yüksek en-boy oranına sahip CNT sütunlarının daha az düz olduğunu ve düzlüklerinin sıkılaştırma ve replikasyon sırasında kademeli olarak azaldığını fark edebilirsiniz.Yarım daire şeklindeki sütunların yoğunlaştırılması, geniş alanlar üzerinde tekdüze eğimli yapıların oluşmasını sağlar. C-N-T-S-U sekiz ana ve replika mikro sütun yapısının bu karşılaştırması, geniş bir alan boyunca mikro ölçekli şeklin ve nano ölçekli dokunun yüksek sadakatle replike edildiğini göstermektedir. Yapı oluşumu açısından mevcut limitler; bunlarla benzer yüksek en-boy oranlı duvarları, bu eğimli CNT mikro kuyusunda belirtilen petek benzeri yapıları ve bükülmüş CNT mikro sütunları içermektedir.Bu videoda, CNT mikro yapılarının nasıl desenli şekilde büyütüldüğünü ve yoğunlaştırıldığını gösterdik; ardından bu yapıları, polimer replikalar dökümü için ana kalıplar olarak kullandık. Bu prosedürü tekrarlarken, PDMS'in kontamine olmamasına dikkat edin; çünkü bu durum eksik kürlenmeye neden olabilir veya replikasyon sırasında sadakati azaltabilir. Ayrıca, CNT mikro yapılarına zarar vermemek için substrat üzerinde yoğunlaşan çözücü miktarının dikkatle kontrol edilmesi önemlidir.Karbon nanotüplerle çalışmanın tehlikeli olabileceği unutulmamalıdır, bu nedenle uygun önlemler alınmalıdır. Numunelerle çalışırken her zaman eldiven takmalısınız ve karbon nanotüp ormanlarını substrattan ayırıyorsanız her zaman bir respiratör kullanmalısınız.

fabrication-densification-replica-molding-3d-carbon-nanotube

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Burada sıcak kabartma ve ısı sızdırmazlık kullanarak termoplastik mikroakışkan cips nasıl imal göstermektedir. Sonra kompozit katı faz sütunları oluşturmak için mühürlü çip aracılığıyla yerinde ışık aşılama yüzey ve polimerizasyon nasıl kullanılacağını göstermektedir.

Termoplastik mikroakışkan Kanallar imalatı

Bu makale KVH'tan dikey hizalanmış karbon nanotüp diziler imal etmek ve akabinde tavlama veya kuru oksidasyon işlemi vakum onları teşhir ederek ıslatma özelliklerini ayarlamak için basit bir yöntem açıklanır.

Karbon Nanotube Dizilerin Islatma Özellikleri Tuning Tedaviler Tavlama Kuru Oksidasyon ve Vakum

Gözden çıkarılabilir bir bileşeni (vasküler) işleminin bir buharlaşma mikrovasküler yapılar imal etmek için kullanılır. Bu işlem lazer Mikroişlenmiş kılavuzu plakaları tarafından sağlanan hassas 3D geometrik konumlandırma ile içi boş mikro oluşturmak için kurban poli (laktik) asit lifleri kullanır.

Bir Kurban bileşeni buharlaşma kullanarak üç boyutlu Mikroyapılar Yapma Süreci

Üç boyutlu (3D) mikrostrüktürlü kompozit kirişler 3D gözenekli microfluidic ağlara nanokompozitlerin yönettiği ve lokalize sızma yoluyla imal edilir. Bu imalat yönteminin esnekliği fonksiyonel 3 boyutlu takviyeli nanokompozit makroskopik çeşitli ürünler elde etmek amacıyla, farklı ısı ile sertleşen malzeme ve nanofillers kullanımını sağlar.

Mikroakışkan Sızma yoluyla üç boyutlu mikrostrüktürlü nanokompozitlerin İmalat

Burada, biz 3 eksenli dağıtım sistemi vasıtasıyla otomatik direkt yazma prosedürü yoluyla üretilen özgürce askıya mikron / alt mikron ölçekli polimer lifler ve "web-like" yapılar imal etmek için bir protokol mevcut.

Asma Micron / Sub-mikron Ölçeği Fiber Yapıların 3-D Doğrudan Yazma Robotik Dağıtım Sistemi aracılığıyla Prescribed

Düşük sıcaklıkta dikey olarak hizalanmış karbon nanotüplerin büyümesi ve ardından yarı iletken fabrikasyonu kullanılarak dikey ara bağlantı elektrik test yapılarının imalatı için bir yöntem sunulmaktadır.

Yarıiletken Teknolojisi ile uyumlu Düşük Sıcaklık Karbon Nanotüp Dikey Bağlantıları Fabrikasyon

Karbon nanotüplerin yapısı ayarlanabilir polimerik kapsülleme katmanları ile işlevselleştirilmesi ve küçük açılı nötron saçılımı kullanılarak yapısal karakterizasyonu için bir yöntem sunulmuştur.

Küçük açılı Nötron Saçılma tarafından Thermo-geri dönüşümlü Blok Kopolimer ve Karakterizasyonu Tek duvarlı Karbon Nanotüpler işlevselleştirilmesi

Su buharı ortamında düşük basınçlı taramalı elektron mikroskobu, karbon nanotüp ormanlarında nano ölçekten mikro ölçekli özelliklere işlemek için kullanılır.

Alçak Basınç Taramalı Elektron Mikroskobu kullanılarak Karbon Nanotüp Ormanlar Hassas freze

Uzun ve içi boş camsı karbon mikroelyafları, doğal bir ürünün, insan saçının pirolizine dayalı olarak imal edilmiştir. Karbon mikroelektromekanik ve karbon nano elektromekanik sistemlerin veya C-MEMS ve C-NEMS'nin iki üretim aşaması şunlardır: (i) karbon açısından zengin bir polimer öncüsünün fotolitografisi ve (ii) desenli polimer öncüsünün pirolizi.

3D Karbon Mikroelektromekanik Sistemlerin (C-MEMS) İmalatı

Bir yordam adımlarını izleyen kimyasal değişiklik kullanarak polistiren aşılı multiwalled karbon nanotüpler sentezi için seçmeli olarak tanıtılması polimer zincirleri için yanağında ve onların kendinden montajlı üzerinden Anizotropik seçimdeki olduğunu sundu.

Multiwalled karbon nanotüpler kendinden montajlı etkinleştirmek için polistiren ve Anizotropik seçimdeki aşılama

Burada, dikey olarak hizalanmış karbon nanofiberlerin (VACNF'ler) mikrofabrikasyon edilmesi, VACNF'lerin esnek substratlara aktarılması ve VACNF'lerin biyomolekül ve boya dağıtımı için bitkilere hem sert hem de esnek substratlar üzerinde uygulanması için yöntemleri açıklıyoruz.

Biyomoleküllerin ve boyaların bitkilere verilmesi için sert veya esnek substratlar üzerinde dikey olarak hizalanmış karbon nanofiber dizilerinin kullanılması

Öğrenin dikey hizalı karbon nanotüp ormanlarını mikrofabrikasyon için nasıl desenlendirip, yoğunlaştırıp ve polimerle infiltrasyon yaparak sağlam nanokompozit mikroyapılar oluşturacağınızı. Replika kalıplama ile yüksek sadakatli polimer kopyalar üretin.

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp

Daha fazla video keşfet