Name: 3D Karbon Mikroelektromekanik Sistemlerin (C-MEMS) İmalatı (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 1 s
Description: Keşfedin 3D karbon yapıların C-MEMS yöntemiyle üretimini; fotolitografi ve piroliz kullanarak SU-8 polimeri ve insan saçından cam benzeri karbon mikrofiberler oluşturun.

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 çalışma, Technologico de Monterrey ve California Üniversitesi tarafından Irvine tarafından desteklendi.

1. 3D İnsan Saçından Türemiş Karbon Yapısı İmalatı NOT: Kişisel koruyucu ekipman kullanın. Aletleri kullanmak ve laboratuvarın içinde çalışmak için laboratuar talimatlarını izleyin. <ol><li> Toplanan insan saçlarını DI su ile yıkayıp N 2 gazı ile kurutarak hazırlayın. </li><li> Kılları paralel teller, çaprazlar, birbirine sarılmış iki tüy vb. Gibi istenen şekilde düzenleyin . </li><li> Tüyleri SU8 kullanarak bir silikon altlığa yapıştırın veya doğrudan seramik bir teknede saklayın. </li><li> Saça-takılmış silikon alt tabakayı veya tekneyi fırına yerleştirin. </li><li> Fırını açın ve bir inert gaz (N 2 ) deposunun valfını açın. NOT: En uygun gaz akışı fırın tüpünün hacmine bağlıdır. 6 L&#39;lik bir tüp hacmi için 6 L / dak&#39;lık bir akış hızı uygulanmıştır. Fırın tüpünde tamamen atıl bir çevre oluşturmak için, optimum gaz f&#39;nin 1.5 kat daha yüksek bir gaz akış hızıİlk 15 dakika boyunca düşük hız uygulandı. </li><li> Maksimum piroliz sıcaklığı, sıcaklık rampası hızı ve atıl gaz akış hızı da dahil olmak üzere parametreleri ayarlayın ve fırını çalıştırın. <ol><li> Örneğin, sıcaklık 5 ° C / dak&#39;lık bir rampa hızında oda sıcaklığından 300 ° C&#39;ye yükseltilir. Stabilizasyon için 1 saat boyunca 300 ° C&#39;de tutun. Ayrıca sıcaklığı 900 ° C&#39;ye çıkarın ve 1 saat daha karbonizasyon için koruyun. </li><li> 300 ° C&#39;den sonra kontrollü soğutma gerekli olmadığından fırını 10 ° C / dak. Oranında 300 ° C&#39;ye soğutun ve fırının ısıtıcısını kapatın. Sıcaklık sadece oda sıcaklığına N 2 akışı ulaşıncaya kadar örnekleri fırında bırakın. </li></ol></li><li> Piroliz işleminin tamamlanması üzerine fırını ve gaz akışını kapatın. </li><li> Örnekleri fırından çıkarın. </li></ol> 2. 3D Polimer Yapısı İmalatı: Fotolitografi <ol><li> desUygun bir yazılım paketi kullanarak istenilen 3B fotoviristiğin 2D düzenini çizmeyin ve basılı maskeyi hazırlayın ( örn. Bir polietilen fotovilm maskesi). NOT: Tasarımın basılması için ticari bir hizmet kullanılmıştır. Maskenin boyutu genellikle tasarıma bağlıdır. </li><li> Temiz bir laboratuar tesisinde, iki sıcak tablayı açın ve sıcaklığı sırasıyla 65 ° C ve 95 ° C&#39;ye ayarlayın. </li><li> Bir spin kaplayıcı ve bir vakum pompası açın. Vakum pompasının bir tüp vasıtasıyla devir kafasına bağlı olduğundan emin olun. </li><li> Eğirme hızı, rampa ve süre gibi iki adımlı döngü parametrelerini ayarlayın. İlk adım için eğirme hızını 500 rpm, rampa 100 rpm / s ve eğirme döngüsünü başlatmak için 10 sn&#39;ye ayarlayın. Bir sonraki adım için eğirme hızını 1.000 rpm, rampa 100 rpm / s ve eğirme süresi 30 saniye olarak ayarlanarak foto rezistansı eşit şekilde yayılır. </li><li> Bir alt tabaka yerleştirin ( yani, 4 inç x 4 inç ve 5501, m ± 25 um kalınlığında Si gofret, 1 um kalınlığında Si02 tabakası ile birlikte) tutucunun merkezinde. </li><li> Duyarlı polimer (örn., SU8 fotoresisti) doğrudan alt tabakanın merkezine yerleştirin. Yüzeyi kaplayacak kadar kullanın. </li><li> Tabakayı tutmak için &quot;vakum&quot; düğmesine basın. </li><li> Subdeyi SU8 ile kaplamak ve 250 μm&#39;lik bir son kalınlığı elde etmek için &quot;çalıştır&quot; düğmesine basın. </li><li> Eğirme işleminin tamamlanmasından sonra, kaplanmış altlığı tutacaktan serbest bırakmak için &quot;vakum&quot; düğmesine tekrar basın. </li><li> Yüzeyi pürüzsüz ve temiz tutmak için kaplamalı alt tabakayı dikkatlice cımbızla tutun. Zemini doğrudan 65 ° C sıcaklıkta 6 dakika boyunca sıcak plakaya aktarın ve daha sonra 95 ° C sıcaklıktaki sıcak plakaya 40 dakika boyunca (yumuşak fırında pişirin). NOT: Çözücünün yavaş yavaş buharlaşmasını sağlamak için 65 ° C&#39;de fırında pişirme sağlanarak daha iyi kaplama ve daha iyi yapışma sağlanır tO Yüzey, 95 ° C&#39;de pişirilirken SU8 yoğunlaşır. </li><li> Bu arada, UV pozlama sistemini açmak ve sistemdeki ayar düğmesini kullanarak maruz kalma süresini &quot;12 s&quot; olarak ayarlamak için anahtara basın. NOT: 250 μm kalınlığındaki bir SU8 tabakası için pozlama enerjisi 360 mJ / cm2 olmalıdır. </li><li> Fırınlama adımı (adım 2.10) tamamlandıktan sonra, alt tabakayı UV ışınlarına maruz bırakma sistemine yerleştirin ve bir foto maskesinin basılı tarafını (adım 2.1&#39;den itibaren) üzerine yerleştirin. Kaplanmış altlığı örtmek için tüm maske alanını kullanın ve maske ile altlık arasında boşluk olmadığından emin olmak için yavaşça basın. </li><li> Önceden tanımlanmış UV ayarlarını kullanarak fotomask aracılığıyla SU8 kaplı alt tabakayı UV ışınına maruz bırakın. </li><li> Yüzeyi tekrar doğrudan 65 ° C&#39;de 5 dakika ısıtma plakası üzerine yerleştirin ve sonra pozlamalı fırında pişirme (PEB) için 95 ° C&#39;de 14 dakika ısıtın. NOT: PEB, UV&#39;ye maruz kalmış alanlardaki çapraz bağlamanın derecesini arttırır veGeliştirme aşamasında solventlere karşı daha dirençli kaplama. </li><li> Maruz kalmayı 20 dk süreyle, bir behere yerleştirilen özel geliştirici çözeltiye daldırarak, maruz kalmayan fotorezit bölgelerini çıkarın. Pozlanmamış direnç alanlarının tamamen çıkarılmasını sağlamak için çözümü (dikkatlice) çalkalayın. </li><li> Geliştirilmiş yapıları alt tabaka tutarak ve azot veya basınçlı hava üfleyerek kurutun. </li><li> Fotoreziste aktarılan desenleri istenen desenlerle karşılaştırmak için gofreti mikroskop altında 50X büyütme ile inceleyin. </li></ol> 3. 3D Karbon Yapısı İmalatı: Piroliz <ol><li> Preslenmiş, açık uçlu boru fırınına fotolitografi (adım 2.1-2.17) kullanılarak hazırlanan örnekleri yerleştirin. </li><li> Fırını açın ve yukarıda 1. adımda belirtildiği gibi pirolizi için parametreleri ayarlayın. Adım 1.6-1.8&#39;deki işlemi tekrarlayın. </li><li> Numuneleri cımbızla dikkatli tutun ve karakterize etmeye devam edintirme. </li></ol>

<ol><li>Wang, C., Jia, G., Taherabadi, L. H., Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1416911/">A novel method for the fabrication of high-aspect ratio C-MEMS structures.</a> J Microelectromech Syst. 14 (2), 348-358 (2005).</li>
<li>Jong, K. P. D., Geus, J. W. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1081/CR-100101954">Carbon nanoﬁbers: catalytic synthesis and applications.</a> Catal Rev Sci Eng. 42, 481-510 (2000).</li>
<li>Elrouby, M. <a target="_blank" href="http://www.naturalspublishing.com/files/published/q362wbx78c133j.pdf">Electrochemical applications of carbon nanotube.</a> J Nano Adv Mat. 1 (1), 23-38 (2013).</li>
<li>Baughman, R. H., Zakhidov, A. A., Heer, W. A. D. <a target="_blank" href="http://science.sciencemag.org/content/297/5582/787.full">Carbon nanotubes-the route toward applications.</a> Science. 297, 787-792 (2002).</li>
<li>Kumar, R., Singh, R. K., Singh, D. P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032115015038">Natural and waste hydrocarbon precursors for the synthesis of carbon based nanomaterials: graphene and CNTs.</a> Renew Sustain Energy Rev. 58, 976-1006 (2016).</li>
<li>Afre, R. A., Soga, T., Jimbo, T., Kumar, M., Ando, Y., Sharon, M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387181106002514">Carbon nanotubes by spray pyrolysis of turpentine oil at different temperatures and their studies.</a> Micropor Mesopor Mater. (1-3), 184-190 (2006).</li>
<li>Sharma, S., Kalita, G., Hirano, R., Hayashi, Y., Tanemura, M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167577X12016692">Influence of gas composition on the formation of graphene domain synthesized from camphor.</a> Mater Lett. 93 (0), 258-262 (2013).</li>
<li>Ghosh, P., Afre, R. A., Soga, T., Jimbo, T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167577X06015084">A simple method of producing single-walled carbon nanotubes from a natural precursor: eucalyptus oil.</a> Mater Lett. 61 (17), 3768-3770 (2007).</li>
<li>Kumar, R., Tiwari, R., Srivastava, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+synthesis+of+aligned+carbon+nanotubes+bundles+using+green+natural+precursor%3A+neem+oil%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Res+Lett%22%5BJournal%5D)">Scalable synthesis of aligned carbon nanotubes bundles using green natural precursor: neem oil.</a> Nanoscale Res Lett. 6 (1), 92-97 (2011).</li>
<li>Liang, Y., Wu, D., Fu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+microfibers+with+hierarchical+porous+structure+from+electrospun+fiber-like+natural+biopolymer%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Carbon microfibers with hierarchical porous structure from electrospun fiber-like natural biopolymer.</a> Sci Rep. 3, 1-5 (2013).</li>
<li>Gupta, A. <a target="_blank" href="https://www.hindawi.com/archive/2014/498018/">Human hair "waste" and its utilization: gaps and possibilities.</a> J Waste Manag. 2014, 1-17 (2014).</li>
<li>Qian, W., Sun, F., Xu, Y., Qiu, L., Liu, C., Wang, S., Yan, F. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/EE/c3ee43111h">Human hair-derived carbon flakes for electrochemical supercapacitors.</a> Energy Environ Sci. 7, 379-386 (2014).</li>
<li>Pramanick, B., Cadenas, L. B., Kim, D. M., Lee, W., Shim, Y. B., Martinez-Chapa, S. O., Madou, M. J., Hwang, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622316305504">Human hair-derived hollow carbon microfibers for electrochemical sensing.</a> Carbon. 107, 872-877 (2016).</li>
<li>Miura, N., Numaguchi, T., Yamada, A., Konagai, M., Shirakashi, J. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.37.L423/meta">Room temperature operation of amorphous carbon-based single-electron transistors fabricated by beam-induced deposition techniques.</a> Jpn J Appl Phys. 37 (2), L423-L425 (1998).</li>
<li>Irie, M., Endo, S., Wang, C. L., Ito, T. <a target="_blank" href="https://www.deepdyve.com/lp/elsevier/fabrication-and-properties-of-lateral-p-i-p-structures-using-single-03o6EWw2pN">Fabrication and properties of lateral p-i-p structures using single crystalline CVD diamond layers for high electric ﬁeld applications.</a> Diamond Rel Mater. 12, 1563-1568 (2003).</li>
<li>Tay, B. K., Sheeja, D., Yu, L. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925963503000219">On stress reduction of tetrahedral amorphous carbon ﬁlms for moving mechanical assemblies.</a> Diamond Rel Mater. 12 (2), 185-194 (2003).</li>
<li>Kamath, R. R., Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+carbon+interdigitated+electrode+arrays+for+redox-amplification%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional carbon interdigitated electrode arrays for redox-amplification.</a> Anal Chem. 86 (6), 2963-2971 (2014).</li>
<li>Sharma, S., Khalajhedayati, A., Rupert, T. J., Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://ecst.ecsdl.org/content/61/7/75.short">SU8 derived glassy carbon for lithium ion batteries.</a> ECS Trans. 61 (7), 75-84 (2014).</li>
<li>Kim, D., Pramanick, B., Salazar, A., Tcho, I. -W., Madou, M. J., Jung, E. S., Choi, Y. -K., Hwang, H. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.201600160/abstract">3D carbon electrode based triboelectric nanogenerator.</a> Adv Mater Technol. 1 (8), 1-7 (2016).</li>
<li>Duarte, R. M., Gorkin, R. A., Samra, K. B., Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+integration+of+3D+carbon-electrode+dielectrophoresis+on+a+CD-like+centrifugal+microfluidic+platform%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">The integration of 3D carbon-electrode dielectrophoresis on a CD-like centrifugal microfluidic platform.</a> Lab Chip. 10 (8), 1030-1043 (2010).</li>
<li>Mund, K., Richter, G., Weidlich, E., Fahlstrom, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+properties+of+platinum%2C+glassy+carbon%2C+and+pyrographite+as+stimulating+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Pacing+Clin+Electrophysiol%22%5BJournal%5D)">Electrochemical properties of platinum, glassy carbon, and pyrographite as stimulating electrodes.</a> Pacing Clin Electrophysiol. 9 (6), 1225-1229 (1986).</li>
<li>Xua, H., Malladi, K., Wang, C., Kulinsky, L., Song, M., Madou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+post-microarrays+for+glucose+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Carbon post-microarrays for glucose sensors.</a> Biosens Bioelectron. 23 (11), 1637-1644 (2008).</li>
<li>Sharma, S., Madou, M. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/ec37/4aa01e80c6e923d61ea1294216ad1929d64d.pdf">Micro and nano patterning of carbon electrodes for bioMEMS.</a> Bioinspir Biomim Nanobiomat. 1, 252-265 (2012).</li>
<li>Pramanick, B., Martinez-Chapa, S. O., Madou, M. <a target="_blank" href="http://ma.ecsdl.org/content/MA2016-01/14/902.abstract">Fabrication of biocompatible hollow microneedles using the C-MEMS process for transdermal drug delivery.</a> ECS Trans. 72 (1), 45-50 (2016).</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Bu yazıda, doğal prekürsör materyallerin veya foto desenli polimer yapıların pirolizine dayalı çeşitli karbon mikroyapılarının imalatı için yöntemler bildirilmiştir. Hem geleneksel hem de geleneksel olmayan C-MEMS / C-NEMS proseslerinden çıkan karbon materyalleri tipik olarak camsı karbonlar olarak bulunurlar. Camsı karbon, elektrokimya ve yüksek sıcaklık uygulamaları için yaygın olarak kullanılan bir elektrot malzemesidir. Camsı karbonun mikro yapısı, hem kristalin hem de amorf bölgelerden oluşur. Camsı karbon, yüksek ...

Karbon nanotüpleri (CNT&#39;ler), grafit, elmas, amorf karbon, lonsdaleit, buckminsterfulleren (C 60 ), fullerit (C 540 ), fulleren (C56), karbonlu nanotüpler C 70 ) ve camsı karbon 1 , 2 , 3 , 4 . Camsı karbon, yüksek izotropi dahil olmak üzere fiziksel özellikleri nedeniyle en yaygın olarak kullanılan allotroplardan biridir. Aynı zamanda aşağıdaki özelliklere de sahiptir: iyi elektrik iletkenliği, düşük termal genleşme katsayısı ve gaz geçirimsizlik. Karbon yapıları elde etmek için karbon açısından zengin öncü maddeler aranmaktadır. Bu öncüler, belirli şekillerde mevcut olan ve hatta atık ürünleri de içeren insan yapımı veya doğal ürünler olabilir. Çok çeşitli micr<html> O / nanoyapılar, doğada biyolojik veya çevresel süreçler vasıtasıyla oluşturulur ve geleneksel üretim araçlarını kullanarak yaratılması oldukça zor olan benzersiz özelliklere neden olur. Bu durumda desenlendirme doğal olarak gerçekleştiği için, doğal ve atık hidrokarbon öncülleri kullanarak nanomalzemelerin sentezi, piroliz 5 olarak adlandırılan atıl veya vakumlu bir atmosferde, kolay, tek aşamalı bir termal ayrışma işlemi kullanılarak gerçekleştirilebilir. Yüksek kaliteli grafen, tek duvarlı CNT&#39;ler, çok duvarlı CNT&#39;ler ve karbon noktaları, terebentin yağı, susam yağı gibi tohumlar, lifler ve yağlar dahil olmak üzere bitki kaynaklı öncüllerin ve atıkların termal bozunumu veya piroliziyle üretilmiştir , Neem yağı ( Azadirachta indica ), okaliptüs yağı, hurma yağı ve jatrofa yağı. Ayrıca, kafur ürünleri, çay-yaprak özleri, atık yiyecekler, böcekler, tarımsal atıklar ve gıda ürünleri 6 , 7 ,Son zamanlarda, araştırmacılar gözenekli karbon mikrofiberlerini hazırlamak için ipek kozalarını bile bir ön madde olarak kullandı bile 10 . Genellikle atık madde olarak düşünülen insan saçları, yakın bir zamanda bu ekip tarafından kullanılmıştır. % 50&#39;den fazla karbon içeren yaklaşık% 91 polipeptitten oluşur; Geri kalan kısım oksijen, hidrojen, azot ve kükürt gibi elementlerdir 11 . Saç aynı zamanda çok yavaş bozunum, yüksek gerilme mukavemeti, yüksek ısı yalıtımı ve yüksek elastik geri kazanım gibi çeşitli ilginç özellikler ile birlikte gelir. Son zamanlarda, süper kondansatörler 12&#39;de kullanılan karbon pullarını hazırlamak ve elektrokimyasal algılama için oyuk karbon mikrofiberleri oluşturmak için kullanılmıştır13. Üç boyutlu (3D) yapıları imal etmek için dökme karbon maddesinin işlenmesi, malzeme çok kırılgan olduğu için zor bir görevdir. Odaklanmış iyonAm 14 , 15 veya reaktif iyon izi 16 bu bağlamda faydalı olabilir, ancak pahalı ve zaman alan süreçlerdir. Desenli polimerik yapıların pirolizine dayanan karbon mikroelektromekanik sistem (C-MEMS) teknolojisi çok yönlü bir alternatifi temsil eder. Son yirmi yılda C-MEMS ve karbon nanotelelektromekanik sistemler (C-NEMS), basit ve ucuz üretim adımları nedeniyle çok dikkat çekti. Geleneksel C-MEMS imalat prosesi iki aşamada gerçekleştirilir: (i) bir polimer öncüsünün ( örneğin bir fotorezistir) fotolitografiyle ve (ii) desenli yapıların piroliziyle desenlendirilmesi. SU8 fotoresistleri gibi ultraviyole (UV) -kurevlenebilir polimer ön maddeleri, fotolitografiye dayalı yapıları modellemek için sıklıkla kullanılır. Genel olarak, fotolitografi işlemi spin kaplama, yumuşak pişirme, UV maruziyeti, sonrası pişirme ve deve için adımları içerirlopment. C-MEMS durumunda; silikon; silikon dioksit; Silisyum nitrid; kuvars; Ve son zamanlarda safir alt tabakalar olarak kullanılmıştır. Foto desenli polimer yapılar oksijensiz ortamda yüksek sıcaklıkta (800-1,100 ° C) karbonlaştırılır. Vakum veya atıl bir atmosferdeki yüksek sıcaklıklarda, karbon içermeyen elementlerin hepsi çıkarılır ve sadece karbon kalır. Bu teknik, elektrokimyasal algılama 17 , enerji depolaması 18 , triboelektrik nanojenerasyon 19 ve elektrokinetik parçacık manipülasyonu 20 dahil olmak üzere birçok uygulama için çok yararlı olan yüksek kaliteli, camsı karbon yapılarının elde edilmesine olanak tanır. Ayrıca, 3D mikroyapıların Yüksek en-boy oranları C-MEMS kullanılarak nispeten kolay hale geldi ve çok çeşitli karbon elektrot uygulamaları 18 , 21 , </sup&gt; 22 , 23 , çoğunlukla soy metal elektrotların yerini alıyor. Bu çalışmada, konvansiyonel olmayan C-MEMS teknolojisi 13 kullanılarak insan saçından oyuk karbon mikrofiberlerin imalatı için basit ve maliyet-etkin bir yolun yakın zamanda geliştirilmesi tanıtıldı. Geleneksel SU8 polimer esaslı C-MEMS süreci de burada açıklanmaktadır. Spesifik olarak, yüksek en-boy oranlı katılar ve oyuk SU8 yapıları için üretim prosedürü 24 açıklanmıştır .

<table><tbody><tr><td>SU8-2100</td><td>Microchem</td><td>Ürün numarası-Y1110750500L</td><td></td></tr><tr><td>Spinner</td><td>Laurell Technologies Corporation</td><td>Model-WS650HZB-23NPP/UD3</td><td></td></tr><tr><td>Ocak Gözü</td><td>Torrey Pines Scientific</td><td>HS61</td><td></td></tr><tr><td>UV exposer</td><td>Cıva Lambası, SYLVANIA</td><td>H44GS-100M, P / N-34-0054-01</td><td></td></tr><tr><td>Fotoğraf maskesi</td><td>CAD/Sanat</td><td></td><td>Numara yok</td></tr><tr><td>Geliştirici&nbsp;</td><td>Microchem</td><td>Y020100 4000L&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>DI su sistemi</td><td>Milli Q</td><td>ZOOQOVOTO</td><td></td></tr><tr><td>IPA</td><td>CTR Sientific</td><td>CTR 01244</td><td></td></tr><tr><td>N2 gaz</td><td>AOC Meksika</td><td></td><td>No numara</td></tr><tr><td>Fırın</td><td>PEO 601, ATV Technologie GMBH</td><td>Model-PEO 601, Seri no.-195</td><td></td></tr><tr><td>Si/SiO2</td><td>Noel Technologies</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

3d karbon mikroelektromekanik sistemlerin (c-mems) İmalatı

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems (C-MEMS)

Doğada, çeşitli mikro / nano-yapı konfigürasyonlarına sahip çok çeşitli karbon kaynakları mevcuttur. Burada, insan tüylerinden türetilen uzun ve içi boş camsı karbon mikrofiberlerin imalatı için yeni bir teknik tanıtıldı. Uzun ve oyuk karbon yapıları, insan saçının 900 ° C&#39;de bir N2 atmosferi altında pirolizi ile yapıldı. Doğal ve pirolize insan kıllarının morfolojisi ve kimyasal bileşimi, pirolizden kaynaklanan fiziksel ve kimyasal değişiklikleri tahmin etmek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elektron-dağılmalı X-ışını spektroskopisi (EDX) kullanılarak araştırılmıştır. Raman spektroskopisi, karbon mikroyapılarının camsı doğasını teyit etmek için kullanılmıştır. Pirolize edilmiş saç karbonu, ekran baskılı karbon elektrodlarını değiştirmek için piyasaya sürüldü; Modifiye elektrotlar daha sonra dopamin ve askorbik asidin elektrokimyasal algılamalarına uygulandı. Modifiye sensörlerin algılama performansı unmodi&#39;ye kıyasla geliştirildiFied sensörler. İstenen karbon yapısı tasarımını elde etmek için karbon mikro / nano elektromekanik sistem (C-MEMS / C-NEMS) teknolojisi geliştirildi. En yaygın C-MEMS / C-NEMS imalat süreci iki aşamadan oluşur: (i) fotolitografi kullanarak bir ışığa duyarlı polimer gibi karbon açısından zengin bir ana materyalin desenlendirilmesi; Ve (ii) desenli polimerin oksijensiz bir ortamda pirolizi yoluyla karbonlaştırılması. C-MEMS / NEMS prosesi, mikro piller, supercapacitors, glikoz sensörleri, gaz sensörleri, yakıt hücreleri ve triboelektrik nanogeneratörler de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için mikroelektronik cihazlar geliştirmek için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Burada SU8 fotoresistleri ile yüksek en-boy oranlı katı ve içi boş karbon mikroyapılarının son gelişmeleri tartışıldı. Piroliz sırasında yapısal çekme, konfokal mikroskopi ve SEM kullanılarak araştırıldı. Raman spektroskopisi, yapının kristalinitesini teyit etmek için kullanıldı ve elementlerin atomik yüzdesiPiroliz öncesi ve sonrasında malzemede nt EDX kullanılarak ölçüldü.

İnsandan elde edilen içi boş karbon mikroelyafları için imalat sürecinin şematik bir şekli Şekil 1&#39;de gösterilmektedir. Büzülmeyi tahmin etmek için karbonlaştırılmış insan saçları SEM kullanılarak karakterize edildi. Saçın çapı, piroliz nedeniyle 82.88 ± 0.003 μm&#39;den 31.42 ± 0.003 μm&#39;ye küçüldü. Saçtan türetilen karbon mikrofiberlerini kullanarak yapılan çeşitli desenlerin taramalı elektron mikroskobik (SEM) görüntüleri Şekil...

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&#39;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

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long ...

Bu prosedürün genel amacı, sırasıyla SU-8 polimeri ve insan saçı karbon kaynaklarını kullanarak, konvansiyonel ve konvansiyonel olmayan karbon mikroelektromekanik sistem süreçleri ile 3 boyutlu karbon yapılar üretmektir. 20 yıl önce, MEMS cihazları, yani mikroelektromekanik sistemler üretmek için ana malzeme olarak silikonun yerine geçtiğimiz tamamen yeni bir sürece başladık. Fikrimiz, bu üç boyutlu şekilleri oluşturmak için karbonun silikondan daha iyi bir malzeme olduğudur.Özellikle, bir polimer öncül madde alıyoruz, bunu desenlendiriyoruz ve ardından inert bir atmosferde, yaklaşık 900 ila 1.000 °C gibi yüksek bir sıcaklıkta karbona dönüştürüyoruz. Bu işlem sırasında gerçekleşen durum, şeklin korunması ancak küçülmesidir. Diğer bir ifadeyle, izometrik bir büzülme meydana gelir ve sonuçta hayal edebileceğiniz herhangi bir 3D karbon şeklini elde edersiniz.Buna karbon MEMS denir. Bu yöntem çok daha ucuzdur çünkü tek yaptığım şey bir karbon öncü maddesi olan bir polimeri üç boyutlu olarak desenlemek ve ardından onu karbona dönüştürmektir. Karbon; elmastan grafite ve camsı karbona kadar birçok allotrop formunda bulunur.Polimer zincirlerini nasıl ön işlemden geçirdiğime bağlı olarak, aslında daha grafitik, elmas benzeri veya camsı karbon benzeri bir 3D karbon yapısı elde edebilirim. Bugün, karbon MEMS süreci lisansüstü öğrencim Esham Shomloo tarafından sizlere gösterilecek. Polimer yapı üretim prosedürüne başlamak için, öncelikle bir ısıtıcı tablayı 95 °C'ye ayarlayın.Spin coater'ı ve bağlı vakum pompasını açın. İlk adımı 500 rpm'de 10 saniye, ikinci adımı ise 1.000 rpm'de 30 saniye olan, her iki adım için de hızlanma oranı saniyede 100 rpm şeklinde ayarlanan iki aşamalı bir spin coating dizisi programlayın. Bir silikon gofret veya başka bir substratı spin coater'ın vakumlu tutucusuna yerleştirin.Substratı tutucuya sabitlemek için vakumu başlatın. Substrat yüzeyini kaplayacak miktarda epoksi reçine bazlı negatif fotorezist uygulayın. Nihai fotorezist kalınlığının 1 ile 250 micron arasında olması için iki aşamalı spin kaplama işlemini gerçekleştirin.Substratı tutucudan çıkarın. Cımbız kullanarak, ince filme zarar vermeden substratı 95 degrees Celsius sıcaklıktaki ısıtıcı plakaya dikkatlice aktarın. Substratı, fotorezist kalınlığına bağlı olarak bir ila 40 dakika boyunca 95 degrees Celsius sıcaklıkta pişirin.Yumuşak pişirme (soft bake) sırasında, fotolitografi UV sistemini açın ve pozlama süresini 12 saniyeye ayarlayın. Yumuşak pişirme tamamlandığında, substratı UV sistemine aktarın. Desenli maskeyi vakumlu bir maske tutucu ile sabitleyin.Mask tutucuyu, maske ile birlikte UV pozlama sistemine yerleştirin. Fotorezist kaplı substratı UV pozlama sisteminin tablasına koyun. Substratı desenli maske ile örtün ve maskeyi substrata karşı nazikçe bastırın.Substratı belirlenen süre boyunca UV ışığına maruz bırakın ve ardından maskeyi substrattan ayırın. Fotorezist kalınlığına bağlı olarak, 95 °C'de bir ila 15 dakika boyunca pozlama sonrası pişirme işlemi gerçekleştirin. Kabı hafifçe sallayarak substratı uygun geliştirici çözeltiye bir ila 20 dakika boyunca daldırın. Desenlenmiş gofretlemi azot gazı akımı veya basınçlı hava altında kurulayın.İstenen desenin düzgün şekilde oluştuğunu doğrulamak için plaketi 50 kat büyütmede bir mikroskop altında inceleyin. Ardından, desenli plaketi basınçlı, açık uçlu bir tüp fırına yerleştirin. Dizinin ilk 15 dakikası için akış hızını dakika başına fırın tüpü hacminin 1,5 katına, dizinin geri kalanı için ise dakika başına fırın tüpü hacmine ayarlayın.Dakikada beş derece Celsius hızla 300 derece Celsius'a çıkacak şekilde bir ısıtma dizisi ayarlayın, 300 derece Celsius'ta bir saat bekletin, aynı hızla 900 derece Celsius'a çıkın ve bir saat bekletin, ardından dakikada 10 derece Celsius hızla 300 derece Celsius'a soğutun. Daha sonra, ısıtma ve soğutma dizisini çalıştırın. Dizi tamamlandığında, pirolize edilmiş örneğin azot gazı akışı altında oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.Ardından, fırını ve gaz akışını kapatın. Daha sonra, pirolize edilmiş numuneyi fırından dikkatlice çıkarın ve karakterizasyona geçin. Saç kaynaklı bir 3D karbon yapı üretmeye başlamak için, bir insan saçı örneğini deiyonize su ile yıkayın.Saç örneğini bir nitrojen gazı akımı altında kurutun. Bir silikon gofret veya seramik tekne temin edin. Tekil saçları, gofret üzerine veya tekne içine istenilen konfigürasyonda yerleştirin.Silikon gofre kullanılıyorsa, kıllar epoksi bazlı polimer ile gofreye sabitlenir. Ardından, numune basınçlandırılmış, açık uçlu bir tüp fırına yerleştirilir. Numuneyi önce stabilize etmek ve ardından karbonize etmek için piroliz sekansı çalıştırılır.Numunenin azot akışı altında oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Ardından, gerektiğinde cımbız kullanarak numuneyi fırından dikkatlice çıkarın ve karakterizasyon aşamasına geçin. Saç kaynaklı karbon mikro lifler, saç numunesinin başlangıçtaki düzenine bağlı olarak çeşitli desenlerde hazırlanmıştır.Piroliz öncesi ve sonrası enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi ve Raman spektroskopisi gerçekleştirilmiştir. Piroliz sonrası Raman spektrumunda sadece D ve G bantlarına karşılık gelen iki pik görülmüştür. Pikler arasındaki yoğunluk oranı, mikro yapıların öncelikle camsı karbondan oluştuğunu göstermiştir.Elektrokimyasal sensörler; çıplak karbon, karbon nanotüpler veya saç türevli karbon fiberler kullanılarak üretilmiştir. Dopamin ve askorbik asit çözeltilerinin döngüsel voltammetrisi, saç türevli karbon fiberler içeren elektrodun çıplak karbona kıyasla daha iyi performans sergilediğini, ancak karbon nanotüplerin performansına ulaşamadığını göstermiştir. Karbon MEMS hakkındaki bu kısa videonun, birçoğunuzu süreci kendiniz keşfetmeye teşvik etmesini umuyorum.Aslında, bu basit süreçten elde edilebileceğini gördüğüm çok daha fazla uygulama mevcut. Bunlar; yeni nesil bataryalardan yeni yakıt hücrelerine, yeni sensörlere ve benzerlerine kadar uzanabilir. Belki de silikonun yerini alarak en önemli MEMS malzemesi haline gelecektir.

fabrication-of-3d-carbon-microelectromechanical-systems-c-mems

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Teşhis Araçları Geliştirmek İçin Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS)

Biz, üç-boyutlu hücre kültürü için gözenekli polimer cips mikroimalat için iki süreç sunuyoruz. Bunlardan birincisi, solvent buhar kaynak işlemi ile birlikte sıcak kabartma. Ikincisi ise, kısa bir süre önce geliştirilen iyon izleme teknolojisi ile üretim önemli bir basitleştirme giden kombine microthermoforming süreci kullanır.

Üç boyutlu Hücre ekimi için Chip-ölçekli Yapı iskeleleri mikroimalat

Bu protokolde, teknolojinin dayandığı dikey yerinden mesajların microactuator dizi imalat, ve nasıl bu temel teknoloji, yüksek verimli mekanik dinamik hücre kültürü, hem de iki boyutlu ve üç boyutlu kültür yapmak için değiştirilebilir göstermektedir paradigmalar.

Mekanik Dinamik Hücre Kültürü için Microfabricated platformlar

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

Doğal, düşük sıkma film sönümleme koşulları ve uzun yerleşme zamanlarda saçak alan elektrostatik MEMS aktüatörler sonuçlarının cihaz sağlam tasarımı, geleneksel adım toplamanın kullanarak geçiş işlemleri yaparken. Arasında geçiş yaparken DC-dinamik dalga ile zaman iyileşme anahtarlama Gerçek-zamanlı saçak-alan yerleşme zamanını azaltır aktüatörler MEMS için aşağı-yukarı ve aşağı-yukarı devletler.

Real-Time DC-dinamik Öngerilimlenmesi Yöntem Ciddi Underdamped saçak-alanında Elektrostatik MEMS Eyleyiciler Zaman İyileştirme Anahtarlama

Bu kağıt mikroelektromekanik sistemi (MEMS) yapılar ve cihazlar esnek imalat için bir 3D katkı micromanufacturing stratejisi (adlandırılan 'mikro-yığma') tanıttı. Bu yaklaşım, hızlı termal tavlama-etkin malzeme yapıştırma teknikleri ile birlikte mikro / nano malzemelerin transfer baskı-tabanlı düzeneğini içerir.

3D Katkı Micromanufacturing için Micro-duvar

Biz MEMS cihazlarının muayene ve karakterizasyonu için kompakt bir yansıma dijital holografik sistemini (CDHM) sunuyoruz. Doğal geometrik büyütme sağlayan uzaklaşan giriş dalga kullanan bir lens daha az tasarım gösterilmiştir. Hem statik ve dinamik çalışmalar sunulmuştur.

MEMS Muayene ve Karakterizasyonu için kompakt Lens az Dijital Holografik Mikroskop

Tuning, tuning yeteneklilik ve kaçınma aygıt hatası ve stiction, değişiklik frekans ölçümü de dahil olmak üzere bir lazer Doppler vibrometer (LDV), kullanarak sabit-sabit ışın dizaynı için bir protokol sunulmuştur. LDV yöntemi ağ Çözümleyicisi üzerinde üstünlüğü nedeniyle daha yüksek modu kapasitesini gösterilmiştir.

Tasarım ve karakterizasyon yöntemleri verimli geniş sıra Tunable MEMS filtreler için

UV-crosslinkable hydrogels işlemek için bir katkı üretim stratejisi geliştirmiştir. Bu strateji microfabricated hidrojel yapıları katman katman Meclisi hem de, bağımsız bileşenler Meclisi tümleşik aygıtlar için manyetik çalıştırma duyarlı hareket bileşenleri içeren verimli sağlar.

Teknik hidrojel tabanlı Micromachines manyetik olarak duyarlı bileşenleri ile Facile ve hızlı üretim için üretim bir katkı

Bu makalede, biyomedikal, biyomimetik ve yumuşak robotik uygulamalarında aktüatörler için iyonik elektromekanik olarak aktif kompozit malzemelerin hızlı ve basit bir üretim süreci açıklanmaktadır. Önemli üretim adımları, aktüatörlerin nihai özellikleri için önemi ve bazı ana karakterizasyon teknikleri ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Karbon Bazlı İonik Elektromekanik Aktif Yumuşak Aktüatörlerin İmalatı

Keşfedin 3D karbon yapıların C-MEMS yöntemiyle üretimini; fotolitografi ve piroliz kullanarak SU-8 polimeri ve insan saçından cam benzeri karbon mikrofiberler oluşturun.

3D Karbon Mikroelektromekanik Sistemlerin (C-MEMS) İmalatı

Daha fazla video keşfet