Multi-échelle Structures agrégées en nanofibres imprimés pour les Surfaces fonctionnelles
Summary
Présenté est une méthode simple pour fabriquer des nano-micro structures multi-échelles pour les surfaces fonctionnelles, en agrégeant les nanofibres fabriquées à l’aide d’un filtre d’oxyde d’aluminium anodique.
Abstract
Les structures de surface multi-échelles ont attiré un intérêt croissant en raison de plusieurs applications potentielles dans des dispositifs de surface. Toutefois, un défi existant dans le domaine est la fabrication de structures de micro-nano hybride en utilisant une méthode facile, rentable et haut débit. Pour surmonter ces défis, ce livre propose un protocole pour fabriquer des structures multi-échelles en utilisant seulement un processus d’empreinte avec un filtre en oxyde d’aluminium anodique (AAO) et un processus d’évaporation auto-agrégation de nanofibres. Contrairement aux tentatives précédentes visant à redresser les nanofibres, nous démontrons un procédé de fabrication unique pour multi-échelles nanofibres agrégées avec allongements élevés. En outre, la morphologie de la surface et la mouillabilité de ces structures sur divers liquides ont été étudiés pour faciliter leur utilisation multifonctionnelle de surfaces.
Introduction
Nanoscale texturé structures telles que les nanoparticules, les nanotubes et nanofibres ont attiré l’attention de la communauté scientifique, car ils montrent des caractéristiques uniques dans diverses applications, notamment électriques, biomédical, optique et surface 1,2,3,4,5,6,7,8de l’ingénierie. En particulier, nanofibres sont largement utilisés dans les électrodes extensible et transparente9, capteurs portables10,11, interconnexions12,13et demandes de nano-optique 14. parmi les différents procédés de fabrication des structures nanométriques, telles que les méthodes sol-gel, auto-assemblage, lithographie et réplication15,16,17,18, 19,20, réplication directe à l’aide d’un modèle est actuellement considérée comme une méthode prometteuse parce que c’est simple, rentable et applicable à divers matériaux DURCISSABLES21,22 , 23 , 24 , 25 , 26.
Grâce à sa structure multi-échelle ayant un grand nombre de pores nanométriques et de la hauteur de l’échelle microscopique, AAO est employé couramment comme modèle pour la fabrication de nanofibres et de nanotubes avec un fort allongement27,28,29 , 30. Toutefois, en raison de la tension superficielle à tel un grand allongement, nanofibres tendent à agréger facilement31,32,,33. Des recherches existantes ont prouvé que les nanofibres ayant un allongement supérieur à 15:1 ne pas se tenir debout mais plutôt agréger, tandis que ceux ayant un ratio inférieur à 5:1 sont individuellement isolées sans agrégation33,34. Force capillaire et tension de surface jouent un rôle important lors de la suppression de l’alumine, à l’aide d’un gel de mordançage, qui est l’un des processus au cours de la fabrication de nanofibres. Quand allongement augmente, la tension superficielle entre nanofibres tend à tirer les rapprocher les uns des autres, causant l’agrégation. Plusieurs études ont mis l’accent sur les méthodes pour empêcher cette agrégation35, qui est particulièrement observée en polymère et en nanofibres métalliques. Parmi ceux-ci, hydratation de la surface de nanofibres peut-être réduire l’agglomération parce que quand un liquide occupe les espaces entre les nanofibres, tension superficielle diminue. En outre, la méthode lyophilisation peut également réduire l’agrégation en diminuant la tension superficielle entre nanofibres. Toutefois, malgré les efforts divers, le redressage de nanofibres avec un haut rapport d’aspect demeure un défi.
À cette fin, nous présentons une méthode unique pour fabriquer des structures multi-échelles de nanofibres enchevêtrés en exploitant le phénomène d’agrégation d’une manière positive. Ici, la structure de nanofibres est imprimée à l’aide d’un filtre de l’AAO et polyuréthane-acrylate d’éthyle (PUA)-tapez résines ayant une viscosité de 257.4 cP. Après que lithographie de mentions légales nano UV (UV-NIL) est effectuée, le moule est gravé avec une solution de NaOH. Afin de caractériser les structures proposées multi-échelles, nous étudions les comportements de modèle de l’échantillon avec nanofibres agrégées et la mouillabilité surface après des traitements de surface appropriés tels qu’enduit avec un monocouches auto-assemblées et traitement à l’ozone UV . En outre, nous proposons que la surface poreuse multi-échelles peut être convertie simplement sur une surface glissante utilisant un processus infusé de lubrifiant.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’étape clé dans la fabrication de l’Assemblée de nanofibres Self agrégées est d’assurer que le filtre AAO fragile ne casse pas lors de l’application de la résine avec les rouleaux en caoutchouc. En effet, il convient d’assurer que le filtre de l’AAO ne casse pas à tout moment avant l’étape de gravure. Parce que le filtre de l’AAO est de 25 mm de diamètre, la taille du substrat est d’environ 30 x 30 mm.
L’Assemblée de nanofibres Self agrégées nous permet d’off…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce matériau est issu des travaux financés par le programme de recherche sciences fondamentales grâce à la Fondation de la recherche nationale de Corée (NRF) financé par le ministère de la Science, TIC et Future planification (FRO-2017R1A2B4008053) et le ministère du commerce, l’industrie et l’énergie ( MOTIE, Corée) sous technologie industrielle Innovation programme no 10052802 et l’Institut de Corée pour l’avancement de la technologie (KIAT) grâce au programme d’Encouragement pour les Industries de la région de la coopération économique (N0002310).
Materials
| MINS 511RM | Minuta Tech | UV curable resin | |
| Octadecyltrichlorosilane (OTS) | Aldrich | Surface treatment | |
| Sodium oxidanide | SAMCHUN | Etching solution | |
| Anopore Inoganic Membranes | Whatman | 25mm/0.2µm | |
| MT-UV-A 47 | Meiji Techno | UV curing equipment | |
| UVC-30 | Jaesung Engineering | UVO treatment equipment | |
| Smart Drop Plus | FEMTOFAB | Contact angle measurement | |
| Fluorinert FC-70 | 3M | liquid mixture of completely fluorinated aliphatic compounds | |
| Polyethylene terephthalate film | Sunchem | Substrate | |
| Acetone (99.8%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Isopropyl alcohol (99.9%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Rubber roller | Hwahong | For application of resin | |
| Corning Stirring Hot Plates | Corning | Hot plate equipment (5" x 7") |
References
- Elghanian, R., Storhoff, J. J., Mucic, R. C., Letsinger, R. L., Mirkin, C. A. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles. Science. 277, 1078-1081 (1997).
- Berdichevsky, Y., Lo, Y. H. Polypyrrole nanowire actuators. Advanced Materials. 18, 122-125 (2006).
- Mitchell, D. T., et al. Smart nanotubes for bioseparations and biocatalysis. Journal of the American Chemical Society. 124, 11864-11865 (2002).
- Nicewarner-Pena, S. R., et al. Submicrometer metallic barcodes. Science. 294, 137-141 (2001).
- Dersch, R., Steinhart, M., Boudriot, U., Greiner, A., Wendorff, J. H. Nanoprocessing of polymers: applications in medicine, sensors, catalysis, photonics. Polymers for Advanced Technologies. 16, 276-282 (2005).
- Baker, L. A., Jin, P., Martin, C. R. Biomaterials and biotechnologies based on nanotube membranes. Critical reviews in solid state and materials sciences. 30, 183-205 (2005).
- Xiang, H., et al. Block copolymers under cylindrical confinement. Macromolecules. 37, 5660-5664 (2004).
- Fei, G., et al. Electro-activated surface micropattern tuning for microinjection molded electrically conductive shape memory polyurethane composites. RSC Advances. 3, 24132-24139 (2013).
- Kim, K., et al. Stretchable and transparent electrodes based on in-plane structures. Nanoscale. 7, 14577-14594 (2015).
- Kim, J., et al. Wearable smart sensor systems integrated on soft contact lenses for wireless ocular diagnostics. Nature Communications. 8, 14997 (2017).
- Park, J., et al. Wearable, wireless gas sensors using highly stretchable and transparent structures of nanowires and graphene. Nanoscale. 8, 10591-10597 (2016).
- An, B. W., et al. High-resolution printing of 3D structures using an electrohydrodynamic inkjet with multiple functional inks. Advanced Materials. 27, 4322-4328 (2015).
- Kim, M., et al. Fully-integrated, bezel-less transistor arrays using reversibly foldable interconnects and stretchable origami substrates. Nanoscale. 8, 9504-9510 (2016).
- Zhao, Y. S., Zhan, P., Kim, J., Sun, C., Huang, J. Patterned growth of vertically aligned organic nanowire waveguide arrays. American Chemical Society Nano. 4, 1630-1636 (2010).
- Kuo, C. W., Shiu, J. Y., Chen, P. Size-and shape-controlled fabrication of large-area periodic nanopillar arrays. Chemistry of Materials. 15, 2917-2920 (2003).
- Lee, S. B., Koepsel, R., Stolz, D. B., Warriner, H. E., Russell, A. J. Self-assembly of biocidal nanotubes from a single-chain diacetylene amine salt. Journal of the American Chemical Society. 126, 13400-13405 (2004).
- Gibson, J. M. Reading and writing with electron beams. Physics Today. 50, 56-61 (1997).
- Kramer, N., Birk, H., Jorritsma, J., Schönenberger, C. Fabrication of metallic nanowires with a scanning tunneling microscope. Applied Physics Letters. 66, 1325-1327 (1995).
- Jiang, P., Bertone, J. F., Colvin, V. L. A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals. Science. 291, 453-457 (2001).
- Steinhart, M., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296, 1997 (2002).
- Hong, S. H., Hwang, J., Lee, H. Replication of cicada wing’s nano-patterns by hot embossing and UV nanoimprinting. Nanotechnology. 20, 385303 (2009).
- Han, K. S., Shin, J. H., Yoon, W. Y., Lee, H. Enhanced performance of solar cells with anti-reflection layer fabricated by nano-imprint lithography. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95, 288-291 (2011).
- Choo, S., Choi, H. J., Lee, H. Replication of rose-petal surface structure using UV-nanoimprint lithography. Materials Letters. 121, 170-173 (2014).
- Yu, Z., Chou, S. Y. Triangular profile imprint molds in nanograting fabrication. Nano Letters. 4, 341-344 (2004).
- Hirai, Y., Harara, S., Isaka, S., Kobayashi, M., Tanaka, Y. Nano-Imprint lithography using replicated mold by Ni electroforming. Japanese Journal of Applied Physics. 41, 4186 (2002).
- Kim, J. H., Cho, Y. T., Jung, Y. G. Selection of absorptive materials for non-reflective wire grid polarizers. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 17, 903-908 (2016).
- St˛epniowski, W. J., Salerno, M. Fabrication of nanowires and nanotubes by anodic alumina template-assisted electrodeposition. Manufacturing Nanostructures. 12, 321-357 (2014).
- Sousa, C. T., et al. Nanoporous alumina as templates for multifunctional applications. Applied Physics Reviews. 1, 031102 (2014).
- Hong, S. H., Bae, B. J., Lee, H., Jeong, J. H. Fabrication of high density nano-pillar type phase change memory devices using flexible AAO shaped template. Microelectronic Engineering. 87, 2081-2084 (2010).
- Schwirn, K., et al. Self-ordered anodic aluminum oxide formed by H2SO4 hard anodization. American Chemical Society Nano. 2, 302-310 (2008).
- Lee, P. S., et al. Vertically aligned nanopillar arrays with hard skins using anodic aluminum oxide for nano imprint lithography. Chemistry of Materials. 17, 6181-6185 (2005).
- Lopes, M. C., de Oliveira, C. P., Pereira, E. C. Computational modeling of the template-assisted deposition of nanowires. Electrochimica Acta. 53, 4359-4369 (2008).
- Choi, M. K., Yoon, H., Lee, K., Shin, K. Simple fabrication of asymmetric high-aspect-ratio polymer nanopillars by reusable AAO templates. Langmuir. 27, 2132-2137 (2011).
- Kim, Y. S., Lee, K., Lee, J. S., Jung, G. Y., Kim, W. B. Nanoimprint lithography patterns with a vertically aligned nanoscale tubular carbon structure. Nanotechnology. 19, 365305 (2008).
- Chen, G., Soper, S. A., McCarley, R. L. Free-standing, erect ultrahigh-aspect-ratio polymer nanopillar and nanotube ensembles. Langmuir. 23, 11777-11781 (2007).
- Jeong, Y., et al. Fabrication of Nano-Micro Hybrid Structures by Replication and Surface Treatment of Nanowires. Crystals. , (2017).
