Polimer filmlerin küçültülmüş kusurlarla gözenekli substratlar üzerine aktarımı için prosedür
Summary
Blok kopolimer ince filmlerin, 3D baskılı drenaj odası kullanılarak gözenekli destek altlıkları üzerine son derece kontrollü ve kırışıklık içermeyen transfer için bir prosedür sunuyoruz. Drenaj odası tasarımı, makromoleküler filmlerin, normalde el ile yeniden üretilemeyen bir şekilde yapılan gözenekli substratlar üzerine transferini içeren tüm prosedürlere genel ilgi görmektedir.
Abstract
İnce film kompozit membranlar içeren cihazların imalatı, bu filmlerin keyfi destek substratları yüzeylerine aktarılmasını gerektirir. Bu transferin son derece kontrollü, mekanize ve tekrarlanabilir bir şekilde gerçekleştirilmesi, cihaz performansını ve kullanılabilir alanı tehlikeye atabilen ince film içinde makroölçekli arıza yapılarının (örneğin gözyaşları, çatlaklar ve kırışıklıkların) oluşturulmasını ortadan kaldırabilir örnek başına. Burada, polimerik ince bir filmin yüksek kontrollü ve mekanize aktarımı için, su filtrasyon membran cihazı olarak nihai kullanım için rasgele gözenekli destek substrat üzerine genel bir protokol açıklanmaktadır. Özellikle, bir kurban, su çözünür Poly (akrilik asit) (PAA) tabaka ve silikon gofret substrat üstüne bir blok kopolimer (BCP) ince film imal. Daha sonra bir özel tasarlanmış, 3D-baskılı transfer aracı ve drenaj odası sistemi mevduat, lift-off için kullanmak ve bir gözenekli anodize alüminyum oksit (AAO) destek diski merkezine BCP ince film aktarmak. Aktarılan BCP ince film, su ve 3D Baskılı Plastik drenaj odası arasında oluşan menisküs rehberlik nedeniyle destek yüzeyinin merkezine sürekli olarak yerleştirilir gösterilir. Ayrıca, mekanik transfer-işlenmiş ince filmlerimizi, cımbız kullanımı ile el ile aktarılmış olanlar ile karşılaştırıyoruz. Mekanik süreçten aktarılan ince filmlerin optik muayene ve görüntü analizi, manuel olarak üretilen gözyaşı ve kırışıklıkların çokluğu ile karşılaştırıldığında, küçük-No makroölçekli inhomojenler veya plastik deformasyonların üretildiği teyit el ile transfer. Sonuçlarımız, ince film aktarımı için Önerilen stratejinin, birçok sistem ve uygulamada diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında kusurları azaltabilir olduğunu göstermektedir.
Introduction
İnce film ve nanomembran tabanlı cihazlar son zamanlarda esnek fotovoltaik ve fotonik, katlanabilir ekranlar ve giyilebilir elektronik1, çeşitli uygulamalarda potansiyel kullanımı nedeniyle geniş ilgi topladı 2 , 3. bu çeşitli cihazların imalatı için bir gereksinim, bu filmlerin kırılganlık ve makroölçekli defekt sık üretim nedeniyle zorlu kalır keyfi substratlar, yüzeylere ince filmlerin aktarımı olduğunu yapılar, kırışıklıkları gibi, çatlaklar, ve gözyaşları, Transfer sonrası filmler içinde4,5,6,7. El ile manuel transfer, cımbız, ve tel döngüler ince film transferi ortak yöntemleri, ama kaçınılmaz yapısal aykırılıklar ve plastik deformasyon neden,8,9. Çeşitli ince film transfer metodolojisi gibi incelenmiştir: 1) polidimetilsiloksan (PDMS) damga transferi, hangi bir elastomerik damga kullanımı içerir hangi donör substrat ince film elde etmek ve daha sonra alma transfer substrat10, ve 2) kurban katmanı transferi11, hangi bir etchant seçici olarak destek substrat ve ince film arasında bir kurban tabakası çözülür, böylece ince film kapalı kaldırma kullanılır. Ancak, bu teknikler tek başına mutlaka ince film transferi için zarar veya kusur oluşumunda küçük filmler içinde olmadan izin vermez12.
Burada, özel tasarlanmış, 3D baskılı drenaj odası sistemi içinde kurban katmanı kaldırma ve menisküs güdümlü transfer dayalı bir roman, düşük maliyetli ve genelleştirilebilir facile yöntemi sunuyoruz, mekanik olarak blok kopolimer (bcp) ince filmleri yerleştirmek için anotlu alüminyum oksit (AAO) diskleri gibi gözenekli substrat merkezleri, kırışıklıklar, gözyaşları ve çatlaklar gibi az-No kaynaklanan makroölçekli arıza yapıları ile. Bu bağlamda, bu aktarılan ince filmler daha sonra su filtrasyon çalışmalarında cihaz olarak, ardışık infiltrasyon sentezi (SIS) işleme9‘ dan sonra kullanılabilir. Optik mikroskopiden elde edilen aktarılan filmlerin görüntü analizi, menisküs güdümlü, drenaj odası sisteminin pürüzsüz, sağlam ve kırışıklık içermeyen örnekler sağladığını göstermektedir. Ayrıca, görüntüler aynı zamanda sistemin ince film membranlarını alıcı alt yüzeylerin merkezine güvenilir bir şekilde yerleştirebilmesini de göstermektedir. Sonuçlarımız, ince film yapıların keyfi gözenekli substratın yüzeylerine aktarılması gereken her türlü cihaz uygulaması için önemli etkilerine sahiptir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokolde listelenen adımların çoğu ince film transferinin başarısı için çok önemli olmakla beraber, özel tasarlanmış 3D baskılı drenaj odasının doğası, kullanıcının özel gereksinimlerine göre geniş esneklik sağlar. Örneğin, alıcı substrat Bu çalışmada kullanılan 25 mm çap AAO disklerden daha büyük bir çapına sahipse, drenaj odası yeni spesifikasyonlara uyacak şekilde uygun şekilde değiştirilebilir. Ancak, etkin aktarım sonuçlarını sağlamak için gerekli olan protokol?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, ABD Enerji Bakanlığı, bilim ofisi, temel enerji Bilimleri Bürosu tarafından finanse edilen enerji-su sistemleri (MEWS) Merkezi, enerji sınır araştırma merkezi ‘nin bir parçası olarak destekleniyordu. Biz minnetle Mark Stoykovich ve Paul Nealey ile yararlı tartışmalar kabul ediyoruz.
Materials
| 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 |
References
- Shah, A., Torres, P., Tscharner, R., Wyrsch, N., Keppner, H. Photovoltaic technology: the case for thin-film solar cells. Science. 285 (5428), 692-698 (1999).
- Kim, T. H., et al. Full-colour quantum dot displays fabricated by transfer printing. Nat. Photon. 5 (3), 176 (2011).
- Nomura, K., et al. Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors. Nature. 432 (7016), 488 (2004).
- Pirkle, A., et al. The effect of chemical residues on the physical and electrical properties of chemical vapor deposited graphene transferred to SiO2. Applied Physics Letters. 99 (12), 122108-122110 (2011).
- Chae, S. J., et al. Synthesis of large-area graphene layers on poly-nickel substrate by chemical vapor deposition: wrinkle formation. Advanced Materials. 21 (22), 2328-2333 (2009).
- Zhu, W., et al. Structure and electronic transport in graphene wrinkles. Nano Letters. 12 (7), 3431-3436 (2012).
- Paronyan, T. M., Pigos, E. M., Chen, G., Harutyunyan, A. R. Formation of ripples in graphene as a result of interfacial instabilities. ACS Nano. 5 (12), 9619-9627 (2011).
- Stadermann, M., et al. Fabrication of large-area free-standing ultrathin polymer films. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52832 (2015).
- Zhou, C., et al. Fabrication of Nanoporous Alumina Ultrafiltration Membrane with Tunable Pore Size Using Block Copolymer Templates. Advanced Functional Materials. 27 (34), 1701756 (2017).
- Meitl, M. A., et al. Transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp. Nature Materials. 5 (1), 33 (2006).
- Suk, J. W., et al. Transfer of CVD-grown monolayer graphene onto arbitrary substrates. ACS Nano. 5 (9), 6916-6924 (2011).
- Chen, Y., Gong, X. L., Gai, J. G. Progress and Challenges in Transfer of Large-Area Graphene Films. Advanced Science. 3 (8), 1500343 (2016).
