ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן
Summary
אנו מציגים שיטות ייצור של microstructures בדוגמת של צינורות פחמן מיושר אנכית (CNTs), והשימוש בהם כמו תבניות בסיס לייצור microstructures פולימר במרקם מאורגן פני הננומטרי. ביערות ה-CNT הם densified על ידי עיבוי של ממס על מצע, אשר מגביר באופן משמעותי את צפיפות האריזה שלהם ומאפשר עצמית מכוונת היווצרות של צורות 3D.
Abstract
המבוא של חומרים ותהליכים חדשים microfabrication יש, במידה רבה, לאפשר התקדמות חשובה הרבה Microsystems, מעבדה על שבב התקנים, ואת היישומים שלהם. בפרט, יכולות ייצור יעיל וחסכוני של microstructures פולימר הפכו על ידי הופעתו של ליתוגרפיה רך טכניקות micromolding אחרים 1, 2, וזה הוביל מהפכה היישומים של microfabrication הנדסה ביו ביולוגיה. עם זאת, הוא נותר מאתגר לפברק microstructures עם מוגדרים היטב טקסטורה ננו, וכדי לייצר צורות 3D שרירותיים על מיקרו בקנה מידה. החוסן של תבניות בסיס ותחזוקה של שלמות הצורה חשובה במיוחד על מנת להשיג שכפול איכות גבוהה של מבנים מורכבים ושימור מרקם פני השטח ננו שלהם. שילוב של מרקמים וצורות היררכי, הטרוגניות, הוא אתגר עמוק שיטות microfabrication הקיימים LARgely להסתמך על תחריט מלמעלה למטה באמצעות תבניות מסכת קבועים. מצד שני, סינתזה מלמטה למעלה ננו כגון צינורות ו nanowires יכולים להציע יכולות חדשות microfabrication, בעיקר על ידי ניצול של הארגון העצמי הקולקטיבי של ננו, ושליטה מקומית של התנהגות הצמיחה שלהם לגבי דפוסי microfabricated .
המטרה שלנו היא להציג את צינורות פחמן מיושר אנכית (CNTs), שבה אנו מתייחסים כמו ה-CNT "היערות", כחומר microfabrication חדש. אנו מציגים פרטים על חבילה של שיטות הקשורות שפותחו לאחרונה על ידי הקבוצה: ייצור של ה-CNT microstructures יער ידי CVD תרמית מסרטים זרז בדוגמת lithographically דקים; עצמית מכוונת densification elastocapillary microstructures של ה-CNT, דפוס העתק של פולימר microstructures באמצעות תבניות ה-CNT אמן מרוכבים . בפרט, העבודה שלנו מראה כי densification עצמית מכוונת נימי ("נימי להרכיב"), שהוא performed על ידי עיבוי של ממס על מצע עם microstructures ה-CNT, מגביר באופן משמעותי את צפיפות האריזה של CNTs. תהליך זה מאפשר שינוי כיוון של ה-CNT אנכיים microstructures לצורות ישרות, נוטה, ומעוותים, בעלי תכונות מכניות החזקה העולה על אלו של פולימרים microfabrication טיפוסי. זה בתורו מאפשר היווצרות של nanocomposite תבניות ה-CNT אמן על ידי נימי מונע חדירה של פולימרים. המבנים העתק להפגין את המרקם ננו אניסוטרופי של CNTs מסודרים, והוא יכול להיות עם קירות בעובי מיקרון משנה ו היבט ratios העולה על 50:1. השילוב של ה-CNT microstructures בייצור מציע הזדמנות נוספת לנצל את התכונות החשמליות ותרמית של CNTs, ויכולות מגוונות כימיים functionalization ביוכימי 3.
Protocol
Discussion
דפוסים ליתוגרפיות והכנת זרז CNT מצעים הוא פשוט הדיר, אולם, השגת צמיחה עקבית CNT צריך להיעשות בזהירות רבה כיצד גובה וצפיפות של יערות ה-CNT מושפעים לחות הסביבה מצבו של הצינור הצמיחה. מניסיוננו, דפוסים גדולים יותר מ 2 מיקרומטר 1000 פחות רגישים לשינויים קטנים בתנאי עיבוד. ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית Nanomanufacturing של הקרן הלאומית למדע (CMMI-0927634). דבור Copic נתמך בחלקו על ידי תוכנית העמיתים ההצטיינות רקהאם באוניברסיטה של מישיגן. סאמח Tawfick מודה תמיכה חלקית מתוך אחוות רקהאם Predoctoral. מייקל דה Volder נתמך על ידי קרן הבלגי למחקר מדעי – פלנדריה (FWO). Microfabrication בוצעה במתקן Nanofabrication לוריא (LNF), שבה הוא חבר של רשת ננוטכנולוגיה התשתיות הלאומיות, וכן במיקרוסקופ אלקטרונים בוצעה על אלקטרונים מישיגן Microbeam ניתוח מעבדה (EMAL).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| 4″ diameter <100> silicon wafers coated with SiO2 (300 nm) | Silicon Quest | Custom | |
| Positive photoresist | MicroChem | SPR 220-3.0 | |
| Hexamethyldisilizane (HMDS) | MicroChem | ||
| Developer | AZ Electronic Materials USA Corp. | AZ 300 MIF | |
| Sputtering system | Kurt J. Lesker | Lab 18 | Sputtering system for catalyst deposition |
| Thermo-Fisher Minimite | Fisher Scientific | TF55030A | Tube furnace for CNT growth |
| Quartz tube | Technical Glass Products | Custom | 22 mm ID × 25 mm OD 30″ length |
| Helium gas | PurityPlus | He (PrePurified 300) | |
| Hydrogen gas | PurityPlus | H2 (PrePurified 300) | UHP |
| Ethylene gas | PurityPlus | C2H4 (PrePurified 300) | UHP |
| Perforated aluminum sheet | McMaster-Carr | 9232T221 | For holding sample above densification beaker |
| UV flood lamp | Dymax | Model 2000 | |
| SU-8 2002 | MicroChem | SU-8 2002 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit |
Referenzen
- Xia, Y. N., Whitesides, G. M. Soft lithography. Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).
- Xia, Y. Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing. Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).
- Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. Chemistry of Carbon Nanotubes. Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).
- De Volder, M. Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes. Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).
- Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M. F. L., Hart, A. J. Fabrication of high-aspect-ratio polymer microstructures and hierarchical textures using carbon nanotube composite master molds. Lab on a Chip. 11, 1831-1837 (2011).
- De Volder, M. F. L., Park, S. J., Tawfick, S. H., Vidaud, D. O., Hart, A. J. Fabrication and electrical integration of robust carbon nanotube micropillars by self-directed elastocapillary densification. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 045033-04 (2011).
- Zhao, Z. Bending of nanoscale filament assemblies by elastocapillary densification. Physical Review E. 82, 041605 (2010).
- De Volder, M. F. L., Vidaud, D. O., Meshot, E. R., Tawfick, S., Hart, A. J. Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars. Microelectronic Engineering. 87, 1233-1238 (2010).
- Nessim, G. D. Tuning of Vertically-Aligned Carbon Nanotube Diameter and Areal Density through Catalyst Pre-Treatment. Nano Letters. 8, 3587-3593 (2008).
- Pokroy, B., Epstein, A. K., Persson-Gulda, M. C. M., Aizenberg, J. Fabrication of Bioinspired Actuated Nanostructures with Arbitrary Geometry and Stiffness. Advanced Materials. 21, 463-469 (2009).
