3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp
Summary
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.
Abstract
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 "ormanlar" 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 ("oluşturan kapiller") 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'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.
Protocol
Discussion
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…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma, Ulusal Bilim Vakfı (CMMI-0.927.634) ile Nanomanufacturing programı tarafından desteklenmiştir. Davor Copic Michigan Üniversitesi'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.
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 |
Referencias
- 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).
