Summary

Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

Published: July 02, 2012
doi:

Summary

Presentiamo metodi per la fabbricazione di microstrutture fantasia dei nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT) e loro impiego come stampi master per la produzione di microstrutture polimero con struttura superficiale organizzata nanoscala. Le foreste sono CNT densificato dalla condensazione del solvente sul substrato, che aumenta notevolmente la loro densità e permette di auto-formazione di forme 3D.

Abstract

L'introduzione di nuovi materiali e processi di microfabbricazione è, in gran parte, ha consentito molti progressi importanti in microsistemi, lab-on-a-chip di dispositivi, e le loro applicazioni. In particolare, le capacità di costo-efficacia fabbricazione di microstrutture polimeriche sono stati trasformati con l'avvento della litografia morbida e tecniche micromolding altri 1, 2, e questo ha portato una rivoluzione nelle applicazioni di microfabbricazione di ingegneria biomedica e biologia. Tuttavia, resta una sfida per fabbricare microstrutture con ben definiti texture di superficie su scala nanometrica, e per fabbricare arbitrarie forme 3D alla micro-scala. Robustezza di stampi master e il mantenimento dell'integrità della forma è particolarmente importante per ottenere la replicazione ad alta fedeltà di strutture complesse e preservare la loro consistenza superficiale su scala nanometrica. La combinazione di strutture gerarchiche e forme eterogenee, è una grande sfida ai metodi di microfabbricazione esistenti che largely contare su top-down incisione maschera utilizzando i modelli fissi. D'altra parte, dal basso sintesi di nanostrutture, quali nanotubi e nanofili possono offrire nuove capacità di microfabbricazione, in particolare sfruttando la collettiva autorganizzazione di nanostrutture, e il controllo locale del loro comportamento di crescita rispetto a differenti microfabbricati .

Il nostro obiettivo è quello di introdurre i nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT), che si riferiscono a come CNT "foreste", come materiale di microfabbricazione nuovo. Vi presentiamo i dettagli di una serie di metodi correlati recentemente sviluppate dal nostro gruppo: fabbricazione di microstrutture CNT forestali da CVD termica da film di catalizzatore lithographically fantasia sottili; auto-diretto densificazione elastocapillary di microstrutture CNT, e stampaggio replica di polimero microstrutture con stampi padrone compositi CNT . In particolare, il nostro lavoro mostra che l'auto-diretto densificazione capillare ("capillare formazione"), che è performed per condensazione di un solvente sul substrato con microstrutture CNT, aumenta significativamente la densità di impaccamento di CNT. Questo processo consente la trasformazione diretta di verticale microstrutture CNT in forme diritte, inclinate, e contorto, che hanno robusti proprietà meccaniche superiori a quelle dei polimeri di microfabbricazione tipici. Questa svolta in consente la formazione di muffe maestri nanocompositi CNT-driven dal capillare infiltrazione di polimeri. Le strutture replica mostrano la struttura anisotropa nanoscala dei CNT allineati, e può avere pareti con sub-micron di spessore e proporzioni superiori a 50:1. Integrazione di microstrutture CNT nella fabbricazione offre un'ulteriore opportunità di sfruttare le proprietà elettriche e termiche di nanotubi di carbonio e capacità diverse per l'industria chimica e funzionalizzazione biochimica 3.

Protocol

1. Catalyst Patterning Acquisire una (100) wafer di silicio con uno strato di diossido di silicio spesso 3000A, con almeno un lato lucido. In alternativa, si può acquistare un wafer di silicio nudo e crescere 3000A diossido di silicio sul wafer. Tutte le lavorazioni descritto di seguito viene eseguita sul lato lucido del wafer. Spincoat uno strato di HMDS a 500rpm per 4s, poi a 3000rpm per 30s. HMDS favorisce l'adesione tra il wafer ed il fotoresist. Spincoat uno strato di SPR-220-3 a…

Discussion

Patterning litografica e preparazione del catalizzatore CNT substrati è semplice e ripetibile, tuttavia, il raggiungimento di crescita sostenuto CNT richiede attenzione a come l'altezza e la densità delle foreste CNT sono influenzati dall'umidità ambientale e la condizione del tubo crescita. Nella nostra esperienza, i modelli di dimensioni superiori a 1.000 micron 2 sono meno sensibili alle piccole fluttuazioni delle condizioni di trasformazione. Inoltre, la densità dei giochi modelli influenza la…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questa ricerca è stata sostenuta dal programma nanofabbricazione della National Science Foundation (CMMI-0927634). Davor Copic è stata sostenuta in parte dal programma di Fellowship Merit Rackham presso l'Università del Michigan. Sameh Tawfick riconosce il sostegno parziale dalla Compagnia Rackham Predoctoral. Michael De Volder è stato sostenuto dal Fondo belga per la Ricerca Scientifica – Fiandre (FWO). Microfabbricazione è stata eseguita presso l'impianto di Nanofabrication Lurie (LNF), che è membro della rete Nanotechnology National Infrastructure, e la microscopia elettronica è stata eseguita presso la Michigan Electron Microbeam Analysis Laboratory (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  

References

  1. Xia, Y. N., Whitesides, G. M. Soft lithography. Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).
  2. Xia, Y. Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing. Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).
  3. Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. Chemistry of Carbon Nanotubes. Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).
  4. De Volder, M. Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes. Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).
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Cite This Article
Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M., Hart, A. J. Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures. J. Vis. Exp. (65), e3980, doi:10.3791/3980 (2012).

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