تلفيق، التكثيف، وطبق الأصل من صب 3D المجهرية الأنابيب الجزيئية الكربونية
Summary
نقدم أساليب لتصنيع المجهرية منقوشة من أنابيب الكربون النانوية الانحياز عموديا (تشارك المركز الوطني)، واستخدامها على النحو قوالب رئيسية لانتاج المجهرية البوليمر مع المنظمة نسيج السطح النانو. وdensified الغابات المركز الوطني للاستشعار عن طريق التكثيف من المذيب على الركيزة، مما يزيد بشكل كبير من كثافة التعبئة والتغليف وتمكن ذاتيين تشكيل الأشكال 3D.
Abstract
إدخال مواد وعمليات جديدة لmicrofabrication و، في جزء كبير منه، مكنت التطورات كثيرة ومهمة في مايكروسيستمز، وأجهزة المختبر على واحد في رقاقة، وتطبيقاتها. على وجه الخصوص، تم تحويل القدرات من أجل فعالية من حيث التكلفة تصنيع المجهرية البوليمر من قبل ظهور الطباعة الحجرية الناعمة وتقنيات أخرى micromolding 1، 2، وهذا أدى إلى ثورة في تطبيقات microfabrication إلى الهندسة الطبية الحيوية وعلم الأحياء. ومع ذلك، فإنه لا يزال يشكل تحديا لافتعال المجهرية مع محددة جيدا القوام سطح النانومترية الحجم، والى افتعال اشكال 3D التعسفي على النطاق الصغير. متانة القوالب الرئيسية والحفاظ على سلامة شكل مهم بشكل خاص لتحقيق عالية الدقة من تكرار الهياكل المعقدة والحفاظ على نسيج من سطح النانو. مزيج من القوام الهرمي، والأشكال غير متجانسة، يمثل تحديا ضخما لأساليب microfabrication القائمة التي لارالاعتماد على gely من أعلى إلى أسفل الحفر باستخدام قوالب قناع ثابت. من ناحية أخرى، يمكن توليف من أسفل إلى أعلى من النانو مثل الأنابيب النانوية والأسلاك النانوية تقدم قدرات جديدة لmicrofabrication، ولا سيما من خلال الاستفادة من التنظيم الذاتي الجماعي النانو، والسيطرة المحلية على سلوك نموها فيما يتعلق بأنماط microfabricated .
هدفنا هو أن نقدم أنابيب الكربون النانوية الانحياز عموديا (تشارك المركز الوطني)، والتي نشير إليها باسم "الغابات" المركز الوطني للاستشعار، كمادة microfabrication جديد. نقدم تفاصيل عن مجموعة من الطرق ذات الصلة وضعت مؤخرا من قبل مجموعة لدينا: تلفيق المجهرية الغابات المركز الوطني للاستشعار عن الأمراض القلبية الوعائية الحرارية من الأفلام حافزا منقوشة lithographically رقيقة؛ الذاتي الموجهة التكثيف elastocapillary المجهرية من المركز الوطني للاستشعار، وصب طبق الأصل من البوليمر المجهرية باستخدام قوالب المركز الوطني للاستشعار سيد مركب . على وجه الخصوص، عملنا يدل على ان تكثيف التوجيه الذاتي الشعرية ("تشكيل الشعرية")، والذي هو performed بواسطة التكثيف من مذيب على الركيزة مع المركز الوطني للاستشعار المجهرية، ويزيد بشكل كبير من كثافة التعبئة والتغليف من تشارك المركز الوطني. هذه العملية يمكن تحويل موجهة من المركز الوطني للاستشعار المجهرية عمودي في الأشكال على التوالي، وميلا، والملتوية، والتي لها خصائص ميكانيكية قوية تتجاوز تلك التي من البوليمرات microfabrication نموذجي. وهذا بدوره يتيح تشكيل قوالب بمركب متناهي في الصغر من قبل المركز الوطني للاستشعار سيد الشعرية يحركها تسلل من البوليمرات. الهياكل طبق الاصل يحمل نسيج متباين الخواص النانو لتشارك المركز الوطني الانحياز، ويمكن أن يكون مع الجدران الفرعية ميكرون سمك ونسب تتجاوز 50:1. التكامل من المركز الوطني للاستشعار المجهرية في تلفيق يتيح فرصا أكبر للاستفادة من الخصائص الكهربائية والحرارية من تشارك المركز الوطني، وقدرات متنوعة للصناعات الكيماوية وfunctionalization البيوكيميائية 3.
Protocol
Discussion
الزخرفة الحجرية والتحضير للركائز حافزا المركز الوطني للاستشعار واضحة وقابلة للتكرار، ومع ذلك، وتحقيق نمو متسق المركز الوطني للاستشعار يتطلب اهتماما دقيقا لكيفية تأثر ارتفاع وكثافة الغابات من قبل المركز الوطني للاستشعار نسبة الرطوبة المحيطة وحالة نمو الأنبوب. في ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا البحث من قبل برنامج Nanomanufacturing من المؤسسة الوطنية للعلوم (CMMI-0927634). وأيد دافور Copic في جزء من برنامج زمالة راكهام الاستحقاق في جامعة ميشيغان. سامح توفيق يقر دعم جزئي من زمالة راكهام Predoctoral. وقد أيد مايكل دي Volder من الصندوق البلجيكي للأبحاث العلمية – فلاندرز (FWO). تم تنفيذ Microfabrication في مرفق Nanofabrication لوري (LNF)، الذي هو عضو في شبكة تقنية النانو البنية التحتية الوطنية، وأنجز المجهر الإلكتروني في الكترون ميشيغان مختبر التحليل Microbeam (إيمال).
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
- 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).
