Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren

De introductie van nieuwe materialen en processen om microfabricage heeft, voor een groot deel, konden vele belangrijke ontwikkelingen in de microsystemen, lab-on-a-chip apparaten, en hun toepassingen. In het bijzonder werden de mogelijkheden voor kosteneffectieve fabricage van polymeer microstructuren veranderd door de komst van zachte lithografie en andere micromolding technieken ^{1, 2,} en dit leidde een revolutie in de toepassingen van microfabricage tot biomedische technologie en biologie. Niettemin blijft het een uitdaging om microstructuren te fabriceren met goed gedefinieerde nanoschaal oppervlaktestructuren, en om willekeurige 3D-vormen te fabriceren op micro-schaal. Robuustheid van master mallen en het onderhoud van de vorm van integriteit is vooral belangrijk om high fidelity replicatie van complexe structuren en het behoud van hun nanoschaal oppervlaktestructuur. De combinatie van hiërarchische structuren, en heterogene vormen, is een grote uitdaging om bestaande microfabricage methoden die larGely vertrouwen op top-down etsen met behulp van vaste masker sjablonen. Aan de andere kant kan de bottom-up synthese van nanostructuren, zoals nanobuisjes en nanodraden bieden nieuwe mogelijkheden om microfabricage, in het bijzonder door gebruik te maken van het collectieve zelf-organisatie van nanostructuren, en de plaatselijke controle van hun groei gedrag met betrekking tot microfabricated patronen .

Ons doel is het introduceren van verticaal uitgelijnde koolstof nanobuisjes (CNTs), die we naar verwijzen als CNT "bossen", als een nieuwe microfabricage materiaal. We presenteren details van een reeks van verwante methoden die werd ontwikkeld door onze groep: de fabricage van de CNT bos microstructuren door thermische CVD van lithografische patronen katalysator dunne films; zelfgestuurd elastocapillary verdichting van de CNT microstructuren, en replica gieten van polymeer microstructuren met behulp van CNT composiet master-mallen . In het bijzonder ons werk blijkt dat zelfsturend capillaire verdichten ("capillair vormen"), die performed door condensatie van een oplosmiddel op het substraat met CNT microstructuren, verhoogt de dichtheid van CNTs. Dit proces maakt gerichte transformatie van de verticale CNT microstructuren in rechte, schuine en gedraaide vormen, die robuuste mechanische eigenschappen dan die van typische microfabricage polymeren hebben. Dit maakt het mogelijk de vorming van nanocomposiet CNT meester mallen door capillaire-driven infiltratie van polymeren. De replica structuren vertonen de anisotrope nanoschaal textuur van de aangepaste CNTs, en kan muren met sub-micron dikte en de aspect ratio van meer dan 50:1. Integratie van CNT microstructuren in de fabricage biedt verder mogelijkheid om de elektrische en thermische eigenschappen van CNTs, en diverse mogelijkheden voor chemische en biochemische functionalisering ³ te exploiteren.