Fabricación, densificación, y la réplica de Moldeo por inyección de microestructuras 3D nanotubos de carbono

La introducción de nuevos materiales y procesos de microfabricación ha, en gran parte, permitió a muchos de los avances importantes en los microsistemas, los dispositivos lab-on-a-chip, y sus aplicaciones. En particular, las capacidades para que sea rentable la fabricación de microestructuras de polímeros fueron transformados por la llegada de la litografía blanda y otras técnicas micromoldeado ^{1, 2,} y esto condujo una revolución en las aplicaciones de la microfabricación para la ingeniería biomédica y la biología. Sin embargo, sigue siendo un reto para la fabricación de microestructuras bien definidas texturas de las superficies a escala nanométrica, y para la fabricación de formas arbitrarias en 3D en la micro-escala. Solidez de los moldes del amo y el mantenimiento de la integridad de la forma es especialmente importante para lograr la reproducción en alta fidelidad de estructuras complejas y preservar su textura de la superficie a nanoescala. La combinación de texturas y formas jerárquicas y heterogéneas, es un profundo desafío a los métodos de microfabricación existentes que LARGely se basan en el grabado de arriba hacia abajo el uso de plantillas fijas de la máscara. Por otro lado, la síntesis de abajo hacia arriba de nanoestructuras como los nanotubos y nanocables pueden ofrecer nuevas capacidades para la microfabricación, en particular mediante el aprovechamiento de la legítima defensa colectiva, la organización de nanoestructuras, y el control local de su comportamiento de crecimiento con respecto a los patrones de microfabricated .

Nuestro objetivo es introducir alineados verticalmente nanotubos de carbono (CNT), lo que nos referimos como la CNT "bosques", como material de microfabricación nuevo. Se presentan los detalles de un conjunto de métodos relacionados con el recientemente desarrollado por nuestro grupo: fabricación de microestructuras CNT forestales por CVD térmico de las películas de catalizador litográfico con diseños finos, auto-dirigido densificación elastocapillary de microestructuras CNT, y de moldeo réplica de polímero de microestructuras con moldes CNT compuestos maestros . En particular, nuestro trabajo muestra que la densificación capilar auto-dirigido ("la formación de capilares"), que es perforadarmó por condensación de un disolvente sobre el sustrato con microestructuras CNT, aumenta significativamente la densidad de empaquetamiento de CNT. Este proceso permite la transformación dirigida de microestructuras verticales CNT en formas rectas, inclinadas, y retorcido, que tienen fuertes propiedades mecánicas superiores a las de los polímeros de microfabricación típicos. A su vez, permite la formación de moldes maestros nanocompuestos CNT por el capilar impulsada por la infiltración de los polímeros. Las estructuras de réplica exhiben la textura anisotrópica nanoescala de los CNT alineados, y puede tener paredes con un espesor inferior a la micra y relaciones de aspecto superior a 50:1. Integración de las microestructuras de la CNT en la fabricación ofrece más oportunidades para explotar las propiedades eléctricas y térmicas de los nanotubos de carbono, y capacidades diversas para la industria química y la bioquímica funcionalización ^3.