製造、ち密化、および3Dカーボンナノチューブの微細構造のレプリカ成形
Summary
我々は、垂直配向カーボンナノチューブ（CNT）、および組織ナノスケール表面のテクスチャを有するポリマーの微細構造の生産のためのマスター金型としての使用のパターン微細構造の作製のための方法を提示します。 CNT林は大幅に記録密度を増加させ、3次元形状の自己主導形成を可能にする基板上に溶媒の縮合により緻密化されています。
Abstract
微細加工への新しい材料とプロセスの導入は、大部分は、マイクロラボオンチップデバイス、およびそれらの用途で多くの重要な進歩を可能にしました。特に、ポリマーの微細構造の費用対効果の高い製造するための機能は、ソフトリソグラフィーと他のmicromolding技術1、2の出現により形質転換され、これは医用生体工学と生物学への微細加工のアプリケーションに革命を導いた。それにもかかわらず、明確に定義されたナノスケール表面のテクスチャーで微細構造を作製するために、マイクロスケールでの任意の3次元形状を作製するために依然として厳しい。マスター金型や形状の整合性の維持の堅牢性は、高忠実度の複雑な構造の複製とそのナノスケールの表面の質感を維持を達成するために特に重要です。階層的なテクスチャ、および異種の図形の組み合わせは、既存の微細加工方法に深遠な課題であるLARgely固定マスク·テンプレートを使用してトップダウンのエッチングに依存しています。一方で、カーボンナノチューブやナノワイヤなどのナノ構造のボトムアップ合成はナノ構造体の集団的自己組織化を利用することによって、特に、微細加工に新たな機能を提供することができ、微細パターンに対する彼らの成長挙動のローカル制御。
我々の目標は、我々は新しい微細加工材料として、CNT "森"と呼ぶ垂直配向カーボンナノチューブ（CNT）を、導入することである。 、CNTの微細構造の自己主導elastocapillary緻密化、およびCNTコンポジットマスターモールドを用いた高分子微細構造のレプリカ成形リソグラフィパターン化触媒薄膜の熱CVD法によるCNTフォレストの微細構造の作製：我々は最近、我々のグループによって開発された関連するメソッドのスイートの詳細を発表。特に、私たちの仕事はperfo、つまり自己主導キャピラリー緻密化を（ "を形成する毛細血管"）、を示していますCNTの微細構造を持つ基板上に溶媒の縮合によりrmed、大幅にCNTの充填密度を向上させます。このプロセスは、典型的な微細加工ポリマーのそれらを超えた強固な機械的特性を持って、まっすぐに傾斜し、ねじれた形状に垂直CNTの微細構造の指示変換することができます。順番にこれは、ポリマーのキャピラリー駆動型浸潤によるナノコンポジットCNTマスター金型の形成を可能にします。レプリカ構造が整列カーボンナノチューブの異方性ナノスケールのテクスチャを示し、サブミクロンの厚さと50:1を超えるアスペクト比の壁を持つことができます。製造におけるCNTの微細構造の統合は、化学および生化学的機能化3 CNTの電気的および熱的特性、多様な機能を活用するためにさらなる機会を提供しています。
Protocol
Discussion
CNT触媒基板のリソグラフィパターニングおよび準備は簡単で再現性であるが、一貫性のあるCNTの成長を達成することはCNTの森林の高さと密度は周囲の湿度と成長管の状態によって影響を受ける方法には十分注意して下さい。我々の経験では、1000μm以上のパターンは、2つの処理条件のわずかな変動に敏感である。さらに、パターンの再生の密度は成長密度と高さを8に影響…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立科学財団（CMMI-0927634）のナノマニュファクチャリングプログラムによってサポートされていました。 Davorコピックはミシガン大学ラッカムのメリット·フェローシップ·プログラムによって部分的にサポートされていました。 Sameh Tawfickはラッカム博士号を取得する前の仲間からの部分的な支援を認識しています。フランダース（FWO） – マイケル·デ·Volderは科学研究のためにベルギーの基金によってサポートされていました。微細加工は、国家ナノテクノロジー基盤ネットワークのメンバーであるルーリーナノファブリケーションファシリティ（LNF）で行われた、電子顕微鏡は、ミシガン電子マイクロビーム分析研究所（エマール）で行われた。
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
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