إجراءات نقل أفلام البوليمر إلى ركائز مسامية مع عيوب أقل
Summary
نقدم إجراء لنقل عالية التحكم والخالية من التجاعيد من كتلة البوليمر رقيقة الأفلام على ركائز الدعم المسامية باستخدام غرفة استنزاف 3D المطبوعة. تصميم غرفة استنزاف هو ذات أهمية عامة لجميع الإجراءات التي تنطوي على نقل الأفلام الجزيئية الكبيرة على ركائز مسامية، والتي تتم عادة باليد بطريقة لا يمكن إنتاجها.
Abstract
تصنيع الأجهزة التي تحتوي على أغشية مركبة رقيقة الفيلم يتطلب نقل هذه الأفلام على أسطح ركائز الدعم التعسفي. يمكن أن يؤدي إنجاز عملية النقل هذه بطريقة عالية التحكم وميكانيكية وقابلة للتكرار إلى القضاء على إنشاء هياكل عيوب على نطاق كلي (مثل الدموع والشقوق والتجاعيد) داخل الفيلم الرقيق الذي يعرض أداء الجهاز للخطر والمنطقة القابلة للاستخدام لكل عينة. هنا، نحن نوصف بروتوكول عام لنقل عالية التحكم وميكانيكية من فيلم البوليمر رقيقة على الركيزة الدعم مسامية التعسفي للاستخدام في نهاية المطاف كجهاز غشاء ترشيح المياه. على وجه التحديد، ونحن تصنيع كتلة كوبوليمر (BCP) فيلم رقيقة على رأس الأضحية، والمياه القابلة للذوبان بولي (حمض الاكريليك) (PAA) طبقة والسيليكون رقاقة الركيزة. ثم نستخدم أداة نقل مصممة خصيصا، 3D المطبوعة ونظام غرفة استنزاف لإيداع، والإقلاع، ونقل BCP رقيقة الفيلم على مركز قرص دعم أكسيد الألومنيوم بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد (AAO) مسامية. يظهر أن ّ تُنقل الأغشية الرقيقة BCP على نحو ثابت في وسط سطح الدعم بسبب توجيه الغشاء الزني الذي يتكون بين الماء وغرفة تصريف البلاستيك المطبوعة ثلاثية الأبعاد. كما نقارن بين أفلامنا الرقيقة المجهزة بالآلات المحمولة بتلك التي تم نقلها يدويًا باستخدام ملاقط. الفحص البصري وتحليل الصور للأفلام الرقيقة المنقولة من العملية الآلية تؤكد أن القليل إلى لا يتم إنتاج أوجه عدم تجانس على نطاق واسع أو تشوهات بلاستيكية، بالمقارنة مع العديد من الدموع والتجاعيد المنتجة من دليل نقل باليد. تشير نتائجنا إلى أن الاستراتيجية المقترحة لنقل الأفلام الرقيقة يمكن أن تقلل من العيوب بالمقارنة مع الطرق الأخرى عبر العديد من الأنظمة والتطبيقات.
Introduction
وقد حصلت مؤخرا رقيقة وأجهزة نانوغشاء القائم على اهتمام واسع نظرا لاستخدامها المحتمل في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءا من الخلايا الضوئية المرنة والضوئية، ويعرض طوي، والالكترونيات يمكن ارتداؤها1، 2 , 3.شرط لتصنيع هذه الأنواع المختلفة من الأجهزة هو نقل الأفلام الرقيقة إلى أسطح ركائز تعسفية، والتي لا تزال صعبة بسبب هشاشة هذه الأفلام وكثرة إنتاج عيب على نطاق واسع الهياكل، مثل التجاعيد، والشقوق، والدموع، داخل الأفلام بعد نقل4،5،6،7. نقل يدوي باليد، ملاقط، والحلقات الأسلاك هي طرق شائعة لنقل الفيلم رقيقة، ولكن يؤدي حتمافي التناقضات الهيكلية وتشوه البلاستيك 8،9. تم استكشاف أنواع مختلفة من منهجيات نقل الأفلام الرقيقة مثل: 1) تحويل الطوابع من البوليديميثيل سيلوكسان (PDMS)، الذي ينطوي على استخدام ختم elastomeric للحصول على الفيلم الرقيق من الركيزة المانحة ثم نقلها إلى المتلقي الركيزة10، و 2) نقل طبقة التضحية11، والتي يتم استخدام etchant لحل انتقائي طبقة التضحية بين الركيزة الدعم ورقيقة الفيلم ، وبالتالي رفع قبالة الفيلم رقيقة. ومع ذلك، فإن هذه التقنيات وحدها لا تسمح بالضرورة لنقل الفيلم رقيقة دون تكبد الضرر أو تشكيل عيب داخل الأفلام رقيقة12.
هنا، نقدم طريقة سهلة جديدة، منخفضة التكلفة، وعامة على أساس طبقة التضحية الإقلاع ونقل موجهة بالسحايا داخل تصميم مخصص، 3D المطبوعة نظام غرفة استنزاف، لوضع ميكانيكيا كتلة copolymer (BCP) الأفلام رقيقة على مراكز الركيزة المسامية مثل أقراص أكسيد الألومنيوم بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد بأكسيد (AAO) مع هياكل عيوب على نطاق كبير قليلة إلى لا، مثل التجاعيد والدموع والشقوق. في السياق الحالي، يمكن بعد ذلك استخدام هذه الأفلام الرقيقة المنقولة كأجهزة في دراسات ترشيح المياه، وربما بعد عملية تركيب التسلل التسلسلي (SIS)9. تحليل صورة الأفلام المنقولة التي تم الحصول عليها من المجهر البصري تبين أن نظام غرفة التصريف الموجه من غضن المياه يوفر عينات سلسة وقوية وخالية من التجاعيد. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الصور تظهر أيضا قدرة النظام على وضع أغشية الفيلم رقيقة بشكل موثوق على مراكز ركائز المتلقي. نتائجنا لها آثار كبيرة على أي نوع من تطبيق الجهاز التي تتطلب نقل هياكل رقيقة على أسطح ركائز مسامية تعسفية.
Protocol
Representative Results
Discussion
في حين أن العديد من الخطوات المدرجة في هذا البروتوكول حاسمة لنجاح نقل الفيلم رقيقة، وطبيعة غرفة استنزاف المطبوعة 3D مصممة خصيصا يسمح لمرونة واسعة، وفقا لمتطلبات المستخدم محددة. على سبيل المثال، إذا كان الركيزة المتلقي ة قطر أكبر من 25 ملم قطر هات الأقراص المستخدمة في هذه الدراسة، يمكن تعدي?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم دعم هذا العمل كجزء من مركز المواد المتقدمة لأنظمة الطاقة والمياه (AMEWS)، وهو مركز أبحاث حدود الطاقة بتمويل من وزارة الطاقة الأميركية، ومكتب العلوم، وعلوم الطاقة الأساسية. ونحن نعترف بامتنان بالمناقشات المفيدة مع مارك ستوليكوفيتش وبول نيلي.
Materials
| 35% sodium polyacrylic acid solution | Sigma Aldrich | 9003-01-4 | |
| Amicon Stirred Cell model 8010 10mL | Millipore | 5121 | |
| Anodized aluminum oxide, 0.2u thickness, 25mm diameter | Sigma Aldrich | WHA68096022 | |
| o ring neoprene 117 | Grainger | 1BUV7 | |
| Objet500 Connex3 3D Printer | Stratasys | ||
| Onshape 3D software | onshape | ||
| Polylactic acid filament | Ultimaker | ||
| ultimaker3 3d filament printer | Ultimaker | ||
| Vero Family printable materials | Stratasys |
References
- Shah, A., Torres, P., Tscharner, R., Wyrsch, N., Keppner, H. Photovoltaic technology: the case for thin-film solar cells. Science. 285 (5428), 692-698 (1999).
- Kim, T. H., et al. Full-colour quantum dot displays fabricated by transfer printing. Nat. Photon. 5 (3), 176 (2011).
- Nomura, K., et al. Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors. Nature. 432 (7016), 488 (2004).
- Pirkle, A., et al. The effect of chemical residues on the physical and electrical properties of chemical vapor deposited graphene transferred to SiO2. Applied Physics Letters. 99 (12), 122108-122110 (2011).
- Chae, S. J., et al. Synthesis of large-area graphene layers on poly-nickel substrate by chemical vapor deposition: wrinkle formation. Advanced Materials. 21 (22), 2328-2333 (2009).
- Zhu, W., et al. Structure and electronic transport in graphene wrinkles. Nano Letters. 12 (7), 3431-3436 (2012).
- Paronyan, T. M., Pigos, E. M., Chen, G., Harutyunyan, A. R. Formation of ripples in graphene as a result of interfacial instabilities. ACS Nano. 5 (12), 9619-9627 (2011).
- Stadermann, M., et al. Fabrication of large-area free-standing ultrathin polymer films. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52832 (2015).
- Zhou, C., et al. Fabrication of Nanoporous Alumina Ultrafiltration Membrane with Tunable Pore Size Using Block Copolymer Templates. Advanced Functional Materials. 27 (34), 1701756 (2017).
- Meitl, M. A., et al. Transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp. Nature Materials. 5 (1), 33 (2006).
- Suk, J. W., et al. Transfer of CVD-grown monolayer graphene onto arbitrary substrates. ACS Nano. 5 (9), 6916-6924 (2011).
- Chen, Y., Gong, X. L., Gai, J. G. Progress and Challenges in Transfer of Large-Area Graphene Films. Advanced Science. 3 (8), 1500343 (2016).
