Summary
길고 중공 유리질 탄소 미세 섬유는 천연물 인 인간의 머리카락을 열분해하여 제조되었습니다. 탄소 미세 전자 기계 및 탄소 나노 전자 기계 시스템, 또는 C-MEMS 및 C-NEMS의 두 제조 단계는 (i) 탄소가 풍부한 중합체 전구체의 포토 리소그래피 및 (ii) 패턴 화 된 중합체 전구체의 열분해이다.
Abstract
다양한 종류의 탄소 소스가 다양한 마이크로 / 나노 구조 구성으로 자연적으로 이용 가능합니다. 여기에 인간의 머리카락에서 유래 된 길고 중공 유리질 탄소 미세 섬유를 제조하는 새로운 기술이 도입되었습니다. 길고 중공 탄소 구조는 N 2 대기에서 900 ° C에서 인간의 머리카락을 열분해하여 만들었습니다. 자연 및 열분해 된 모발의 형태 및 화학적 조성을 열분해로 인한 물리적 및 화학적 변화를 평가하기 위해 각각 전자 현미경 (SEM) 및 전자 분산 X 선 분광법 (EDX)을 사용하여 조사했습니다. 라만 분광법을 사용하여 탄소 미세 구조의 유리질을 확인했습니다. 열처리 된 모발 탄소가 스크린 인쇄 된 탄소 전극을 개조하기 위해 도입되었다; 변형 된 전극을 도파민과 아스코르브 산의 전기 화학적 감지에 적용 하였다. unmodi에 비해 수정 된 센서의 감지 성능이 향상되었습니다.fied 센서. 원하는 탄소 구조 디자인을 얻기 위해 탄소 마이크로 / 나노 전자 기계 시스템 (C-MEMS / C-NEMS) 기술이 개발되었습니다. 가장 일반적인 C-MEMS / C-NEMS 제조 공정은 (i) 포토 리소그래피를 사용하여 감광성 폴리머와 같은 탄소가 풍부한 기본 재료의 패터닝; 및 (ii) 산소가없는 환경에서 패턴 화 된 중합체의 열분해를 통한 탄화. C-MEMS / NEMS 공정은 마이크로 배터리, 수퍼 커패시터, 포도당 센서, 가스 센서, 연료 전지 및 마찰 대전 형 나노 발전기를 비롯한 다양한 분야의 마이크로 전자 장치를 개발하는 데 널리 사용되고 있습니다. SU8 포토 레지스트를 사용한 고 종횡비 솔리드 및 중공 탄소 미세 구조의 최근 개발이 논의됩니다. 공 초점 현미경 및 SEM을 이용하여 열분해 동안 구조적 수축을 조사 하였다. 라만 분광기를 사용하여 구조의 결정 성을 확인하였고, 원소의 원자 백분율열분포 전후의 물질의 nt는 EDX를 사용하여 측정 하였다.
Introduction
카본 나노 튜브 (CNTs), 흑연, 다이아몬드, 비정질 탄소, 론 스달 라이트, 벅 민스터 풀러렌 (C60), 풀러 라이트 (C540), 풀러린 ( C 70 ) 및 유리질 탄소 1 , 2 , 3 , 4를 포함 한다. 유리 탄소는 높은 등방성을 포함하여 물리적 특성 때문에 가장 널리 사용되는 동소체 중 하나입니다. 또한 우수한 전기 전도성, 낮은 열팽창 계수 및 가스 불 투과성과 같은 특성을 가지고 있습니다.
탄소 구조를 얻기 위해 탄소가 풍부한 전구 물질에 대한 지속적인 연구가있었습니다. 이러한 전구 물질은 인조물 또는 특정 형태의 천연 제품 일 수 있으며 심지어는 폐기물을 포함 할 수도 있습니다. 다양한 micr o / 나노 구조는 자연적으로 생물학적 또는 환경 적 과정을 통해 형성되어 기존의 제조 도구를 사용하여 생성하기가 매우 어려운 고유 한 특징을 가져옵니다. 이 경우 자연적으로 패터닝이 진행됨에 따라 자연 및 폐 탄화 수소 전구 물질을 사용하는 나노 물질의 합성은 열분해 5 라 불리는 불활성 또는 진공 분위기에서 열분해가 용이 한 1 단계 공정을 사용하여 수행 될 수 있습니다. 식물성 유래 전구 물질 및 폐기물 (열매 유, 참깨 유 등의 씨앗, 섬유 및 오일을 포함)의 열분해 또는 열분해를 통해 고품질의 그래 핀, 단일 벽 CNT, 다중 벽 CNT 및 탄소 도트가 생성되었습니다 , neem 오일 ( Azadirachta indica ), 유칼립투스 오일, 야자 기름, 자트로파 오일. 또한 장뇌 제품, 녹차 추출물, 폐기물, 곤충, 농산물 폐기물, 식품 등은 6 , 7 ,최근 연구자들은 다공성 탄소 마이크로 섬유 10 을 제조하기위한 전구 물질로 실크 누에 고치를 사용하기 까지 했습니다. 일반적으로 폐기물로 간주되는 사람의 머리카락이 최근이 팀에서 사용되었습니다. 그것은 약 50 %의 탄소를 포함하는 약 91 %의 폴리 펩타이드로 이루어져 있습니다. 나머지는 산소, 수소, 질소 및 황과 같은 원소이다. 머리카락에는 또한 매우 느린 분해, 높은 인장 강도, 높은 단열 및 높은 탄성 회복과 같은 여러 가지 흥미로운 특성이 있습니다. 최근 수퍼 커패시터 12에 사용되는 탄소 플레이크를 제조하고 전기 화학적 감지를위한 중공 탄소 마이크로 섬유를 만드는 데 사용되어왔다.
소재가 매우 부서지기 때문에 3 차원 (3D) 구조물을 제조하기 위해 벌크 탄소 소재를 가공하는 것은 어려운 작업입니다. 집중 이온 수am14 , 15 또는 반응성 이온 에칭 ( 16 )이이 문맥에서 유용 할 수 있지만, 이들은 고가이며 시간 소모적 인 공정이다. 패턴 화 된 폴리머 구조의 열분해를 기반으로하는 탄소 미세 전자 기계 시스템 (C-MEMS) 기술은 다양한 대안을 제시합니다. 지난 20 년 간, C-MEMS와 탄소 나노 전자 기계 시스템 (C-NEMS)은 간단하고 저렴한 제작 단계로 인해 많은 주목을 받았다. 종래의 C-MEMS 제조 공정은 (i) 포토 리소그래피로 폴리머 전구체 ( 예 : 포토 레지스트)를 패터닝하고 , 패터닝 된 구조물을 열분해하는 2 단계로 수행된다. SU8 포토 레지스트와 같은 자외선 (UV) 경화 가능한 고분자 전구체는 종종 포토 리소그래피를 기반으로 한 구조물을 패턴 화하는 데 사용됩니다. 일반적으로, 포토 리소그래피 공정은 스핀 코팅, 소프트 베이크, UV 노출, 포스트 베이크 및 디브입양. C-MEMS의 경우; 규소; 이산화 규소; 실리콘 질화물; 석영; 최근에는 사파이어가 기판으로 사용되었습니다. 사진 패턴 화 된 폴리머 구조는 산소가없는 환경에서 고온 (800-1,100 ° C)에서 탄화됩니다. 진공 또는 불활성 분위기에서 승온 된 온도에서, 비 탄소 원소는 모두 제거되어 탄소 만 남는다. 이 기술은 전기 화학적 센싱 ( 17) , 에너지 저장 ( 18) , 마찰 대전 나노 발전 ( 19 ), 동 전기 입자 조작 (20) 을 포함한 많은 응용 분야에 매우 유용한 고품질의 유리 카본 구조를 가능하게합니다 . C-MEMS를 이용한 높은 종횡비 (aspect ratio)는 상대적으로 용이 해졌으며 다양한 종류의 탄소 전극 응용 분야 ( 18 , 21 , 22 , 23 , 종종 귀금속 전극을 대체합니다.
이 연구에서는 비 전통적인 C-MEMS 기술을 사용하여 인간의 모발에서 중공 탄소 마이크로 섬유를 제조하는 간단하고 비용 효율적인 방법의 최근 개발이 소개되었다. 기존의 SU8 폴리머 기반 C-MEMS 공정에 대해서도 설명합니다. 특히, 고 종횡비 고형물 및 중공 SU8 구조에 대한 제작 절차가 설명되어 있습니다.
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Protocol
1. 3D 인간의 머리카락에서 파생 된 탄소 구조 제조
참고 : 개인 보호 장비를 사용하십시오. 실험실 지침에 따라 장비를 사용하고 실험실 내부에서 작업하십시오.
- 모아진 사람의 모발을 DI 수로 씻고 N 2 가스로 건조 시켜서 준비하십시오.
- 평행 한 가닥, 십자가, 두 개의 머리카락이 함께 감겨져있는 것처럼 머리카락을 원하는대로 배열하십시오 .
- SU8을 사용하여 실리콘 기판에 털을 붙이거나 세라믹 보트에 직접 보관하십시오.
- 모발 부착 실리콘 기판 또는 보트를 퍼니스에 놓습니다.
- 퍼니스를 켜고 불활성 가스 (N 2 ) 탱크의 밸브를여십시오.
참고 : 최적의 가스 유량은 퍼니스 튜브의 부피에 따라 다릅니다. 6 L / 분 유속이 6 L의 튜브 체적에 적용되었다. 노 튜브에서 완전히 불활성 인 환경을 조성하기 위해, 최적 가스 f의 1.5 배인 가스 유속낮은 비율은 처음 15 분 동안 적용되었다. - 최대 열분해 온도, 온도 상승 속도 및 불활성 가스 유속을 포함한 매개 변수를 설정하고 퍼니스를 실행하십시오.
- 예를 들어 실온에서 300 ° C까지 5 ° C / 분의 상승 속도로 온도를 높이십시오. 안정화를 위해 300 ° C에서 1 시간 동안 유지하십시오. 900 ° C로 온도를 높이고 탄화를 위해 1 시간 이상 유지하십시오.
- 30 ° C / min의 속도로 용광로를 300 ° C까지 냉각시키고 가열로의 히터를 끄십시오. 300 ° C 후에 제어 된 냉각이 필요하지 않습니다. N 2 흐름에 의해서만 온도가 실온에 도달 할 때까지 시료를 노에 남겨 둡니다.
- 열분해 공정 완료시 노 및 가스 흐름을 차단하십시오.
- 시료를 노에서 꺼내십시오.
2. 3D Polymer Structure Fabrication : 포토 리소그래피
- 데스적합한 소프트웨어 패키지를 사용하여 원하는 3D 포토 레지스트 구조의 2D 레이아웃을 무시하고 인쇄 된 마스크 ( 즉, 폴리에틸렌 포토 마스크 마스크)를 준비하십시오.
참고 : 상용 서비스를 사용하여 디자인을 인쇄했습니다. 일반적으로 마스크의 크기는 디자인에 따라 다릅니다. - 깨끗한 실험실 시설에서 두 개의 핫 플레이트를 켜고 온도를 각각 65 ° C와 95 ° C로 설정하십시오.
- 스핀 코터 및 진공 펌프를 켜십시오. 진공 펌프가 튜브를 통해 스피너 헤드에 연결되어 있는지 확인하십시오.
- 회전 속도, 램프 및 지속 시간과 같은 2 단계 스핀의 매개 변수를 설정하십시오. 첫 번째 단계는 스핀 사이클을 시작하기 위해 회전 속도를 500 rpm으로, 램프를 100 rpm / s로, 회전 시간을 10 초로 설정합니다. 다음 단계를 위해 회전 속도를 1,000 rpm으로, 램프를 100 rpm / s로 설정하고 스핀 시간을 30 초로 설정하여 포토 레지스트를 고르게 펼칩니다.
- 기판 ( 즉, 4 인치 x 4 인치 및 5501, m ± 25 μm 두께의 Si 웨이퍼, 1 μm 두께의 SiO 2 층)를 홀더의 중심에 배치합니다.
- 감광성 폴리머 (즉, SU8 감광제)를 기판 중앙에 직접 증착하십시오. 표면을 덮을만큼 충분히 사용하십시오.
- 기판을 잡으려면 "진공"버튼을 누르십시오.
- SU8로 기판을 코팅하고 250 μm의 최종 두께를 얻기 위해 "실행"버튼을 누릅니다.
- 회전 과정이 끝나면 "진공"버튼을 다시 눌러 코팅 된 기판을 홀더에서 분리하십시오.
- 표면을 매끄럽고 깨끗하게 유지하기 위해 핀셋을 사용하여 코팅 된 기판을 조심스럽게 잡으십시오. 65 분간 핫 플레이트에 직접 기판을 옮기고 6 분 동안 핫 플레이트에 올려 놓고 95 분 동안 핫 플레이트에 올려 놓고 40 분 동안 가열합니다 (소프트 베이크).
참고 : 65 ° C에서 베이킹하면 용매의 증발이 느려지므로 코팅이 잘되고 접착력이 좋아집니다.95 ° C에서 굽는 동안 SU8을 더 조밀하게한다. - 그 동안 스위치를 눌러 UV- 노출 시스템을 켜고 시스템의 설정 버튼을 사용하여 노출 시간을 "12 초"로 설정하십시오.
참고 : 250 μm 두께의 SU8 레이어의 경우 노출 에너지는 360 mJ / cm 2 여야합니다. - 베이킹 단계 (2.10 단계)가 완료되면 기판을 자외선 노광 시스템에 넣고 포토 마스크의 인쇄 된면을 (단계 2.1에서) 그 위에 놓습니다. 전체 마스크 영역을 사용하여 코팅 된 기판을 덮고 가볍게 눌러 마스크와 기판 사이에 틈이 없는지 확인하십시오.
- 사전 정의 된 UV 설정을 사용하여 포토 마스크를 통해 SU8 코팅 된 기판을 UV 방사선에 노출 시키십시오.
- 다시 핫 플레이트에 65 ° C에서 5 분간, 95 ° C에서 14 분간 PEB (post-exposure bake)로 직접 놓아 기판을 가열합니다.
참고 : PEB는 UV 노출 영역에서 가교 결합의 정도를 증가시키고현상 단계에서 용매에 대한 내성이보다 높습니다. - 비커에 넣은 전용 현상액에 기판을 20 분 동안 침지시켜 노출되지 않은 포토 레지스트 영역을 제거합니다. 노출되지 않은 레지스트 영역을 완전히 제거하려면 용액을 계속 조심스럽게 흔들어주십시오 (주의 깊게).
- 기판을 잡고 질소 또는 압축 공기를 불어 넣어 현상 된 구조물을 건조시킵니다.
- 50X 배율의 현미경으로 웨이퍼를 검사하여 포토 레지스트로 전달 된 패턴과 원하는 패턴을 비교합니다.
3. 3D 탄소 구조 제조 : 열분해
- 가압식 개방형 튜브 퍼니스 안에 포토 리소그래피 (2.1-2.17 단계)를 사용하여 준비한 샘플을 놓습니다.
- 가열로를 켜고 위에서 설명한 1 단계에서 열분해를위한 매개 변수를 설정합니다. 1.6-1.8 단계를 반복합니다.
- 핀셋을 사용하여 시료를 조심스럽게 다루고 characteriz로 진행하십시오.ation.
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Representative Results
인간 모발 중공 탄소 미세 섬유의 제조 공정을 도식 1 에 나타내었다. 탄화 된 사람의 머리카락은 수축을 추정하기 위해 SEM을 사용하여 특성화했다. 모발 직경은 열분해로 인해 82.88 ± 0.003 μm에서 31.42 ± 0.003 μm로 수축되었다. 모발 유도 탄소 미세 섬유를 사용하여 만들어진 다양한 패턴의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지가 그림 2 에 나와 있습니다. 열분포 전후의 모발에 존재하는 원소의 원자 백분율을 표 1 에 나타내었다 . 이 연구에 사용 된 인간의 머리카락은 (원자 퍼센트) 66.57 %의 탄소, 16.19 %의 산소, 7.94 %의 질소, 9.14 %의 황, 그리고 칼슘과 같은 미네랄의 작은 비율이었습니다. 탄소 및 산소의 원자 퍼센트는 열분해 후에 각각 80.84 % 및 14.83 % 인 것으로 밝혀졌다. 모발 b의 라만 분광 분석도 3 에 도시 된 바와 같이 열분해 이전 및 이후도 수행되었다. 열분해 후에 머리카락에 대해 D 밴드와 G 밴드에 해당하는 두 개의 넓은 피크가 발견되었습니다. 모발 유래 탄소 섬유에서의 D- 밴드의 강도 대 G- 밴드의 강도의 비는 0.99로 계산되었는데, 이는 모발 유래 섬유가 대부분 유리질 탄소임을 나타내는 것이다.
전기 화학적 센서를 사용하여 모발에서 추출한 탄소 섬유를 도파민과 아스 코르 빈산을 검출하기 위해 사용했습니다. 스크린 인쇄 된 탄소 전극은 모발로부터 유도 된 탄소 섬유로 변형되어 센서의 작용 전극으로 사용되었다. 전기 화학적 감지를위한 탄소 전극의 개략도가 도 4a 에 도시되어 있다 . pH 7.4의 0.1M 인산염 완충 용액에서 100μM 도파민 및 100μM 아스 코르 빈산의 순환 전압 전류 그래프가 도 4b 및 도 5c에 도시되어 있다.천천히. 노출 된 탄소 전극, 모발 유도 탄소로 변형 된 탄소 전극 및 CNT로 변형 된 탄소 전극을 센서의 작동 전극으로 사용하여 도파민 및 아스 코르 빈산을 검출하는 성능을 비교 하였다. 도파민의 산화 피크는 노출 된 탄소 전극의 경우 333mV, 모발 유도 탄소 섬유로 수정 된 탄소 전극의 경우 266mV, CNT로 수정 된 전극의 경우 96mV에서 측정되었습니다. 아스코르브 산의 산화 피크는 각각 414 mV, 455 mV 및 297 mV에서 관찰되었다.
종래의 C-MEMS 공정, 중합체 전구체의 포토 리소 그래픽 패터닝 및 후속 열분해의 개략도가 도 5 에 도시되어 있다 . 이러한 제조 된 구조는 공 초점 현미경 및 SEM을 사용하여 열분해로 인한 수축을 추정하여 특성화 하였다. 5 개의 원통형 구조이 연구를 위해 동일한 높이 (250 μm)와 외경 (150 μm)을 갖지만 다양한 내경 ( 즉, 0 (solid), 30, 50, 75 및 100 μm (hollow))이 제작되었습니다. 열분해에 의한 원통형 구조물의 기하학적 변화를 측정 하였다. 수축률은 내경 및 외경 구조에 따라 다릅니다. 내경이 0 ㎛ (고체 미세 구조) 인 경우, 외경은 약 35 % 줄어 들었다. 내경이 30, 50, 75 μm 일 때 외경과 내경은 각각 약 42 %와 30-35 % 줄어 들었습니다. 100μm 내부 직경의 경우, 내부 직경은 수축보다는 12 % 확장되었고, 외부 직경은 15 % 만 줄어 들었습니다. 그림 6 에는 원래 내부 직경이 30, 40 및 75 μm 인 중실 및 중공 탄소 미세 구조물의 SEM 이미지가 표시되어 있습니다. pyrol 전후의 hollow microstructures의 3D 광학 이미지ysis 도 그림 7 에 나와 있습니다. 모든 미세 구조는 공 초점 현미경 이미지에 따라 높이가 거의 30 % (250 ~ 175 μm) 줄어 들었습니다.
그림 1 : 인간 모발 중공 탄소 미세 섬유 제조 공정의 개략도. 참고 문헌 13의 허락을 받아 재생산 함. Copyright © 2006, Elsevier Ltd. 이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2 : 헤어 파생 탄소 미세 섬유의 다른 패턴의 SEM 이미지. ( a 와 b ) 정렬 된 straight 탄소 마이크로 섬유. 스케일 바 = 50 μm. ( c 및 d ) 코일 형 탄소 초극세 섬유. 스케일 바 = 20 및 100 μm. ( e 와 f ) 깨진 중공 탄소 초극세 섬유 . 참고 문헌 13의 허락을 받아 재생산 함. Copyright © 2006, Elsevier Ltd. 이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 : 열분해 전후의 인간 모발의 라만 스펙트럼. 참고 문헌 13의 허락을 받아 재생산 함. Copyright © 2006, Elsevier Ltd. 이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도표 4 : 도파민과 Ascorbic 산의 전기 화학 감지. ( a ) 전기 화학적 감지를위한 탄소 전극의 개략도. ( b ) 100μM 도파민 및 ( c ) 100μM 아스코르브 산의 순환 전압 전류 그래프. 참고 문헌 13의 허락을 받아 재생산 함. Copyright © 2006, Elsevier Ltd. 이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5 : 포토 리소그래피와 열분해에 기반한 기존 C-MEMS 공정의 개략도. ( a ) 스핀 코( b ) UV- 노광, ( c ) 현상 및 ( d ) 열분해 중 하나 이상을 포함 할 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6 : 기존의 C-MEMS 공정으로 제조 된 탄소 미세 구조물의 전자 현미경 이미지 스캐닝 ( a ) 고체 및 ( b ) 다양한 내경을 갖는 중공 구조물. 스케일 바 = 500 μm. 열분포 전의 내경이 ( d )가 30, ( e )가 50, ( f )가 75μm 인 중공 구조 및 중공 구조의 (c) 이미지의 확대. 스케일 바 = 50 μm. 참고 문헌 24의 허락을 받아 재생산 함. 저작권 2016, The Electrochemical Society 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7 : 중공 미세 구조물의 3D 광학 이미지. ( a ) 열분해 후 ( b ). 참조 24의 허락을 받아 재생산 함. 저작권 2016, 전기 화학 학회. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 요소 | 열분해 전 | 열분해 후 | 원자 % | 원자 % |
| 탄소 | 66.57 | 80.84 |
| 산소 | 16.19 | 14.83 |
| 질소 | 7.94 | 0 |
| 황 | 9.14 | 0.21 |
| 칼슘 | 0.16 | 0.21 |
| 나트륨 | 0 | 0.22 |
| 규소 | 1.82 | 3.69 |
표 1 : 열분해 전후에 인간의 모발을 EDX로 분석 한 화학 조성. 참고 문헌 13의 허락을 받아 재생산 함. Copyright 2016, Elsevier Ltd.
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Discussion
이 논문에서는 천연 전구체 물질 또는 광 패턴 화 된 폴리머 구조의 열분해에 기반한 다양한 탄소 미세 구조물을 제조하는 방법이보고되었다. 전통적인 C-MEMS / C-NEMS 공정에서 발생하는 탄소 재료는 일반적으로 유리질 탄소 인 것으로 밝혀졌습니다. 유리 카본은 전기 화학 및 고온 응용 분야에서 널리 사용되는 전극 재료입니다. 유리질 탄소의 미세 구조는 결정질과 비정질 영역으로 구성됩니다. 유리 카본은 높은 전도성, 고온에 대한 저항성, 저밀도, 낮은 전기 저항 및 비교적 높은 경도 및 높은 화학적 내성을 갖는다.
우리는 인간의 머리카락에서 중공 유리 탄소 섬유를 제조하기위한 간단하고 저렴한 방법을 제안했으며, 아스코르브 산과 도파민의 전기 화학적 인 감지에 대한 적용을 설명했다. 긴, 홀의 제조낮은, 그리고 전기 전도성 카본 마이크로 화이버는 낭비되는 인간의 머리카락을 한 번에 열처리하여 저렴하게 처리 할 수있었습니다. 수질, 피질, 큐티클로 구성된 인간의 머리카락은 열분해 후에 중공 탄소 섬유를 생성합니다. 수질은 사라졌지 만 큐티클과 피질은 결합되어 길고 중공의 탄소 섬유를 만듭니다. 사람 머리카락의 독특한 해부학, 특히 열분해 후의 중공 구조는 표면적이 크게 증가하여 전기 화학적 감지에 사용됩니다. 모발로부터 유도 된 탄소로 개질 된 작용 전극에있어서, 도파민 및 아스코르브 산의 피크 포텐셜은 각각 음의 값 및 양의 값으로 이동되었다. 머리카락에서 파생 된 탄소 표면은 음전하를 띠는 양전하를 띠는 양전하를 띠며, 따라서 도파민의 피크 전류는 증가하고 아스 코르 빈산의 피크 전류는 감소한다. 그 결과, 인간 모발 중공 탄소 m마이크로 섬유는 아스 코르 빈산 존재 하에서 도파민을 검출하는데 유용 할 수있다. 노출 전극과 변형 전극 (모발 유도 탄소와 CNTs)의 전기 화학적 감지 성능에 대한 비교 연구가 수행되었다. 모발 유도 탄소 개질 된 전극은 비 개질 된 전극보다 우수한 감지 성능을 나타내지 만 CNT 코팅 된 전극은 예상 된 바와 같이 이러한 실험 조건에서 도파민 및 아스코르브 산을 감지하는 데 가장 우수한 성능을 보였다. CNT는 머리카락에서 유래 된 중공 탄소 섬유보다 큰 표면적 대 부피비로 인해 더 높은 감도를 나타냅니다. 그러나, 머리카락에서 파생 된 탄소 미세 섬유를 CNT에 사용하는 주된 이점은 매우 낮은 비용입니다. 머리에서 파생 된 탄소의 제조가 용이하여 CNT보다 우위에 서게됩니다. 열분포 전후의 인체 모발을 추가로 변형 또는 기능화함으로써 감지 성능을 향상시킬 수 있습니다.
수축 효과고온에서 카본 본드로부터 비 탄소 원자가 분리되어 질량의 실질적인 손실을 야기하기 때문에 열분해로 인해 불가피하다. 원하는 구조물을 설계하기 전에, 예상되는 패턴 구조물의 수축을 예측할 수 있어야합니다. 여기서, 폴리머 구조의 광 패터닝 및 열분해를위한 2 단계를 포함하는 종래의 C-MEMS 공정을 사용하여 제조 된 탄소 구조체의 수축이 연구되었다. 수축 연구를 위해 서로 다른 내경 (0, 30, 50, 75, 100 μm)을 갖는 5 개의 스트라 컷이 고려되었지만 모든 구조에서 외경은 150 μm로 일정하게 유지되었습니다. 내경이 0, 30, 50, 75 μm 인 구조는 열분해 후 외경이 내경보다 더 많이 수축되었다. 이러한 경우, 외부 표면 영역은 내부 표면 영역보다 더 컸다. 따라서, 수축 과정 중에 외부 표면이 지배적이어서 더 많은 탄소가 아닌 원자가 l구조물을 처치하십시오. 내부 표면적이 총 표면적의 상당한 부분을 차지하는 100μm 내부 직경을 갖는 구조에서, 수축은 내부 및 외부 표면 모두에서 발생했다.
열분해 시간, 최대 열분해 온도 및 대기 환경과 같은 열분해 매개 변수는 전기 전도도, 화학 조성, 전기 화학적 성질 등과 같은 탄소 구조의 특성에 상당한 영향을 미칩니다 . 진행중인 연구는 탄소 구조의 특성과 특성에 대한 열분해 조건의 영향을 보여줍니다. 종래의 C-MEMS의 경우, 다양한 전기적 및 기계적 성질을 갖는 탄소 구조가 제조 될 수있어, 베이킹 시간, 베이킹 온도, 포토 레지스트의 유형과 같은 포토 리소그래피 조건을 변화시킴으로써 다양한 적용을 가능하게한다 , 및 첨가제. 우리의이 연구는 다양한 응용 분야에 대한 탄소 구조 나노 / 미세 가공 분야의 연구자에게 실질적이고 유용한 정보를 제공 할 수 있다고 믿습니다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
이 작품은 Technologico de Monterrey와 University of California Irvine에서 지원했습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SU8-2100 | Microchem | Product number-Y1110750500L | |
| Spinner | Laurell Technologies Corporation | Model-WS650HZB-23NPP/UD3 | |
| Hotplate | Torrey Pines Scientific | HS61 | |
| UV-exposer | Mercury Lamp, SYLVANIA | H44GS-100M, P/N-34-0054-01 | |
| Photomask | CAD/Art | No number | |
| Developer | Microchem | Y020100 4000L | |
| DI water system | Milli Q | ZOOQOVOTO | |
| IPA | CTR Sientific | CTR 01244 | |
| N2 gas | AOC Mexico | No number | |
| Furnace | PEO 601, ATV Technologie GMBH | Model-PEO 601, Serial no.-195 | |
| Si/SiO2 | Noel Technologies |
References
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