Multiescala estructuras agregadas por nanofibras impreso para superficies funcionales
Summary
Presentado es un método sencillo para fabricar nano-micro estructuras multiescala, para superficies funcionales, agregando nanofibras fabricado utilizando un filtro de óxido de aluminio anódico.
Abstract
Estructuras superficiales multiescala han atraído mayor interés debido a varios potenciales aplicaciones en dispositivos de superficie. Sin embargo, un reto actual en el campo es la fabricación de estructuras de micro-nano híbrido utilizando un método fácil, rentable y de alto rendimiento. Para superar estos desafíos, este trabajo propone un protocolo para fabricar estructuras multiescala utilizando sólo un proceso de impresión con un filtro de óxido de aluminio anódico (AAO) y un proceso de uno mismo-agregación de evaporación de nanofibras. A diferencia de intentos anteriores que se han destinado a enderezar nanofibras, demostramos un método de fabricación único de nanofibras multiescala de agregados con altos cocientes de aspecto. Además, la morfología superficial y la humectación de estas estructuras en varios líquidos fueron investigados para facilitar su uso en superficies multifuncionales.
Introduction
Nanoescala textura estructuras tales como nanopartículas, nanotubos y nanofibras han atraído la atención de la comunidad científica, como demuestran características únicas en diversas aplicaciones, incluyendo eléctrico, biomédico, óptico y superficie Ingeniería1,2,3,4,5,6,7,8. En particular, nanofibras son ampliamente utilizados en elástico y transparente electrodos9, sensores vestibles10,11, interconexiones12,13y aplicaciones de nano-óptica 14. entre los distintos métodos de fabricación de estructuras a nanoescala, como métodos sol-gel, autoensamblaje, litografía y replicación15,16,17,18, 19,20, replicación directa mediante una plantilla se considera actualmente un método prometedor porque es simple, rentable y aplicable a diversos materiales curables21,22 , 23 , 24 , 25 , 26.
Debido a su estructura multiescalar tener un gran número de poros de nano-escala y altura de micro escala, AAO es ampliamente utilizada como plantilla para la fabricación de nanofibras y nanotubos con una alta proporción de28,27,29 , 30. sin embargo, debido a la tensión superficial en el tal alto cociente de aspecto, nanofibras tienden a agregar fácilmente31,32,33. La investigación existente ha demostrado que nanofibras de tener una relación de aspecto mayor que 15:1 no pare pero en lugar de otro agregado, mientras que los que tienen una relación de menos de 5:1 son individualmente aislados sin agregación33,34. Fuerza capilar y la tensión superficial juegan un papel importante en la extracción de alúmina usando un grabador, que es uno de los procesos durante la fabricación de nanofibras. Cuando aumenta la proporción de aspecto, tensión superficial entre las nanofibras tiende a sacarlos más cerca uno al otro, provocando la agregación. Varios estudios se han centrado sobre los métodos para prevenir dicha agregación35, que se observa particularmente en polímero y nanofibras metálico. Entre estos, hidratación de la superficie de nanofibras puede reducir la aglomeración porque cuando un líquido ocupa los espacios entre las nanofibras, disminuye la tensión superficial. Además, el método de liofilización también puede reducir la agregación disminuyendo la tensión superficial entre las nanofibras. Sin embargo, a pesar de varios esfuerzos, el alisado de nanofibras con un colmo cociente de aspecto sigue siendo un desafío.
Para ello, se presenta un método único para la fabricación de estructuras multiescala de nanofibras enredado explotando el fenómeno de agregación de una manera positiva. Aquí, la estructura de nanofibras se imprime usando un filtro AAO y poliuretano-acrilato (PUA)-tipo de resinas con una viscosidad de 257.4 cP. Después de realiza la litografía de impresión de nano de ultravioleta (UV-NIL), el molde está grabado con una solución de NaOH. Para caracterizar las estructuras propuestas multiescala, investigamos el comportamiento del patrón de la muestra con nanofibras de agregados y la humectabilidad superficial después del tratamiento de ozono UV y tratamientos superficiales adecuados como capa con una monocapa uno mismo-montado . Además, proponemos que la superficie porosa multi-escala puede convertirse simplemente en una superficie resbaladiza, mediante un proceso de infusión de lubricante.
Protocol
Representative Results
Discussion
El paso clave en la fabricación de la Asamblea de nanofibras por agregados es asegurar que el filtro AAO frágil no se rompe al aplicar la resina con los rodillos de goma. De hecho, debe garantizarse que el filtro de la AAO no rompe en cualquier momento antes del paso de grabado. Porque el filtro de la AAO es 25 mm de diámetro, el tamaño del sustrato es aproximadamente de 30 x 30 mm.
La Asamblea de nanofibras auto agregada nos permite ofrecer diversas superficies funcionales mediante el tra…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este material está basado en trabajo apoyado por el programa de investigación de ciencia básica a través de la nacional investigación Fundación de Corea (NRF) financiado por el Ministerio de ciencia, TIC y futuro planificación (NRF-2017R1A2B4008053) y el (Ministerio de comercio, industria y energía MOTIE, Corea) bajo tecnología Industrial Innovación Programa Nº 10052802 y el Instituto de Corea para el avance de la tecnología (KIAT) a través del programa de fomento para las industrias de la región de cooperación económica (N0002310).
Materials
| MINS 511RM | Minuta Tech | UV curable resin | |
| Octadecyltrichlorosilane (OTS) | Aldrich | Surface treatment | |
| Sodium oxidanide | SAMCHUN | Etching solution | |
| Anopore Inoganic Membranes | Whatman | 25mm/0.2µm | |
| MT-UV-A 47 | Meiji Techno | UV curing equipment | |
| UVC-30 | Jaesung Engineering | UVO treatment equipment | |
| Smart Drop Plus | FEMTOFAB | Contact angle measurement | |
| Fluorinert FC-70 | 3M | liquid mixture of completely fluorinated aliphatic compounds | |
| Polyethylene terephthalate film | Sunchem | Substrate | |
| Acetone (99.8%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Isopropyl alcohol (99.9%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Rubber roller | Hwahong | For application of resin | |
| Corning Stirring Hot Plates | Corning | Hot plate equipment (5" x 7") |
References
- Elghanian, R., Storhoff, J. J., Mucic, R. C., Letsinger, R. L., Mirkin, C. A. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles. Science. 277, 1078-1081 (1997).
- Berdichevsky, Y., Lo, Y. H. Polypyrrole nanowire actuators. Advanced Materials. 18, 122-125 (2006).
- Mitchell, D. T., et al. Smart nanotubes for bioseparations and biocatalysis. Journal of the American Chemical Society. 124, 11864-11865 (2002).
- Nicewarner-Pena, S. R., et al. Submicrometer metallic barcodes. Science. 294, 137-141 (2001).
- Dersch, R., Steinhart, M., Boudriot, U., Greiner, A., Wendorff, J. H. Nanoprocessing of polymers: applications in medicine, sensors, catalysis, photonics. Polymers for Advanced Technologies. 16, 276-282 (2005).
- Baker, L. A., Jin, P., Martin, C. R. Biomaterials and biotechnologies based on nanotube membranes. Critical reviews in solid state and materials sciences. 30, 183-205 (2005).
- Xiang, H., et al. Block copolymers under cylindrical confinement. Macromolecules. 37, 5660-5664 (2004).
- Fei, G., et al. Electro-activated surface micropattern tuning for microinjection molded electrically conductive shape memory polyurethane composites. RSC Advances. 3, 24132-24139 (2013).
- Kim, K., et al. Stretchable and transparent electrodes based on in-plane structures. Nanoscale. 7, 14577-14594 (2015).
- Kim, J., et al. Wearable smart sensor systems integrated on soft contact lenses for wireless ocular diagnostics. Nature Communications. 8, 14997 (2017).
- Park, J., et al. Wearable, wireless gas sensors using highly stretchable and transparent structures of nanowires and graphene. Nanoscale. 8, 10591-10597 (2016).
- An, B. W., et al. High-resolution printing of 3D structures using an electrohydrodynamic inkjet with multiple functional inks. Advanced Materials. 27, 4322-4328 (2015).
- Kim, M., et al. Fully-integrated, bezel-less transistor arrays using reversibly foldable interconnects and stretchable origami substrates. Nanoscale. 8, 9504-9510 (2016).
- Zhao, Y. S., Zhan, P., Kim, J., Sun, C., Huang, J. Patterned growth of vertically aligned organic nanowire waveguide arrays. American Chemical Society Nano. 4, 1630-1636 (2010).
- Kuo, C. W., Shiu, J. Y., Chen, P. Size-and shape-controlled fabrication of large-area periodic nanopillar arrays. Chemistry of Materials. 15, 2917-2920 (2003).
- Lee, S. B., Koepsel, R., Stolz, D. B., Warriner, H. E., Russell, A. J. Self-assembly of biocidal nanotubes from a single-chain diacetylene amine salt. Journal of the American Chemical Society. 126, 13400-13405 (2004).
- Gibson, J. M. Reading and writing with electron beams. Physics Today. 50, 56-61 (1997).
- Kramer, N., Birk, H., Jorritsma, J., Schönenberger, C. Fabrication of metallic nanowires with a scanning tunneling microscope. Applied Physics Letters. 66, 1325-1327 (1995).
- Jiang, P., Bertone, J. F., Colvin, V. L. A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals. Science. 291, 453-457 (2001).
- Steinhart, M., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296, 1997 (2002).
- Hong, S. H., Hwang, J., Lee, H. Replication of cicada wing’s nano-patterns by hot embossing and UV nanoimprinting. Nanotechnology. 20, 385303 (2009).
- Han, K. S., Shin, J. H., Yoon, W. Y., Lee, H. Enhanced performance of solar cells with anti-reflection layer fabricated by nano-imprint lithography. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95, 288-291 (2011).
- Choo, S., Choi, H. J., Lee, H. Replication of rose-petal surface structure using UV-nanoimprint lithography. Materials Letters. 121, 170-173 (2014).
- Yu, Z., Chou, S. Y. Triangular profile imprint molds in nanograting fabrication. Nano Letters. 4, 341-344 (2004).
- Hirai, Y., Harara, S., Isaka, S., Kobayashi, M., Tanaka, Y. Nano-Imprint lithography using replicated mold by Ni electroforming. Japanese Journal of Applied Physics. 41, 4186 (2002).
- Kim, J. H., Cho, Y. T., Jung, Y. G. Selection of absorptive materials for non-reflective wire grid polarizers. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 17, 903-908 (2016).
- St˛epniowski, W. J., Salerno, M. Fabrication of nanowires and nanotubes by anodic alumina template-assisted electrodeposition. Manufacturing Nanostructures. 12, 321-357 (2014).
- Sousa, C. T., et al. Nanoporous alumina as templates for multifunctional applications. Applied Physics Reviews. 1, 031102 (2014).
- Hong, S. H., Bae, B. J., Lee, H., Jeong, J. H. Fabrication of high density nano-pillar type phase change memory devices using flexible AAO shaped template. Microelectronic Engineering. 87, 2081-2084 (2010).
- Schwirn, K., et al. Self-ordered anodic aluminum oxide formed by H2SO4 hard anodization. American Chemical Society Nano. 2, 302-310 (2008).
- Lee, P. S., et al. Vertically aligned nanopillar arrays with hard skins using anodic aluminum oxide for nano imprint lithography. Chemistry of Materials. 17, 6181-6185 (2005).
- Lopes, M. C., de Oliveira, C. P., Pereira, E. C. Computational modeling of the template-assisted deposition of nanowires. Electrochimica Acta. 53, 4359-4369 (2008).
- Choi, M. K., Yoon, H., Lee, K., Shin, K. Simple fabrication of asymmetric high-aspect-ratio polymer nanopillars by reusable AAO templates. Langmuir. 27, 2132-2137 (2011).
- Kim, Y. S., Lee, K., Lee, J. S., Jung, G. Y., Kim, W. B. Nanoimprint lithography patterns with a vertically aligned nanoscale tubular carbon structure. Nanotechnology. 19, 365305 (2008).
- Chen, G., Soper, S. A., McCarley, R. L. Free-standing, erect ultrahigh-aspect-ratio polymer nanopillar and nanotube ensembles. Langmuir. 23, 11777-11781 (2007).
- Jeong, Y., et al. Fabrication of Nano-Micro Hybrid Structures by Replication and Surface Treatment of Nanowires. Crystals. , (2017).
