هياكل متعددة النطاقات تجميعه بواسطة النانو مطبوع للأسطح الوظيفية
Summary
قدم طريقة سهلة اختﻻق هياكل متعددة النطاقات نانو والجزئي، للأسطح الوظيفية، بتجميع النانو ملفقة باستخدام عامل تصفية انوديك أكسيد الألومنيوم.
Abstract
وقد اجتذبت هياكل السطحية متعددة النطاقات اهتماما متزايداً نظراً للعديد من التطبيقات المحتملة في أجهزة سطح. غير تحدي القائم في المجال تصنيع الهياكل الدقيقة نانو الهجين باستخدام طريقة سهلة وفعالة من حيث التكلفة، والفائق. للتغلب على هذه التحديات، تقترح هذه الورقة وضع بروتوكول لاختلاق هياكل متعددة النطاقات باستخدام فقط عملية بصمة مع عامل تصفية انوديك أكسيد الألومنيوم (AAO) وعملية تجميع الذاتي التبخر من النانو. على عكس المحاولات السابقة التي تهدف إلى تصويب النانو، علينا أن نظهر أسلوب تصنيع فريدة من نوعها للنانو مجمعة متعددة النطاقات بنسب عالية. وعلاوة على ذلك، تم التحقيق في مورفولوجيا السطحية وويتابيليتي من هذه الهياكل في السوائل المختلفة تيسير استخدامها في الأسطح المتعددة الوظائف.
Introduction
محكم النانو هياكل مثل جسيمات نانوية والأنابيب النانوية، والنانو وقد اجتذبت اهتماما في الأوساط العلمية، كما أنها تظهر خصائص فريدة من نوعها في العديد من التطبيقات بما في ذلك الكهربائية والطبية والبصرية والسطحية هندسة1،2،3،4،،من56،،من78. على وجه الخصوص، النانو تستخدم على نطاق واسع في أقطاب المط وشفافة9وأجهزة الاستشعار يمكن ارتداؤها10،11، ويكثر12،13وتطبيقات بصريات النانو 14-من بين الأساليب المختلفة لاختلاق هياكل النانو، مثل أساليب سول-جيل، والتجميع الذاتي، والطباعة الحجرية، والنسخ المتماثل15،16،،من1718، 19،20، النسخ المتماثل المباشر باستخدام قالب تعتبر حاليا وسيلة واعدة لأنها بسيطة وفعالة من حيث التكلفة، وتنطبق على مختلف المواد القابلة للشفاء21،22 , 23 , 24 , 25 , 26.
ونظرا لوجود عدد كبير من المسام نانو الحجم والصغر ارتفاع هيكلها متعددة النطاقات، AAO يستخدم على نطاق واسع كالقالب لتصنيع النانو والأنابيب النانوية مع ارتفاع نسبة العرض إلى الارتفاع27،،من2829 , 30-ومع ذلك، بسبب التوتر السطحي في نسبة عالية، النانو تميل إلى تجميع بسهولة31،،من3233. وأثبت الأبحاث القائمة أن النانو بعد نسبة العرض إلى الارتفاع أكبر من 15:1 لا يقف منتصبا ولكن بدلاً من ذلك الإجمالي، بينما الحاصلين على نسبة أقل من 5:1 معزولة على حدة دون تجميع33،34. التوتر السطحي وقوة الشعرية دوراً هاما عند إزالة الألومينا باستخدام مادة تنميش، الذي واحد من العمليات أثناء تصنيع نانوفيبير. عندما تزيد نسبة العرض إلى الارتفاع، التوتر السطحي بين النانو يميل إلى سحب بينها وبين بعضها البعض، مما تسبب في التجميع. ركزت دراسات عديدة على الطرق لمنع مثل هذا التجميع35، الذي يلاحظ خصوصا في البوليمر والنانو المعدنية. ومن بين هذه قد يقلل الماء السطح nanofiber التكتل لأنه عندما تحتل سائل المسافات بين النانو، يقلل من التوتر السطحي. علاوة على ذلك، طريقة التجفيف قد يقلل أيضا من تجميع بتقليل التوتر السطحي بين النانو. ومع ذلك، وعلى الرغم من الجهود المختلفة، استقامة النانو مع نسبة العرض إلى الارتفاع عالية لا يزال يشكل تحديا.
وتحقيقا لهذه الغاية، نحن تقرير طريقة فريدة من نوعها لاختلاق هياكل متعددة النطاقات nanofiber متشابكة باستغلال هذه الظاهرة التجميع بطريقة إيجابية. هنا، هو مطبوع هيكل نانوفيبير باستخدام عامل تصفية AAO والبولي-أكريلاتي (بوا)-اكتب الراتنجات مع وجه 257.4 cP. بعد القيام بالأشعة فوق البنفسجية نانو بصمة الطباعة الحجرية (الأشعة فوق البنفسجية-النيل)، وحفرت العفن بمحلول هيدروكسيد الصوديوم. وصف بنيات متعددة النطاقات المقترحة، ونحن التحقيق في سلوك نمط العينة مع النانو مجمعة وويتابيليتي السطحية بعد المعالجات السطحية المناسبة مثل الطلاء مع أحادي الطبقة تجميعها ذاتيا وعلاج الأوزون الأشعة فوق البنفسجية . وعلاوة على ذلك، فإننا نقترح أن السطح المسامية متعددة النطاقات يمكن تحويلها ببساطة إلى سطح زلق باستخدام عملية غرست زيوت التشحيم.
Protocol
Representative Results
Discussion
خطوة أساسية في تصنيع الجمعية nanofiber الذاتي مجمعة التأكد من أن عامل التصفية AAO هشة لا ينقض عند تطبيق الراتنج مع بكرات المطاط. وفي الواقع، ينبغي التأكد من أن عامل التصفية AAO لا ينقض عند أي نقطة قبل الخطوة النقش. نظراً لأن عامل التصفية AAO 25 مم في القطر، حجم الركيزة حوالي 30 x 30 ملم.
ال…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تستند هذه المواد إلى العمل المدعوم من “برنامج بحوث العلوم الأساسية” عبر الوطنية بحوث مؤسسة من كوريا (جبهة الخلاص الوطني) ممولة من وزارة العلوم، وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات وتخطيط المستقبل (جبهة الخلاص الوطني-2017R1A2B4008053) و (وزارة التجارة والصناعة والطاقة مطيع، وكوريا) تحت التكنولوجيا الصناعية ابتكار البرنامج رقم 10052802، ومعهد كوريا للنهوض بالتكنولوجيا (كيات) من خلال برنامج التشجيع لصناعات منطقة التعاون الاقتصادي (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).
