3 차원 그래 핀 기반 Polyhedrons을 통해 종이 접기 같은 자체 접는의 제조

Summary

여기, 선물이 3 차원 그래 핀 기반 polyhedrons을 통해 종이 접기 같은 자체 접는의 제조에 대 한 프로토콜.

Abstract

그래 핀의 우수한 고유의 특성을 유지 하면서 3 차원 (3D) 다면체 구조에 2 차원 (2D) 그래 핀의 어셈블리 소설 장치 응용 프로그램 개발에 대 한 큰 관심의 되었습니다. 여기, 3d, 눈금, 제조 polyhedrons (큐브) 2 차원 그래 핀 그래 핀 산화물 시트 또는 통해 종이 접기 같은 자체 접는 과정 설명의 몇 층으로 구성 된 투명. 이 방법은 때 2D 그물 3D 조각으로 변형 된다 폴리머 프레임 경첩, 그리고 인장, 공간, 감소 시키는 산화 알루미늄/크롬 보호 층 그래 핀 기반 세포 막에 표면 장력 응력의 사용을 포함 한다. 프로세스 구조 뿐만 아니라 병렬 생산의 형태와 크기의 컨트롤을 제공합니다. 또한, 금속 3D 입방체의 각 면에 패턴화이 이렇게 표면 수정 만들 수 있습니다. 라만 분광학 연구 메서드를 그래 핀 기반 세포 막의, 우리의 방법의 견고성을 보여주는 기본 속성의 보존 수 있습니다 보여줍니다.

Introduction

2 차원 (2D) 그래 핀 시트 보유 특별 한 광학, 전자, 및 기계적 속성, 다음-세대 전기, 전자, 광전자에 대 한 새로운 양자 현상의 관찰에 대 한 시스템 모델 들 전기 기계, 및 생물 의학 응용 프로그램^1,2,3,4,,56. -생산 2D 계층된 구조의 그래 핀, 떨어져 최근, 다양 한 수정 접근 있다 조사 그래 핀의 새로운 기능을 관찰 하 고 새로운 응용 프로그램 기회를 추구 하. 예를 들어 변조 (튜닝)의 물리적 특성 (즉, 도 핑 레벨 및 밴드 갭) 모양에 맞게 또는 2D의 패턴화 하 여 1 차원 (1d) 또는 0 차원 (0d) 구조를 구조 (예., 그래 핀 nanoribbon 또는 그래 핀 양자 점) 새로운 현상과 양자 구속 효과, 지역화 된 plasmonic 모드, 지역화 된 전자 메일 및 스핀 편광 가장자리 상태^{7,8 공부 하고있다 ,,910,,1112}. 또한, crumpling (kirigami 라고도 함), 박 리, 변형, 왜곡 하 고, 또는 여러 레이어 스태킹 또는 변경 하 여 3D 기능 (기판) 위에 2D 그래 전송 하 여 그래 핀 표면 모양이 하고있다 2 차원 그래 핀의 질감을 변화 그래 핀의 습윤, 기계적 특성, 및 광학 속성^13,14변경 표시.

2 차원 그래 핀의 계층된 구조와 표면 형태 변화, 넘어 기능성, 잘 정의 된 3 차원 (3D) polyhedrons로 2 차원 그래 핀의 조립 되었습니다 새로운 물리를 그래 커뮤니티에 최근 큰 관심을 화학 현상¹⁵. 이론, 탄성, 정전기, 및 반 데르 발스 2D 그래 핀 기반 구조의 에너지 다양 한 3 차원 그래 핀 종이 접기 구성^16,172D 그래 핀을 변환 하기 위해 활용 수 있습니다. 이 개념을 바탕으로, 이론적 모델링 연구는 3D 그래 핀 구조 디자인, 약물 전달 및 일반적인 분자 저장^16,17가능한 사용으로 나노 2D 그래 막에서 형성 된 조사. 그러나,이 접근의 실험 진행 실현 이러한 응용 프로그램에서 멀리 아직도 이다. 다른 한편으로, 다양 한 화학 합성 방법 3D 구조를 통해 템플릿 기반 어셈블리, 흐름 감독 어셈블리, 어셈블리, 그리고 등각 성장 방법^18,19 장작불을 달성 하기 위해 개발 되었습니다. ^{, 20 , 21 , 그러나 22}., 이러한 메서드는 현재 제한 된 그들은 그래 핀 시트의 본질적인 속성을 잃지 않고 3D, 빈, 밀폐 된 구조를 생산할 수 없습니다.

여기, 종이 접기 같은 자체 접는 사용 하 여 3D, 빈, 그래 핀 기반 microcubes (~ 200 µ m의 전반적인 차원)를 구축 하기 위한 전략 설명 하는; 무료 서, 빈, 3D, 다면체, 그래 핀 기반 재료의 건설에서 최우선 과제를 극복 하 고 종이 접기 처럼, 핸 즈 프리 각자 접는 기법에서 2D 있고 패턴화 된 평면 기능 (즉, 그래 핀 기반 막) 그로 인하여 경첩 (즉, 열에 민감한 폴리머, 감광 제) 다양 한 관절에 연결 되어 2D를 형성 하는 경첩은 녹는 온도^23,,2425,26열 접을 그물. 그래 핀 기반 큐브 창 막 구성 요소 몇 가지 계층 화학 기상 증 착 (CVD)의 그래 그래 핀 산화물 (가) 막;를 성장으로 실현 됩니다. 둘 다 폴리머 프레임과 경첩 사용. 3D 그래 핀 기반 큐브 제작 포함 됩니다: (i) 보호 레이어, (ii) 그래 핀 멤브레인 전송 및 패턴, (iii) 금속 표면에 그래 막, (iv) 프레임 및 경첩 패턴화 및 증 착, 패턴화의 준비 (v) 자동 접이식, 및 (vi) 제거 보호 레이어 (그림 1). 이 문서는 3D 그래 핀 기반 큐브 제작의 자 접이식 측면에 주로 초점을 맞추고. 3 차원 그래 핀 기반 큐브의 물리적 및 광학 속성에 우리의 다른 최근 간행물^27,28에서 찾을 수 있습니다.

Protocol

주의: 몇이 종합에서 사용 하는 화학 물질의 독성은 고 자극과 감동 하거나 흡입 심각한 장기 손상을 일으킬 수 있습니다. 적절 한 안전 장비를 사용 하 고 화학 물질을 처리할 때 개인 보호 장비를 착용 하십시오. 1. 산화 알루미늄 및 구리 희생 레이어에 크롬 보호 레이어 준비 전자 빔 증발 기를 사용 하 여 10 nm 두꺼운 크롬 (Cr) 및 300 nm 두꺼운 구리 (Cu) 레이어 (희생 레…

Representative Results

그림 2 는 2D 그래 핀의 이동 그물 구조 석판 과정과 후속 자체 접는 과정의 광학 이미지를 표시합니다. 자기 접는 과정은 모니터링 실시간 을 통해 고해상도 현미경. 두 가지 유형의 3 차원 그래 핀 기반 큐브 ~ 80 ° c.에 접혀 있다 그림 3 병렬 방식에서 3 차원 그래 핀 기반 큐브 자체 접는 보여주는 비디오 캡처 시퀀스를 낳…

Discussion

CVD 그래 핀으로 가공 큐브에 대 한 각각의 얼굴 때문에 주어진된 큐브는 주변 ~ 160 × 160 µ m² 지역 무료 서 그래 핀의 외부 프레임으로 설계 되었습니다, 그리고 단층 그래 핀의 단일 시트에는 허용 하도록 필요한 강도 큐브의 병렬 처리입니다. 이러한 이유로 CVD 그래 핀 단층 시트는의 3 개의 층으로 이루어진 그래 핀 막을 통해 3 명의 별도 그래 핀 사용 하 여 전송을 여러 아크릴 코?…

Materials

Acetone	Fisher Chemical	A18P-4	N/A
Aluminium oxide	Kurt J. Lesker Company	EVMALO-1-2.5	99.99% Pure
APS Copper Etchant 100	Transene Company, Inc.	N/A	N/A
Camera (for 3D image)	Nikon	D5100	1080p Full HD, Effective pixels: 16.2 million, Sensorsize: 23.6 mm x 15.6 mm
CE-5 M Chromium Mask Etchant	Transene Company, Inc.	N/A	N/A
Chemical deposition growth (CVD) system	Customized	N/A	Lindberg/Blue Tube Furnace
Chromium	Kurt J. Lesker Company	EVMCR35J	99.95% pure
Chromium Etchant 473	Transene Company, Inc.	N/A	N/A
Copper	Kurt J. Lesker Company	EVMCU40QXQJ	99.99% pure
Developer-1 (MF319 developer)	Microposit	10018042	N/A
Developer-2 (AZ developer)	Merck performance Materials Corp.	1005422496	N/A
Developer-3 (SU-8 developer)	MicroChem	NC9901158	N/A
Digital Hot Plate	Thermo Scientific	HP131725	Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 °C
E-Beam Evaporator System	Rocky Mountain Vacuum Tech.	N/A	RME-2000
Graphene oxide	Goographene	N/A	Purity: ~ 99%; Single layer ratio: ~99%;  0.7-1.2 nm in thickness.
Isopropyl Alcohol	Fisher Chemical	A416-4	N/A
Mask Aligner	Midas	MDA-400LJ	N/A
Microscope	Omax	NJF-120A	N/A
multiple polymethyl methacrylate (PMMA)	MicroChem	950 PMMA A9	N/A
Oxygen plasma	Technics Inc.	SERIES 800	Microscale reactive ion etching (RIE)
Photoresist-1 (S1813 Photoresist)	Microposit	10018348	N/A
Photoresist-2 (SPR220 Photoresist)	MicroChem	SPR00220-7G	N/A
Photoresist-3 (SU-8 Photoresist)	MicroChem	SU-8-2010	N/A
Profilometer	Tencor Instruments	N/A	Alpha-Step 200
Raman	WITec Instruments Corp.	Alpha300R	Confocal Raman Microscope
Silicon Wafer	Siltronic AG	N/A	100mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 Ω•cm
Spinner	Best Tools	S0114031123	SMART COATER 100
Titanium	Kurt J. Lesker Company	EVMTI45QXQA	99.99% Pure
Ultrasonic Cleaner	Crest Ultrasonics	N/A	Powersonic series