Tillverkning, Förtätning och Replica Formning av 3D mikrostrukturer Nanorör
Summary
Vi presenterar metoder för tillverkning av mönstrade mikrostrukturer av vertikalt inriktade kolnanorör (cnts), och deras användning som master-formar för framställning av polymera mikrostrukturer med organiserad nanoskala yttextur. De CNT skogarna förtätade genom kondensation av lösningsmedel på underlaget, vilket avsevärt ökar deras packningstäthet och möjliggör självstyrt bildandet av 3D-former.
Abstract
Införandet av nya material och processer för att mikrofabrikation har till stor del, gjorde många viktiga framsteg inom mikrosystem, lab-on-a-chip-enheter och deras tillämpningar. Framför allt var möjligheter för kostnadseffektiv tillverkning av polymera mikrostrukturer omvandlas genom tillkomsten av mjuk litografi och andra tekniker micromolding 1, 2, och detta ledde en revolution inom tillämpningar mikrofabrikation till biomedicinsk teknik och biologi. Icke desto mindre är det svårt att tillverka mikrostrukturer med väl definierade nanoskala ytstrukturer och att tillverka godtyckliga 3D-former på mikro-skalan. Robusthet Master formar och underhåll av formen integritet är särskilt viktigt att uppnå hög fidelity replikering av komplexa strukturer och bevara deras nanoskala ytstruktur. Kombinationen av hierarkiska strukturer och heterogena former, är en djup utmaning till existerande mikrofabrikationslaboratorier metoder som larGely lita på top-down etsning med hjälp av fasta mask mallar. Å andra sidan kan bottom-up syntes av nanostrukturer som nanorör och nanotrådar erbjuda nya möjligheter att mikrofabrikation, i synnerhet genom att dra nytta av den kollektiva självorganisering av nanostrukturer och lokal styrning av deras tillväxt beteende med avseende på mikrofabricerade mönster .
Vårt mål är att introducera vertikalt inriktade kolnanorör (cnts), som vi refererar till som CNT "skogar", som en ny mikrofabrikation material. Vi presenterar detaljer i en svit av relaterade metoder som nyligen utvecklats av vår grupp: tillverkning av CNT skog mikrostrukturer genom termisk CVD från litografiskt mönstrade katalysator tunna filmer, self-inriktad elastocapillary förtätning av CNT mikrostrukturer samt kopia gjutning av polymer mikrostrukturer med CNT komposit Master formar . I synnerhet visar vårt arbete att själv-styrda kapillär förtätning ("kapillär formning"), som är perforeradrmed genom kondensation av ett lösningsmedel på substratet med CNT mikrostrukturer, signifikant ökar packningstätheten för cnts. Denna process möjliggör riktad omvandlingen av vertikala CNT mikrostrukturer i raka, lutande och vridna former, som har robusta mekaniska egenskaper än de typiska mikrofabrikationslaboratorier polymerer. Detta i sin tur möjliggör bildning av nanokomposit CNT huvudsidor gjutformar genom kapillär-drivna infiltration av polymerer. Replika strukturer uppvisar den anisotropa nanoskala textur av de inriktade cnts, och kan ha väggar med sub-mikron tjocklek och sidförhållanden än 50:1. Integration av CNT mikrostrukturer i tillverkning ger ytterligare tillfälle att utnyttja de elektriska och termiska egenskaper hos cnts och diverse kapacitet för kemisk och biokemisk funktionalisering 3.
Protocol
Discussion
Litografisk mönstring och förberedelse av CNT katalysatorn substrat är enkel och repeterbar, men uppnå en enhetlig CNT tillväxt kräver noggrann uppmärksamhet på hur höjden och tätheten av CNT skogar påverkas av omgivningens fukt och tillståndet av tillväxten röret. Enligt vår erfarenhet mönster större än 1000 m 2 är mindre känsliga för små variationer i bearbetningsförhållandena. Vidare påverkar densiteten hos de mönster spelar tillväxten densitet och höjd 8. Tillväxten…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöds av nanotillverkning programmet National Science Foundation (CMMI-0.927.634). Davor COPIC stöddes delvis av Rackham Merit Fellowship Program vid University of Michigan. Sameh Tawfick erkänner delvis stöd från Rackham Predoctoral Fellowship. Michael De Volder stöddes av den belgiska fonden för vetenskaplig forskning – Flandern (FWO). Mikrofabrikation utfördes på Lurie Nanotekniklaboratoriet Facility (LNF), som är medlem i National Nanotechnology Infrastrukturnätverk och elektronmikroskopi utfördes vid Michigan Electron Microbeam Analysis Laboratory (Emal).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| 4″ diameter <100> silicon wafers coated with SiO2 (300 nm) | Silicon Quest | Custom | |
| Positive photoresist | MicroChem | SPR 220-3.0 | |
| Hexamethyldisilizane (HMDS) | MicroChem | ||
| Developer | AZ Electronic Materials USA Corp. | AZ 300 MIF | |
| Sputtering system | Kurt J. Lesker | Lab 18 | Sputtering system for catalyst deposition |
| Thermo-Fisher Minimite | Fisher Scientific | TF55030A | Tube furnace for CNT growth |
| Quartz tube | Technical Glass Products | Custom | 22 mm ID × 25 mm OD 30″ length |
| Helium gas | PurityPlus | He (PrePurified 300) | |
| Hydrogen gas | PurityPlus | H2 (PrePurified 300) | UHP |
| Ethylene gas | PurityPlus | C2H4 (PrePurified 300) | UHP |
| Perforated aluminum sheet | McMaster-Carr | 9232T221 | For holding sample above densification beaker |
| UV flood lamp | Dymax | Model 2000 | |
| SU-8 2002 | MicroChem | SU-8 2002 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit |
Riferimenti
- Xia, Y. N., Whitesides, G. M. Soft lithography. Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).
- Xia, Y. Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing. Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).
- Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. Chemistry of Carbon Nanotubes. Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).
- De Volder, M. Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes. Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).
- Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M. F. L., Hart, A. J. Fabrication of high-aspect-ratio polymer microstructures and hierarchical textures using carbon nanotube composite master molds. Lab on a Chip. 11, 1831-1837 (2011).
- De Volder, M. F. L., Park, S. J., Tawfick, S. H., Vidaud, D. O., Hart, A. J. Fabrication and electrical integration of robust carbon nanotube micropillars by self-directed elastocapillary densification. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 045033-04 (2011).
- Zhao, Z. Bending of nanoscale filament assemblies by elastocapillary densification. Physical Review E. 82, 041605 (2010).
- De Volder, M. F. L., Vidaud, D. O., Meshot, E. R., Tawfick, S., Hart, A. J. Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars. Microelectronic Engineering. 87, 1233-1238 (2010).
- Nessim, G. D. Tuning of Vertically-Aligned Carbon Nanotube Diameter and Areal Density through Catalyst Pre-Treatment. Nano Letters. 8, 3587-3593 (2008).
- Pokroy, B., Epstein, A. K., Persson-Gulda, M. C. M., Aizenberg, J. Fabrication of Bioinspired Actuated Nanostructures with Arbitrary Geometry and Stiffness. Advanced Materials. 21, 463-469 (2009).
