欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順
Summary
3Dプリントドレインチャンバーを用いた多孔質支持基板上のブロック共重合体薄膜の高度に制御され、しわのない転写の手順を提示する。排水室の設計は多孔質基板への高分子フィルムの移動を含むすべてのプロシージャに一般的に関連している、通常は取り返しのつかない方法で手で行われる。
Abstract
薄膜複合膜を含むデバイスの製造は、任意の支持基板の表面にこれらのフィルムの転送を必要とする。高度に制御され、機械化され、再現可能な方法でこの転送を達成すると、デバイスの性能と使用可能な領域を損なう薄膜内のマクロスケールの欠陥構造(涙、ひび割れ、しわなど)の作成を排除できます。サンプルごとに。ここでは、水ろ過膜装置として最終的に使用するための任意の多孔質支持基板上にポリマー薄膜の高度に制御され機械化された転送のための一般的なプロトコルを説明する。具体的には、犠牲的な水溶性ポリ(アクリル酸)(PAA)層とシリコンウエハ基板の上にブロック共重合体(BCP)薄膜を製造する。その後、カスタム設計の3Dプリント転送ツールとドレインチャンバシステムを使用して、BCP薄膜を多孔質陽極酸化アルミニウム(AAO)サポートディスクの中心に堆積、リフトオフ、および転送します。転写されたBCP薄膜は、水と3Dプリントプラスチック排水室との間に形成されたメニスカスの導きにより、支持面の中心に一貫して配置されることが示されている。また、機械化された転写加工薄膜と、ピンセットを使用して手で移送されたものと比較します。機械化プロセスから移された薄膜の光学検査と画像解析は、手動で生成された多数の涙やしわと比較して、ほとんどマクロスケールの不均一性または塑性変形が生成されていないことを確認します。手で転送します。我々の結果は、薄膜転写のための提案された戦略は、多くのシステムおよびアプリケーション間で他の方法と比較した場合の欠陥を減らすことができることを示唆している。
Introduction
薄膜やナノ膜ベースのデバイスは、近年、フレキシブルな太陽光発電やフォトニクス、折りたたみ式ディスプレイ、ウェアラブルエレクトロニクスなど、幅広い用途に応用できる可能性を秘めており、幅広い関心を集めています。2,3.これらの様々なタイプのデバイスの製造のための要件は、これらのフィルムの脆弱性とマクロスケール欠陥の頻繁な生産のために困難なまま、任意の基板の表面に薄膜の転送ですシワ、ひび割れ、涙などの構造は、転写後のフィルム内4、5、6、7.手、ピンセット、およびワイヤループによる手動転送は、薄膜転写の一般的な方法であるが、必然的に構造的な不一致および塑性変形8、9をもたらす。1)ポリジメチルシロキサン(PDMS)スタンプ転送など、様々なタイプの薄膜転写方法が検討されており、これは、ドナー基板から薄膜を得るためにエラストマースタンプを使用し、その後受信に転送することを含む。基板10、及び2)犠牲層転写11は、エチャントが支持基板と薄膜との間に犠牲層を選択的に溶解するために使用され、それによって薄膜を持ち上げる。しかしながら、これらの技術だけでは、必ずしも薄膜12内の損傷や欠陥形成に損傷を与えることなく薄膜転写を可能にするわけではない。
ここでは、カスタム設計の3Dプリントドレインチャンバーシステム内の犠牲層リフトオフとメニスカス誘導転送に基づく新規、低コスト、一般化可能な顔の方法を提示し、ブロック共重合体(BCP)薄膜を機械的に配置します。陽極酸化アルミニウム(AAO)ディスクなどの多孔質基板の中心で、しわ、涙、ひび割れなどのマクロスケールの欠陥構造がほとんど発生しません。現在の文脈では、これらの転移された薄膜は、次いで、水濾過研究における装置として使用することができ、潜在的に順次浸潤合成(SIS)処理9の後である。光学顕微鏡から得られた転写フィルムの画像分析は、メニスカス誘導、排水室システムが滑らかで、堅牢で、しわのないサンプルを提供することを示しています。さらに、画像はまた、受信基板の中心に薄膜膜を確実に配置するシステムの能力を示しています。我々の結果は、任意の多孔質基板の表面に薄膜構造の転送を必要とするあらゆるタイプのデバイスアプリケーションに重要な意味を持ちます。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルに記載されている手順の多くは、薄膜転送の成功のために重要ですが、カスタム設計された3Dプリントドレインチャンバーの性質は、ユーザーの特定の要件に応じて、幅広い柔軟性を可能にします。例えば、レシーバ基板の直径が本研究で利用される25mm径AAOディスクよりも大きな直径を有する場合、排水室は新しい仕様に合わせて適切に変更することができる。ただし、効果?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、米国エネルギー省科学部基礎エネルギー科学局が出資するエネルギーフロンティア研究センター「エネルギー・ウォーター・システム先端材料(AMEWS)センター」の一環として支援されました。マーク・ストイコビッチとポール・ニーリーとの有益な話し合いに感謝します。
Materials
| 35% sodium polyacrylic acid solution | Sigma Aldrich | 9003-01-4 | |
| Amicon Stirred Cell model 8010 10mL | Millipore | 5121 | |
| Anodized aluminum oxide, 0.2u thickness, 25mm diameter | Sigma Aldrich | WHA68096022 | |
| o ring neoprene 117 | Grainger | 1BUV7 | |
| Objet500 Connex3 3D Printer | Stratasys | ||
| Onshape 3D software | onshape | ||
| Polylactic acid filament | Ultimaker | ||
| ultimaker3 3d filament printer | Ultimaker | ||
| Vero Family printable materials | Stratasys |
Riferimenti
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