Fabricação, Densificação e Replica Moldagem de Microestruturas de Nanotubos de Carbono 3D
Summary
Nós apresentamos métodos para a fabricação de microestruturas com padrões de nanotubos de carbono alinhados verticalmente (CNT), e sua utilização como moldes de mestre para a produção de microestruturas de polímero com a textura da superfície organizada em nanoescala. As florestas CNT são densificados por condensação de solvente na superfície do substrato, o que aumenta significativamente a sua densidade de embalagem e permite autodirigido formação de formas 3D.
Abstract
A introdução de novos materiais e processos para microfabricação tem, em grande parte, possibilitou muitos avanços importantes em microssistemas, lab-on-a-chip dispositivos, e suas aplicações. Em particular, as capacidades de baixo custo de fabricação de microestruturas poliméricas foram transformadas pelo advento da litografia macia e técnicas micromolding outros 1, 2, e isso levou uma revolução nas aplicações de microfabricação para engenharia biomédica e biologia. No entanto, ainda é um desafio para fabricar microestruturas bem definidas texturas de superfície em nanoescala, e para fabricar arbitrárias formas 3D na micro-escala. Robustez dos moldes mestras e manutenção da integridade da forma é especialmente importante para alcançar a replicação de alta fidelidade de estruturas complexas e preservar a sua textura de superfície nanoescala. A combinação de texturas e formas hierárquicas, heterogêneos, é um profundo desafio aos métodos de microfabricação existentes que largely dependem de cima para baixo ataque usando modelos de máscaras fixas. Por outro lado, a síntese de baixo para cima de nanoestruturas como nanotubos e nanofios podem oferecer novas capacidades de microfabricação, em particular, aproveitando o coletivo de auto-organização de nanoestruturas, e controle local de seu comportamento de crescimento com relação a padrões microfabricated .
Nosso objetivo é introduzir os nanotubos de carbono alinhados verticalmente (CNTS), que nos referimos como "florestas" da CNT, como um material de microfabricação novo. Nós apresentamos detalhes de um conjunto de métodos relacionados recentemente desenvolvidos pelo nosso grupo: fabricação de microestruturas CNT florestais por CVD térmico de filmes finos de catalisador lithographically padronizadas, auto-dirigido densificação elastocapillary de microestruturas da CNT, e moldagem de réplica de polímero microestruturas usando moldes mestres CNT compósitos . Em particular, o nosso trabalho mostra que a densificação autodirigido capilar ("capilar formando"), que é performed por condensação de um solvente sobre o substrato com microestruturas CNT, aumenta significativamente a densidade de empacotamento de CNT. Este processo permite a transformação dirigida de microestruturas verticais CNT em formas retas, inclinadas, e torcida, que têm fortes propriedades mecânicas superiores às dos polímeros de microfabricação típicas. Este por sua vez, permite a formação de moldes de nanocompósitos mestre CNT por capilar-driven infiltração de polímeros. As estruturas de réplica exibem a textura anisotrópica nanoescala dos CNTs alinhados, e podem ter paredes com sub-micron de espessura e razões de aspecto superiores a 50:1. Integração de microestruturas na fabricação CNT oferece nova oportunidade de explorar as propriedades elétricas e térmicas de nanotubos de carbono, e capacidades diferentes para química e bioquímica funcionalização 3.
Protocol
Discussion
Padronização litográfica e preparação do catalisador CNT substratos é simples e repetível, no entanto, atingir um crescimento CNT consistente exige uma atenção cuidadosa à forma como a altura ea densidade das florestas CNT sofrem o impacto da humidade ambiente e da condição do tubo de crescimento. Na nossa experiência, os padrões de dimensões superiores a 1000 uM 2 são menos sensíveis a pequenas flutuações nas condições de processamento. Além disso, a densidade das execuções padrões a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi financiada pelo programa Nanofabricação da National Science Foundation (CMMI-0927634). Davor Copic foi apoiado em parte pelo Programa de Bolsas de Mérito Rackham na Universidade de Michigan. Sameh Tawfick reconhece o apoio parcial do Fellowship Rackham predoctoral. Michael De Volder foi apoiado pelo Fundo Belga de Investigação Científica – Flandres (FWO). Microfabricação foi realizada no Centro de Nanofabricação Lurie (LNF), que é membro da Rede Nacional de Nanotecnologia Infra-estrutura, e microscopia eletrônica foi realizada no Electron Michigan 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 |
References
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