3D 그래 핀 전극 유전 영동 장치의 개발

요약

높은 처리량 잠재력을 가진 마이크로 디바이스는 새로운 재료와 3 차원 (3D) 유전 (DEP)를 설명하는 데 사용됩니다. 그래 핀 nanoplatelet 종이 양면 테이프가 교대로 적층 하였다; 700 μm의 마이크로 웰 층에 가로을 드릴 하였다. 폴리스티렌 비즈의 DEP 동작은 마이크로에 잘 입증되었다.

초록

50 ㎛ 두께의 그라 핀 종이와 100 μm의 양면 테이프를 사용하여 새로운 차원 전극 마이크로 디바이스의 설계 및 제조가 설명되어 있습니다. 이 프로토콜은 다양한 재사용, 다중 층 적층 유전 챔버를 구성하는 절차에 대해 자세히 설명합니다. 특히, X 0.7 cm X 2cm의 그래 핀 종이 50 ㎛ 및 양면 테이프의 5 개의 층의 6 개의 층이 교대로 함께 적층 한 후 유리 슬라이드에 고정. 이어서 700 ㎛의 직경이 마이크로 웰 컴퓨터 제어 마이크로 드릴링 머신을 사용하는 적층 구조체를 통해 천공 하였다. 인접하는 그라 펜 층들 사이의 테이프 층의 절연 특성은 저항 시험으로 확신되었다. 실버 전도성 에폭시는 그라 펜 용지의 교대 ​​층을 접속하고 그래 핀 종이 및 외부 구리 와이어 전극 사이의 안정적인 연결을 형성. 완성 된 장치는 다음 클램핑하고 유리 슬라이드로 밀봉 하였다. 전기장 구배 t 내에 모델링된다그 다층 소자. 6 μm의 폴리스티렌 비즈의 유전 행동은 0.0001에서 S / M 1.3 S / M에 이르기까지 다양한 매체 전도도 깊은 마이크로 아니라 1mm에 보여, 10 MHz로 100 Hz에서에서 신호 주파수를 적용했다. 음의 유전 응답은 주파수 값이 이전에보고 된 문헌 값과 일치 도전 주파수 공간과 크로스 오버의 가장 위에 입체적으로 관찰되었다. 장치는 AC의 전기 삼투 및 전열 낮고 높은 주파수 영역에서 발생한 유동, 각각을 방지하지 않았다. 이 장치에 사용되는 그래 핀의 논문은 다재다능하고 유전 특성 분석이 완료된 후 이후 바이오 센서로 작동 할 수 있습니다.

서론

그래 핀은 높은 품질의 전자 특성과 잠재적 인 화학 및 바이오 센서의 응용 프로그램 ¹ 알려진 새로운 소재입니다. 그래 핀 nanoplatelets 촉매 지원 ^{2, 3,} 바이오 센서 ^4, 슈퍼 커패시터 ^(5), 그래 핀 / 폴리아닐린 및 실리콘 나노 입자 / 그래 핀 합성 ^6-8 등의 복합 전극에 사용되어왔다. 이 원고는 고유 한 3 차원 (3D)의 전극 층 미세 유체 장치로 그래 핀 종이의 사용을 설명합니다. 그래 핀 종이 전극은 절연 양면 테이프 및 폴리스티렌 구슬의 3D AC의 유전 영동을 수행 한 내 드릴 챔버 적층 하였다.

유전 (DEP)가 균일하지 않은 전기장에서 극성 입자의 이동을 의미한다. 입자가 다소 극성 주변 매체, 열매보다 때 긍정적 인 DEP (pDEP) 또는 음의 DEP (NDEP)가 발생각각 강한 또는 약한 전기장을 향한 움직임에 lting. 이 비선형 동 전기 도구, 정렬 트래핑, 입자 및 세포 생물학 ^9-15의 식별, 분리에 사용되었습니다. 편광 된 입자에 의해 경험 유전 힘은 전기장 구배, 입자 모양과 반경 전도도 및 유전율 등 입자 유전 특성뿐만 아니라 미디어 전도도와 유전율의 함수이다. 기....

프로토콜

1. 박판 전극 / 절연 3D 구조를 제작

1. 6 그라 핀 층의 경우, 5 테이프 계층 장치는 6 0.7 ㎝ × 1.5 ㎝의 직사각형으로 메스 또는 유사한 면도날과 가장자리가 직선 자와 그래 핀의 종이를 잘라 다섯 1.3 cm로 양면 압력에 민감한 테이프를 가위로 잘라 사용 X ~ 5cm 줄무늬.
   주 :도 1a에 도시 된 바와 같이, 이것은 3 접지 전극, 3 AC 신호 전극 소자를 수득 하였다. 층의 폭을 실시 7m​​m 쉽게 드릴링 충분히 넓은 아직, 유리 슬라이드에 들어갈 정도로 좁다. 2 mm 길이 쉽게 반복 사용에 휴식과 구리 와이어를 부착 할 수있는 충분한 공간이되지 않습니다. 장치의 깊이는 엔드 밀 깊이에 의해 제한됩니다.
2. 깨끗한 유리 슬라이드에 그래 핀 용지의 첫 번째 레이어를 놓습니다. 천천히 두 개의 인접한 그래 핀 종이 층 사이의 절연 (그림 1b을 보장하기 위해 ~ 2mm의 여백을두고, 테이프의 한 스트라이프와 그래 핀 종이의 한쪽 끝을 커버 ).
3. 그라 펜 용지 (도 1A)의 첫번째 층에 오프셋 테이프 위에 그래 핀 종이의 두번째 층을 배치. 층 사이 좋은 바다 표범 어업을 보장하기 위해 각 전도 층....

결과

6 μm의 폴리스티렌 구슬 유전 실험은 0.38 mm ³ 원통형 마이크로 잘 수행했다. 결과는 3 차원 그래 핀 종이 기반의 장치가 3 차원 금속 호일 적층 장치 ^{20, 21,} 전통적인 2D 금속 전극 ^{(26, 27)와} 유사한 유전 서명을 설명하고, 제 2 절연체 장치 ⁽²⁵⁾ 수 적층 것을 보여줍니다. 다음 실험에서, 15 V _{피크 - 피크} AC 신호를 적용하고, 주파수는 100 Hz에서 ³⁰ MHz의 10에서 변화시켰다. 질적 DEP 결과는 현장 적용 (첫 번째 열)까지의 시간 0에서 그림 3과 같이되어 전기 분야의 5 분 (두 번째 열) 후. 제공된 전계가 존재하지 않는 경우, 중력을 통해 장치 하부 (도 3a 및 b).도 3c에 서서히 침전 입자 및 전형적인 pDEP 같이, 1 kHz에서 발생 입증 거라고마이크로 .......

토론

이 원고는 소설 6 그라 핀 층과 5 테이프 층의 마이크로 디바이스를 제조하기위한 프로토콜을 자세히 설명합니다. 또한, 장치의 동작은 독특한 기하학적 관련 입자 속도 분석 방법과 함께 6.08 μm의 폴리스티렌 비즈 관찰 DEP 행동을 통해 설명된다. 동등하게 신뢰할 수있는 결과를 산출하면서 비선형 동 전기 장치를 구성하는 이러한 다양한 접근 방식은 전극과 유체 층의 미세 가공 기술보다 비용이 많이 든다.

또한,이 새로운 3D 그래 핀 종이 마이크로 디바이스는 모두 이론적으로 예측 된 행동에 동의 유전 실험 결과를 굴복 이전에 실험 결과 ^{35를보고했다.} 최대 10 MHz와 미디어 전도도에 1에서 100 Hz에서의 신호 주파수에 대한 × 10 ^-4 S / M 1.3 S / m로, 실험 pDEP이 관찰 된 아래와 NDEP이 관찰 된 위의 크로스 오버 주파수의 존재를 확인했습니다. 예상 한 바와 같이,NDEP는도 4a에

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
폴리스티렌 비즈	Spherotech, Inc.	PP - 60-10	6.08 > m 직경
그래핀 종이	XG Sciences, Inc.	XG 리프 B-072
양면 테이프	3M	N/A	136 사무용 테이프
은 전도성 에폭시	MG 화학 물질	8331-14G	파트 A 및 B 포함
만니톨	시그마 Aldrich	091M0020V
인산염 완충액 식염수	OmniPur	0381C490
현미경 (CCD 카메라)	Zeiss	Axiovert 200M
기능/파형 발생기	Agilent	33250A
주사기	Hamilton	84505
종이 클램프	ADAMS	3300-50-3848
오븐	Fisher Scientific	280A
멀티미터	OMEGA	HHM25
마이크로 밀링 머신	AEROTECH	ABL1500 스테이지/A3200 Npaq 컨트롤러
엔드밀	ULTRATOOL	708473
AxioVision	Zeiss	버전 4.8