3 डी कार्बन माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम्स (सी-एमईएमएस) का निर्माण
Summary
लंबे और खोखले ग्लासी कार्बन माइक्रोफिबर एक प्राकृतिक उत्पाद के प्योरोलिसिस के आधार पर निर्मित किए गए थे, मानव बाल। कार्बन माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल और कार्बन नैनो-टर्मिनल सिस्टम, या सी-एमईएमएस और सी-एनईएमएस के दो निर्माण चरण हैं: (i) एक कार्बन युक्त पॉलीमर अग्रेषक की फोटोलिथोग्राफ़ी और (ii) नमूनों वाले पॉलिमर अग्रदूत की पैरालिसिस।
Abstract
विविध प्रकार के कार्बन स्रोत प्रकृति में उपलब्ध हैं, विभिन्न प्रकार के सूक्ष्म / नैनोस्टक्चर कॉन्फ़िगरेशन के साथ। यहां, मानव बालों से प्राप्त लंबे और खोखले ग्लासी कार्बन माइक्रोफिबरों को तैयार करने के लिए एक उपन्यास तकनीक पेश की गई है। लंबे और खोखले कार्बन संरचनाओं को मानव शरीर के pyrolysis द्वारा 900 डिग्री सेल्सियस पर एन 2 वायुमंडल में बनाया गया था। Pyrolysis के कारण भौतिक और रासायनिक परिवर्तन का अनुमान लगाने के लिए, क्रमशः प्राकृतिक और पाइरोलाइज्ड मानव बालों की आकारिकी और रासायनिक संरचना की जांच स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) और इलेक्ट्रॉन-डिस्पोजेबल एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (एडीएक्स) के माध्यम से की गई। रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का प्रयोग कार्बन माइक्रोस्ट्रक्चर के गन्दा प्रकृति की पुष्टि के लिए किया गया था। स्क्रीन-मुद्रित कार्बन इलेक्ट्रोड को संशोधित करने के लिए पाइरलाइज़्ड बाल कार्बन पेश किया गया था; संशोधित इलेक्ट्रोडों को तब डोपामाइन और एस्कॉर्बिक एसिड की विद्युत रासायनिक संवेदन पर लागू किया गया था। अनमोदी की तुलना में संशोधित सेंसर के सेंसिंग का प्रदर्शन बेहतर हुआफ्यूड सेंसर वांछित कार्बन संरचना डिजाइन प्राप्त करने के लिए, कार्बन सूक्ष्म / नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (सी-एमईएमएस / सी-एनईएमएस) तकनीक विकसित की गई थी। सबसे आम सी-एमईएमएस / सी-एनईएमएस निर्माण प्रक्रिया में दो चरण होते हैं: (i) एक कार्बन-युक्त आधार सामग्री का पैटर्न, जैसे कि फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करते हुए एक सहज पॉलीमर; और (ii) ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में नमूनों वाले पॉलिमर के पैरालिसिस के माध्यम से कार्बोनीकरण। सी-एमईएमएस / एनईएमएस प्रक्रिया का व्यापक रूप से विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए सूक्ष्म-बैटरी, सुपरकैपैसिटर्स, ग्लूकोज सेंसर, गैस सेंसर, ईंधन कोशिकाओं और त्रिकोणीय निर्बाध नैनोजनेरर्स सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए माइक्रोइलेक्ट्रोनिक उपकरण विकसित करने के लिए उपयोग किया गया है। यहां, SU8 photoresists के साथ एक उच्च-पहलू अनुपात ठोस और खोखले कार्बन माइक्रोस्ट्रक्चर की हाल की घटनाओं पर चर्चा की जाती है। पिओरोलिसिस के दौरान स्ट्रक्चरल संकोचन की जांच कन्फोकल माइक्रोस्कोपी और एसईएम द्वारा की गई। रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी संरचना के क्रिस्टलीयटी की पुष्टि के लिए इस्तेमाल किया गया था, और तत्वों के परमाणु प्रतिशतएटीएक्स का उपयोग करके और पहले पायरी के बाद सामग्री में एनटी।
Introduction
कार्बन में कई एलोोट्रॉप्स हैं और, विशेष रूप से आवेदन के आधार पर, निम्न ऑलोट्रॉप्स में से एक चुना जा सकता है: कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी), ग्रेफाइट, हीरा, अनाकार कार्बन, लोनडैडाईइट, बैकमिन्स्टरफुल्रीन (सी 60 ), फुलरेट (सी 540 ), फुलरीन ( सी 70 ), और ग्लासी कार्बन 1 , 2 , 3 , 4 । ग्लासी कार्बन उच्च आइसोट्रॉपी सहित इसकी भौतिक गुणों के कारण सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले एलोोट्रोपों में से एक है। इसमें निम्नलिखित गुण हैं: अच्छा विद्युत चालकता, कम थर्मल विस्तार गुणांक, और गैस अभेद्यता।
कार्बन-युक्त पूर्ववर्ती सामग्री कार्बन संरचनाओं को प्राप्त करने के लिए निरंतर खोज रही है। ये पूर्ववर्ती मैनमेड सामग्री या प्राकृतिक उत्पाद हो सकते हैं जो विशेष रूप से उपलब्ध हैं, और यहां तक कि अपशिष्ट उत्पादों को भी शामिल कर सकते हैं। माइक्र की एक विस्तृत विविधता ओ / नैनोस्ट्रक्चर जैविक या पर्यावरणीय प्रक्रियाओं के माध्यम से प्रकृति में बनते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अनूठी विशेषताओं का निर्माण होता है जो कि परंपरागत निर्माण उपकरण का उपयोग करना बेहद मुश्किल होता है। इस मामले में पैटर्न के रूप में स्वाभाविक रूप से हुआ, प्राकृतिक और अपशिष्ट हाइड्रोकार्बन पूर्ववर्तियों का उपयोग करने वाले नैनोमिटेरियल्स के संश्लेषण को एक निष्क्रिय, वैक्यूम वायुमंडल में थर्मल अपघटन के एक-चरण प्रक्रिया का उपयोग करके पायरोलिसिस 5 कहा जा सकता है। थर्मल अपघटन या पौधे व्युत्पन्न पूर्ववर्ती और अपशिष्ट पदार्थों के बीज, तंतुओं, और तेल जैसे टर्पेन्टाइन तेल, तिल का तेल सहित उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन, एकल-दीवार वाले सीएनटी, मल्टी-दीवार वाले सीएनटी और कार्बन डॉट्स का उत्पादन किया गया है। , नीम तेल ( अजादिराछा इंडिका ), नीलगिरी तेल, पाम तेल और जेट्रोफा तेल। इसके अलावा, कपूर उत्पादों, चाय-पेड़ के अर्क, अपशिष्ट पदार्थ, कीड़े, कृषि अपशिष्ट और खाद्य उत्पादों का उपयोग 6 , 7 ,गधा = "xref"> 8 , 9 हाल ही में, शोधकर्ताओं ने भी छिद्रपूर्ण कार्बन माइक्रोफाइबर 10 तैयार करने के लिए पूर्ववर्ती सामग्री के रूप में रेशम कोकून का इस्तेमाल किया है। मानव बाल, आमतौर पर एक बेकार सामग्री माना जाता है, हाल ही में इस टीम द्वारा उपयोग किया गया था। यह लगभग 91% पॉलीपेप्टाइड से बना है, जिसमें 50% से अधिक कार्बन होता है; शेष आक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन और सल्फर 11 जैसे तत्व हैं। बाल कई दिलचस्प गुणों के साथ आता है, जैसे बहुत धीमी गिरावट, उच्च तन्य शक्ति, उच्च तापीय इन्सुलेशन, और उच्च लोचदार वसूली। हाल ही में, यह सुपर कैपेसिटर 12 में कार्यरत कार्बन फ्लेक्स तैयार करने के लिए इस्तेमाल किया गया है और इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसिंग 13 के लिए खोखले कार्बन माइक्रोफिबर बनाने के लिए उपयोग किया गया है।
तीन-आयामी (3 डी) संरचनाओं को तैयार करने के लिए एक थोक कार्बन सामग्री की मशीनिंग एक मुश्किल काम है, क्योंकि सामग्री बहुत भंगुर है। केंद्रित आयन होना14 , 15 या प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी 16 इस संदर्भ में उपयोगी हो सकती है, लेकिन वे महंगे और समय लेने वाली प्रक्रियाएं हैं कार्बन माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (सी-एमईएमएस) तकनीक, जो नमूनों वाले पॉलीमर संरचनाओं के पैरालिसिस पर आधारित होती है, एक बहुमुखी विकल्प का प्रतिनिधित्व करती है। पिछले दो दशकों में, सी-एमईएमएस और कार्बन नैनोएलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम्स (सी-एनईएमएस) को बहुत अधिक ध्यान दिया गया है क्योंकि इसमें शामिल सरल और सस्ती निर्माण कदम हैं। परंपरागत सी-एमईएमएस निर्माण प्रक्रिया दो चरणों में की जाती है: (i) फोटोलिथोग्राफी के साथ एक बहुलक अग्रदूत ( उदाहरण के लिए, फोटो्रेसिस्ट) और नमूनों वाले संरचनाओं के (ii) पायोलाइज़िस के पैटर्निंग। अल्ट्रावियोलेट (यूवी) -टेबल पॉलिमर पूर्ववर्ती, जैसे SU8 photoresists, अक्सर फोटोलिथोग्राफी के आधार पर पैटर्न संरचना के लिए उपयोग किया जाता है। सामान्य रूप से, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में स्पिन कोटिंग, सॉफ्ट सेंकना, यूवी एक्सपोज़र, पोस्ट बेक, और डेव के लिए कदम शामिल हैंlopment। सी-एमईएमएस के मामले में; सिलिकॉन; सिलिकॉन डाइऑक्साइड; सिलिकॉन नाइट्राइड; क्वार्ट्ज; और, हाल ही में, नीलमणि का उपयोग substrates के रूप में किया गया है फोटो-नमूनों वाले बहुलक संरचनाओं को एक ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में उच्च तापमान (800-1,100 डिग्री सेल्सियस) पर कार्बोनाइज किया जाता है। वैक्यूम या निष्क्रिय वातावरण में उन ऊंचा तापमान पर, सभी गैर-कार्बन तत्व हटा दिए जाते हैं, केवल कार्बन छोड़कर। इस तकनीक में उच्च-गुणवत्ता, ग्लासी कार्बन संरचनाओं की प्राप्ति की अनुमति मिलती है, जो कई अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयोगी होते हैं, जिसमें इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसिंग 17 , ऊर्जा भंडारण 18 , ट्रॉबिइलेक्ट्रिक नैनोजनेरेशन 1 9 , और इलेक्ट्रोकोनिक कण मेहनण 20। साथ ही, 3 डी माइक्रोस्ट्रक्चर का निर्माण सी-एमईएमएस का इस्तेमाल करने वाले उच्च पहलू अनुपात अपेक्षाकृत आसान हो गए हैं और कई तरह के कार्बन इलेक्ट्रोड अनुप्रयोग 18 , 21 , </sup> 22 , 23 , अक्सर महान धातु इलेक्ट्रोड की जगह।
इस काम में गैर-परंपरागत सी-एमईएमएस प्रौद्योगिकी 13 का इस्तेमाल करते हुए मानव बाल से खोखले कार्बन माइक्रोफिबर्स का निर्माण करने के लिए एक सरल और लागत प्रभावी तरीके का हालिया विकास शुरू किया गया है। पारंपरिक SU8 बहुलक आधारित सी-एमईएमएस प्रक्रिया भी यहां वर्णित है। विशेष रूप से, उच्च-पहलू अनुपात ठोस और खोखले एसयू 8 संरचनाओं के लिए निर्माण प्रक्रिया 24 को वर्णित है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस पत्र में प्राकृतिक पूर्ववर्ती सामग्री या फोटो-नमूनों वाले बहुलक संरचनाओं के pyrolysis के आधार पर विभिन्न कार्बन माइक्रोस्ट्रक्चर बनाने के तरीकों की सूचना मिली थी। पारंपरिक और गैर-पारंपरिक सी-एमईएमएस / ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम टेक्नोलकोको डी मोंटेरे और इरविन में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय द्वारा समर्थित था।
Materials
| SU8-2100 | Microchem | Product number-Y1110750500L | |
| Spinner | Laurell Technologies Corporation | Model-WS650HZB-23NPP/UD3 | |
| Hotplate | Torrey Pines Scientific | HS61 | |
| UV-exposer | Mercury Lamp, SYLVANIA | H44GS-100M, P/N-34-0054-01 | |
| Photomask | CAD/Art | No number | |
| Developer | Microchem | Y020100 4000L | |
| DI water system | Milli Q | ZOOQOVOTO | |
| IPA | CTR Sientific | CTR 01244 | |
| N2 gas | AOC Mexico | No number | |
| Furnace | PEO 601, ATV Technologie GMBH | Model-PEO 601, Serial no.-195 | |
| Si/SiO2 | Noel Technologies |
References
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