결함이 최소화된 다공성 기판에 폴리머 필름 을 이송하는 절차
Summary
우리는 3D 인쇄 드레인 챔버를 사용하여 다공성 지지 기판에 블록 공중합체 박막을 고도로 제어하고 주름이없는 이송절차를 제시합니다. 드레인 챔버 설계는 일반적으로 재현 할 수없는 방식으로 손으로 수행 다공성 기판에 거대 분자 필름의 전송과 관련된 모든 절차와 일반적인 관련이있다.
Abstract
박막 복합 막을 포함하는 장치의 제조는 임의지지 기판의 표면에 이러한 필름의 전송을 필요로한다. 고도로 제어되고 기계화되고 재현 가능한 방식으로 이러한 전송을 수행하면 장치 성능과 사용 가능한 영역을 손상시키는 박막 내에서 대용량 결함 구조(예: 눈물, 균열 및 주름)가 생성되지 않습니다. 샘플당. 여기서, 우리는 물 여과 멤브레인 장치로서 최종적으로 사용하기 위한 임의의 다공성 지지기 상에 중합박막의 고도로 제어되고 기계화된 전달을 위한 일반적인 프로토콜을 설명한다. 구체적으로, 우리는 희생, 수용성 폴리 (아크릴 산) (PAA) 층 및 실리콘 웨이퍼 기판 위에 블록 공중합체 (BCP) 박막을 제조합니다. 그런 다음 맞춤형 3D 프린팅 이송 도구와 드레인 챔버 시스템을 사용하여 BCP 박막을 다공성 양극 산화 알루미늄 산화물(AAO) 지지 디스크의 중앙에 증착, 리프트 오프 및 이송합니다. 이송된 BCP 박막은 물과 3D 프린팅 플라스틱 드레인 챔버 사이에 형성된 반월상 연골의 안내로 인해 지지면의 중심에 일관되게 배치되는 것으로 나타났다. 또한 기계화 된 전사 처리 된 박막을 핀셋사용과 수작업으로 전송한 필름과 비교합니다. 기계화 공정에서 이송된 박막의 광학 검사 및 이미지 분석은 수동에서 생성된 수많은 눈물과 주름에 비해 거의 또는 전혀 매크로 스케일의 불균일성 또는 소성 변형이 생성되는 것을 확인합니다. 손으로 전송할 수 있습니다. 우리의 결과는 박막 전달을 위한 제안된 전략이 많은 시스템 및 응용 분야에서 다른 방법과 비교할 때 결함을 줄일 수 있음을 시사합니다.
Introduction
박막 및 나노 멤브레인 기반 장치는 최근 유연한 광전지 및 포토닉스, 접이식 디스플레이 및 웨어러블 전자 기기에 이르기까지 광범위한 응용 분야에서 잠재적 인 사용으로 인해 광범위한 관심을 얻고 있습니다1. 2개 , 3. 이러한 다양한 유형의 장치를 제조하기위한 요구 사항은 이러한 필름의 취약성과 매크로 스케일 결함의 빈번한 생산으로 인해 여전히 어려운 여전히 임의의 기판의 표면으로 박막을 전송하는 것입니다. 4,5,6,7전송 후 필름 내에서 주름, 균열 및 눈물과 같은 구조. 손으로 수동 전송, 핀셋 및 와이어 루프는 박막 전달의 일반적인 방법이지만 필연적으로 구조적 부조화 및소성 변형 8,9를초래한다. 다양한 유형의 박막 전달 방법론이 다음과 같이 탐구되었습니다: 1) 다각형 다각형 실실록산 (PDMS) 스탬프 전송, 이는 공체 기판으로부터 박막을 얻기 위해 탄성 술스탬프의 사용을 포함하고 이어서 수신으로 전달 기판10및 2) 희생층 전달(11)은, 에칭이 지지기와 박막 사이에 희생층을 선택적으로 용해시키는 데 사용되며, 이로 인해 박막을 해제한다. 그러나, 이러한 기술만으로는 박막(12) 내에서 손상 또는 결함 형성을발생시키지 않고 박막 전달을 반드시 허용하지는 않는다.
여기에서는 맞춤형 설계, 3D 프린팅 드레인 챔버 시스템 내에서 희생 층 리프트 오프 및 반월 상 연골 유도 전송을 기반으로 한 새로운 저비용 및 일반화 가능한 허시블 방법을 제시하여 블록 공중합체 (BCP) 박막을 기계적으로 배치합니다. 양극 산화 알루미늄 산화물 (AAO) 디스크와 같은 다공성 기판의 중심은 주름, 눈물 및 균열과 같은 거의 발생하지 않는 대용량 결함 구조를 발생시지 않습니다. 본 맥락에서, 이들 전달된 박막은 물 여과 연구에서 장치로서 사용될 수 있고, 잠재적으로 순차적 침윤 합성(SIS) 처리후9. 광학 현미경 검사법에서 얻은 이송된 필름의 이미지 분석은 반월상 연골 유도, 배수 챔버 시스템이 부드럽고 견고하며 주름이 없는 샘플을 제공한다는 것을 보여줍니다. 또한 이미지는 박막 멤브레인을 수신 기판의 중심에 안정적으로 배치하는 시스템의 능력을 보여줍니다. 우리의 결과는 임의의 다공성 기판의 표면에 박막 구조물의 전송을 요구하는 장치 응용 프로그램의 모든 유형에 대한 중요한 의미를 갖는다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜에 나열된 많은 단계는 박막 전달의 성공에 매우 중요하지만, 사용자 정의 설계 3D 인쇄 드레인 챔버의 특성상 사용자의 특정 요구 사항에 따라 광범위한 유연성을 허용합니다. 예를 들어, 수신기 기판이 본 연구에서 활용되는 25mm 직경의 AAO 디스크보다 더 큰 직경을 가지는 경우, 드레인 챔버는 새로운 사양에 맞게 적절하게 변형될 수 있다. 그러나 효과적인 전송 결과를 보장하는 데 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 에너지 -물 시스템을위한 고급 재료의 일환으로 지원되었다 (AMEWS) 센터, 에너지 국경 연구 센터 에너지 의 미국 부서에 의해 투자, 과학의 사무실, 기본 에너지 과학. 우리는 마크 스토이코비치와 폴 닐리와 함께 하는 유익한 토론을 감사하게 인정합니다.
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 |
References
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