3D 카본 나노튜브 Microstructures의 제조, Densification 및 복제 성형
Summary
우리는 수직으로 정렬된 탄소 나노튜브 (CNTs) 및 조직 nanoscale 표면 텍스처와 폴리머 microstructures 생산을위한 마스터 금형 등 자신의 이용 패턴 microstructures의 제조를위한 방법을 제시. CNT 숲이 크게 자신의 패킹 밀도를 증가 및 3D 형상의 자기 지향성 형성을 가능하게 기판, 위에 용매의 응축에 의해 densified됩니다.
Abstract
microfabrication의 새로운 재료와 공정의 도입은 많은 부분에서 마이크로 시스템즈, 실험실 – 온 – 칩 장치 및 그들의 애플 리케이션에서 많은 중요한 발전을 활성화하고있다. 특히, 고분자 microstructures의 비용 효율적인 가공을위한 기능은 소프트 리소그래피 및 기타 micromolding 기법 1, 2의 도래에 의해 변형, 이것은 생물 의학 공학, 생물학에 microfabrication의 어플 리케이션에 혁명을 주도했다. 그럼에도 불구하고, 그것은 잘 정의된 nanoscale 표면 질감으로 microstructures를 조작하고, 마이크로 스케일에서 임의의 3 차원 도형을 조작하는 도전 남아있다. 마스터 금형 모양 무결성 유지의 견고성이 높은 충실도 복잡한 구조의 복제와 그 nanoscale 표면 질감을 유지를 달성하는 데 특히 중요합니다. 계층적 질감, 그리고 이질적인 형태의 조합이 기존 microfabrication 방법에 대한 깊은 도전입니다 고맙다gely 고정 마스크 템플릿을 사용하여 하향식 에칭에 의존. 한편, 이러한 나노튜브와 나노 와이어와 같은 nanostructures의 상향식 합성은 nanostructures의 집단적 자기 조직을 활용하여 특히, microfabrication에 새로운 기능을 제공할 수 있으며, microfabricated 패턴과 관련한 자신의 성장 거동의 로컬 제어 .
우리의 목표는 우리가 새로운 microfabrication 소재로 CNT "숲"으로 참조 수직으로 정렬된 탄소 나노튜브 (CNTs), 소개하는 것입니다. ; CNT의 microstructures의 자체 감독 elastocapillary densification 및 CNT 복합 마스터 금형을 이용한 폴리머의 복제본 성형 microstructures 석판 패턴 촉매 박막의 열 CVD에 의한 CNT 산림 microstructures의 제조 : 우리는 최근 우리 그룹이 개발한 관련 방법 중 제품군에 대한 자세한 내용을 제시 . 특히, 우리의 작품 perfo 즉 자기 지향성 모세관 densification (이하 "성형 모세관") 보여줍니다CNT의 microstructures와 기판에 용매의 응축에 의해 rmed 크게 CNTs의 포장 밀도를 증가시킵니다. 이 과정은 전형적인 microfabrication의 폴리머 분들을 초과 견고한 기계적 특성을 가지고 논리적으로 경사, 그리고 뒤틀린 모양으로 수직 CNT의 microstructures의 감독 변혁을 가능하게합니다. 이것에 차례 폴리머의 모세관 구동 침투하여 nanocomposite CNT 마스터 금형의 형성을 가능하게합니다. 복제 구조 정렬 CNTs의 비등 방성 nanoscale 질감을 전시하고, 서브 마이크론 두께와 50:1를 초과하는 가로 세로 비율과 벽면을 가질 수 있습니다. 제조에서 CNT의 microstructures의 통합 화학 및 생화학 작용화 3 CNTs의 전기적 및 열적 특성, 그리고 다양한 기능을 이용할 수있는 추가 기회를 제공합니다.
Protocol
Discussion
리소그래피 patterning 및 CNT 촉매 기판의 준비는 간단하고 반복 사용할 수 있지만 지속적인 CNT의 성장을 달성하는 것은 CNT 숲의 높이 및 밀도가 주위 습도와 성장 튜브의 상태에 의해 영향을하는 방법에주의가 필요합니다. 우리의 경험에 의하면, 1000 μm의보다 큰 무늬 2 공정 조건의 작은 변동에 덜 민감합니다. 또한, 패턴 재생의 밀도 성장 밀도와 높이 8에 영향을줍니다. 성장 밀도?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 국립 과학 재단 (CMMI-0927634)의 Nanomanufacturing 프로그램에 의해 지원되었다. Davor Copic는 미시간 대학에서 Rackham의 기능장 원정대 프로그램에 의해 부분적으로 지원되었다. Sameh Tawfick는 Rackham Predoctoral 원정대의 부분적인 지원을 인정한다. 플랜더스 (FWO) – 마이클 드 Volder은 과학적 연구를위한 벨기에의 기금에 의해 지원되었다. Microfabrication는 국가 나노기술 인프라 네트워크의 구성 원인 Lurie의 Nanofabrication 시설 (LNF)에서 수행되었다, 그리고 전자 현미경은 미시간 전자 Microbeam 분석 연구소 (EMAL)에서 수행되었다.
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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