Moulage de fabrication, de densification, et une réplique de 3D Microstructures de nanotubes de carbone

Résumé

Nous présentons les méthodes pour la fabrication de microstructures à motifs de nanotubes de carbone alignés verticalement (CNTS), et leur utilisation comme maître moule pour la production de microstructures polymères avec texture de la surface organisée échelle nanométrique. Les forêts CNT sont densifiées par condensation de solvant sur le substrat, ce qui augmente sensiblement la densité de tassement et permet l'auto-formation de formes 3D.

Résumé

L'introduction de nouveaux matériaux et procédés de microfabrication a, en grande partie, a permis de nombreuses avancées importantes dans des microsystèmes, de laboratoire-sur-une-puce appareils, et de leurs applications. En particulier, les capacités de rapport coût-efficacité de fabrication de microstructures polymères ont été transformés par l'avènement de la lithographie douce et les techniques de micromoulage autres ^{1, 2,} ce qui a conduit une révolution dans les applications de microfabrication à l'ingénierie biomédicale et de la biologie. Néanmoins, il reste difficile de fabriquer des microstructures bien définis textures de surface nanométrique, et pour fabriquer des formes en 3D arbitraires à la micro-échelle. Robustesse des moules maîtres et de maintenance de l'intégrité de forme est particulièrement important de parvenir à la réplication de haute fidélité de structures complexes et de préserver leur texture de surface nanométrique. La combinaison de textures et de formes hiérarchiques, hétérogènes, est un grand défi aux méthodes de microfabrication existantes qui LARgely compter sur top-down gravure en utilisant des modèles de masque fixe. D'autre part, la synthèse bottom-up de nanostructures, comme les nanotubes et nanofils peuvent offrir de nouvelles fonctionnalités pour la microfabrication, en particulier en prenant avantage de l'auto-organisation collective de nanostructures, et le contrôle local de leur comportement de croissance par rapport à motifs microfabriqués .

Notre objectif est d'introduire des nanotubes de carbone alignés verticalement (CNTS), que nous appelons la CNT «forêts», en tant que matériau de microfabrication nouvelle. Nous présentons les détails d'une suite de méthodes connexes récemment développés par notre groupe: fabrication de microstructures forestiers CNT par CVD thermique à partir de films catalyseur lithographier minces; auto-densification elastocapillary de microstructures CNT, et de moulage de polymère réplique microstructures en utilisant des moules CNT composite maître . En particulier, notre travail montre que la densification autogéré capillaire ("capillaire formant"), qui est performé par condensation d'un solvant sur le substrat avec des microstructures CNT, augmente de manière significative la densité de tassement des nanotubes de carbone. Ce processus permet la transformation dirigée de microstructures CNT verticales dans des formes droites, obliques, et tordu, qui ont de solides propriétés mécaniques supérieures à celles des polymères de microfabrication typiques. Cette tour permet la formation de moisissures nanocomposites maîtres CNT par capillaire axée sur l'infiltration de polymères. Les structures répliques présentent la texture anisotrope échelle nanométrique des NTC alignés, et peut avoir des murs avec des sous-microns d'épaisseur et des rapports d'aspect 50:1 dépassant. Intégration des microstructures dans la fabrication de la CNT offre nouvelle occasion d'exploiter les propriétés électriques et thermiques des nanotubes de carbone, et des capacités diverses pour l'industrie chimique et la fonctionnalisation biochimique ^3.

Protocole

1. Modélisation Catalyst

1. Acquérir une plaquette (100) de silicium avec une couche de dioxyde de silicium épais 3000A, avec au moins un côté brillant. Alternativement, vous pouvez acquérir une plaquette de silicium à nu et se développer de dioxyde de silicium 3000A sur la plaquette. Tous les traitements décrits ci-dessous est fait sur le côté poli de la plaquette.
2. Spincoat une couche de HMDS à 500rpm pour 4s, puis à 3000rpm pendant 30s. HMDS favorise l'adhérence entre la tranche et la résine photosensible.
3. Spincoat une couche de SPR-220-3 à 500rpm pendant 4s, puis à 3000rpm pendant 30s.
4. Cuire la galette sur une plaque chauf....

Discussion

Structuration lithographique et la préparation des substrats CNT catalyseur est simple et reproductible; toutefois atteindre une croissance constante CNT exige une attention particulière à la façon dont la hauteur et la densité des forêts CNT sont touchés par l'humidité ambiante et l'état de la croissance des tubes. Dans notre expérience, des tendances de plus de 1000 um ² sont moins sensibles à de faibles fluctuations dans les conditions de traitement. En outre, la densité des pièces modèles affecte .......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Nom du réactif	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
4 "diamètre <100> tranches de silicium revêtues de SiO 2 (300 nm)	Silicon Quête	Coutume
Photorésist positif	MicroChem	SPR 220 à 3,0
Hexamethyldisilizane (HMDS)	MicroChem
Promoteur	AZ Electronic Materials Corp aux Etats-Unis	AZ 300 MIF
Système de pulvérisation	Kurt J. Lesker	Lab 18	Système de pulvérisation pour le dépôt du catalyseur
Thermo Fisher-Minimes	Fisher Scientific	TF55030A	Four tubulaire pour la croissance CNT
Tube de quartz	Produits en verre technique	Coutume	22 mm de diamètre x 25 mm de diamètre extérieur 30 "de longueur
Hélium gaz	PurityPlus	Il (prépurifiée 300)
Le gaz hydrogène	PurityPlus	H 2 (prépurifiée 300)	UHP
Le gaz éthylène	PurityPlus	C 2 H 4 (prépurifiée 300)	UHP
Feuille d'aluminium perforée	McMaster-Carr	9232T221	Pour maintenir l'échantillon ci-dessus bécher densification
Lampe UV contre les inondations	Dymax	Modèle 2000
SU-8 2002	MicroChem	SU-8 2002
Polydiméthylsiloxane (PDMS)	Dow Corning	Sylgard 184 Kit élastomère de silicone