Moulage de fabrication, de densification, et une réplique de 3D Microstructures de nanotubes de carbone
Summary
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.
Abstract
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.
Protocol
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 mod…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été financée par le programme de nanofabrication de la National Science Foundation (CMMI-0927634). Davor Copic a été soutenu en partie par le Programme de bourses au mérite à Rackham l'Université du Michigan. Sameh Tawfick reconnaît un soutien partiel de la bourse pré-doctorale Rackham. Michael De Volder a été soutenu par le Fonds belge de la Recherche Scientifique – Flandre (FWO). Microfabrication a été réalisée à la nanofabrication Lurie (LNF), qui est un membre du Réseau National Nanotechnology Infrastructure et microscopie électronique a été réalisée à la Michigan Electron microfaisceaux Laboratoire d'Analyse (EMAL).
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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