Multiscale strukturer samman av präglade nanofibrer för funktionella ytor
Summary
Presenteras är en enkel metod att fabricera nano-micro multiscale strukturer, för funktionella ytor, genom sammanläggning nanofibrer dikta ihop användande en anodisk aluminiumoxid filter.
Abstract
Multiscale ytstrukturer har rönt ökande intresse på grund av flera potentiella tillämpningar i surface-enheter. Tillverkning av hybridstrukturer mikro-nano med en lättköpt, kostnadseffektiva och hög genomströmning metod är dock en befintlig utmaning i fältet. För att övervinna dessa utmaningar, föreslår detta papper ett protokoll för att fabricera multiscale strukturer med hjälp av endast ett avtryck med ett anodisk aluminiumoxid (AAO) filter och en evaporativ själv aggregering processen av nanofibrer. Till skillnad från tidigare försök som har syftar till att räta ut nanofibrer, visar vi en unik fabrication metod för multiskalproblem aggregerade nanofibrer med hög proportioner. Dessutom undersöktes den ytan morfologi och Vätbarheten av dessa strukturer på olika vätskor för att underlätta deras användning i multifunktionella ytor.
Introduction
Nanoskala texturerat strukturer såsom nanopartiklar, nanorör och nanofibrer har uppmärksammats i det vetenskapliga samfundet, eftersom de visar unika egenskaper i olika applikationer inklusive elektriska, biomedicinsk, optiska och yta teknik1,2,3,4,5,6,7,8. I synnerhet används nanofibrer allmänt i töjbart och transparenta elektroder9, kroppsburna sensorer10,11, sammankopplingar12,13och nano-optik applikationer 14. bland de olika metoderna att tillverka nanoskala strukturer, såsom sol-gel metoder, självmontering, litografi och replikering15,16,17,18, 19,20, direkta replikering med en mall anses för närvarande en lovande metod eftersom det är enkelt, kostnadseffektivt och tillämpas på olika botas material21,22 , 23 , 24 , 25 , 26.
På grund av dess multiscale struktur med ett stort antal nano-skala porer och mikroskala höjd, används AAO allmänt som mallen för tillverkning av nanofibrer och nanorör med en hög bildförhållande27,28,29 , 30. men på grund av ytspänningen på sådan en hög bildförhållande, nanofibrer tenderar att enkelt sammanställa31,32,33. Befintlig forskning har visat att nanofibrer har ett bildförhållande som är större än 15:1 gör inte stå upprätt men istället aggregerar, medan de som har ett förhållande mindre än 5:1 är individuellt isolerade utan aggregering33,34. Kapillär kraft och ytspänning spelar en viktig roll vid avlägsnande av aluminiumoxid med ett etsmedel, som är en av processerna under nanofiber fabrication. När bildförhållandet ökar tenderar ytspänning bland nanofibrer att dra dem närmare varandra, orsakar aggregering. Flera studier har fokuserat på metoder för att förhindra sådan aggregering35, som är särskilt observerade i polymer och metalliska nanofibrer. Bland dessa, kan hydrering av nanofiber ytan minska gytter eftersom när en vätska upptar utrymmena mellan nanofibrer, ytspänning minskar. Ytterligare, den frystorkning metoden kan också minska aggregation genom att minska ytspänningen mellan nanofibrer. Men trots olika insatser fortfarande uträtning av nanofibrer med bildförhållandet hög en utmaning.
I detta syfte rapportera vi en unik metod för tillverkning av trassliga nanofiber multiscale strukturer genom att utnyttja aggregering fenomenet på ett positivt sätt. Här, nanofiber strukturen är märkt med en AAO filter och polyuretan-akrylat (PUA)-Skriv hartser med en viskositet av 257.4 cP. Efter UV nano imprint litografi (UV-NIL) utförs, är mögel etsad med en NaOH-lösning. För att karakterisera de föreslagna multiscale strukturerna, undersöka vi mönster beteenden av provet med aggregerade nanofibrer och den ytan Vätbarheten efter korrekt ytbehandling såsom beläggning med en själv monterade enskiktslager och UV ozonrening . Dessutom föreslår vi att multiscale porösa ytan kan konverteras helt enkelt till en hal yta med en smörjmedel-infunderas process.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det viktigaste steget i tillverkning av församlingens egen aggregerade nanofiber är att säkerställa att filtret sprött AAO inte bryter vid tillämpning av kådan med gummi rullarna. I själva verket bör det säkerställas att filtret AAO inte bryter vid något tillfälle innan steget etsning. Eftersom filtret AAO är 25 mm i diameter, är storleken på substratet ca 30 x 30 mm.
Själv aggregerade nanofiber församlingen tillåter oss att ge olika funktionella ytor genom korrekt ytbehandl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta material bygger på arbete stöds av grundläggande vetenskap forskningsprogrammet genom den nationella Research Foundation i Korea (NRF) finansieras av ministeriet för vetenskap, IKT och framtida planering (NRF-2017R1A2B4008053) och på handels-, industri- och energi ( MOTIE, Korea) under Industrial Technology Innovation Program nr 10052802 och Sydkorea Institutet för främjande av teknik (KIAT) genom uppmuntran Program för branscher av ekonomiskt samarbete Region (N0002310).
Materials
| MINS 511RM | Minuta Tech | UV curable resin | |
| Octadecyltrichlorosilane (OTS) | Aldrich | Surface treatment | |
| Sodium oxidanide | SAMCHUN | Etching solution | |
| Anopore Inoganic Membranes | Whatman | 25mm/0.2µm | |
| MT-UV-A 47 | Meiji Techno | UV curing equipment | |
| UVC-30 | Jaesung Engineering | UVO treatment equipment | |
| Smart Drop Plus | FEMTOFAB | Contact angle measurement | |
| Fluorinert FC-70 | 3M | liquid mixture of completely fluorinated aliphatic compounds | |
| Polyethylene terephthalate film | Sunchem | Substrate | |
| Acetone (99.8%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Isopropyl alcohol (99.9%) | Daejung | Cleaning solution | |
| Rubber roller | Hwahong | For application of resin | |
| Corning Stirring Hot Plates | Corning | Hot plate equipment (5" x 7") |
References
- Elghanian, R., Storhoff, J. J., Mucic, R. C., Letsinger, R. L., Mirkin, C. A. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles. Science. 277, 1078-1081 (1997).
- Berdichevsky, Y., Lo, Y. H. Polypyrrole nanowire actuators. Advanced Materials. 18, 122-125 (2006).
- Mitchell, D. T., et al. Smart nanotubes for bioseparations and biocatalysis. Journal of the American Chemical Society. 124, 11864-11865 (2002).
- Nicewarner-Pena, S. R., et al. Submicrometer metallic barcodes. Science. 294, 137-141 (2001).
- Dersch, R., Steinhart, M., Boudriot, U., Greiner, A., Wendorff, J. H. Nanoprocessing of polymers: applications in medicine, sensors, catalysis, photonics. Polymers for Advanced Technologies. 16, 276-282 (2005).
- Baker, L. A., Jin, P., Martin, C. R. Biomaterials and biotechnologies based on nanotube membranes. Critical reviews in solid state and materials sciences. 30, 183-205 (2005).
- Xiang, H., et al. Block copolymers under cylindrical confinement. Macromolecules. 37, 5660-5664 (2004).
- Fei, G., et al. Electro-activated surface micropattern tuning for microinjection molded electrically conductive shape memory polyurethane composites. RSC Advances. 3, 24132-24139 (2013).
- Kim, K., et al. Stretchable and transparent electrodes based on in-plane structures. Nanoscale. 7, 14577-14594 (2015).
- Kim, J., et al. Wearable smart sensor systems integrated on soft contact lenses for wireless ocular diagnostics. Nature Communications. 8, 14997 (2017).
- Park, J., et al. Wearable, wireless gas sensors using highly stretchable and transparent structures of nanowires and graphene. Nanoscale. 8, 10591-10597 (2016).
- An, B. W., et al. High-resolution printing of 3D structures using an electrohydrodynamic inkjet with multiple functional inks. Advanced Materials. 27, 4322-4328 (2015).
- Kim, M., et al. Fully-integrated, bezel-less transistor arrays using reversibly foldable interconnects and stretchable origami substrates. Nanoscale. 8, 9504-9510 (2016).
- Zhao, Y. S., Zhan, P., Kim, J., Sun, C., Huang, J. Patterned growth of vertically aligned organic nanowire waveguide arrays. American Chemical Society Nano. 4, 1630-1636 (2010).
- Kuo, C. W., Shiu, J. Y., Chen, P. Size-and shape-controlled fabrication of large-area periodic nanopillar arrays. Chemistry of Materials. 15, 2917-2920 (2003).
- Lee, S. B., Koepsel, R., Stolz, D. B., Warriner, H. E., Russell, A. J. Self-assembly of biocidal nanotubes from a single-chain diacetylene amine salt. Journal of the American Chemical Society. 126, 13400-13405 (2004).
- Gibson, J. M. Reading and writing with electron beams. Physics Today. 50, 56-61 (1997).
- Kramer, N., Birk, H., Jorritsma, J., Schönenberger, C. Fabrication of metallic nanowires with a scanning tunneling microscope. Applied Physics Letters. 66, 1325-1327 (1995).
- Jiang, P., Bertone, J. F., Colvin, V. L. A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals. Science. 291, 453-457 (2001).
- Steinhart, M., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296, 1997 (2002).
- Hong, S. H., Hwang, J., Lee, H. Replication of cicada wing’s nano-patterns by hot embossing and UV nanoimprinting. Nanotechnology. 20, 385303 (2009).
- Han, K. S., Shin, J. H., Yoon, W. Y., Lee, H. Enhanced performance of solar cells with anti-reflection layer fabricated by nano-imprint lithography. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95, 288-291 (2011).
- Choo, S., Choi, H. J., Lee, H. Replication of rose-petal surface structure using UV-nanoimprint lithography. Materials Letters. 121, 170-173 (2014).
- Yu, Z., Chou, S. Y. Triangular profile imprint molds in nanograting fabrication. Nano Letters. 4, 341-344 (2004).
- Hirai, Y., Harara, S., Isaka, S., Kobayashi, M., Tanaka, Y. Nano-Imprint lithography using replicated mold by Ni electroforming. Japanese Journal of Applied Physics. 41, 4186 (2002).
- Kim, J. H., Cho, Y. T., Jung, Y. G. Selection of absorptive materials for non-reflective wire grid polarizers. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 17, 903-908 (2016).
- St˛epniowski, W. J., Salerno, M. Fabrication of nanowires and nanotubes by anodic alumina template-assisted electrodeposition. Manufacturing Nanostructures. 12, 321-357 (2014).
- Sousa, C. T., et al. Nanoporous alumina as templates for multifunctional applications. Applied Physics Reviews. 1, 031102 (2014).
- Hong, S. H., Bae, B. J., Lee, H., Jeong, J. H. Fabrication of high density nano-pillar type phase change memory devices using flexible AAO shaped template. Microelectronic Engineering. 87, 2081-2084 (2010).
- Schwirn, K., et al. Self-ordered anodic aluminum oxide formed by H2SO4 hard anodization. American Chemical Society Nano. 2, 302-310 (2008).
- Lee, P. S., et al. Vertically aligned nanopillar arrays with hard skins using anodic aluminum oxide for nano imprint lithography. Chemistry of Materials. 17, 6181-6185 (2005).
- Lopes, M. C., de Oliveira, C. P., Pereira, E. C. Computational modeling of the template-assisted deposition of nanowires. Electrochimica Acta. 53, 4359-4369 (2008).
- Choi, M. K., Yoon, H., Lee, K., Shin, K. Simple fabrication of asymmetric high-aspect-ratio polymer nanopillars by reusable AAO templates. Langmuir. 27, 2132-2137 (2011).
- Kim, Y. S., Lee, K., Lee, J. S., Jung, G. Y., Kim, W. B. Nanoimprint lithography patterns with a vertically aligned nanoscale tubular carbon structure. Nanotechnology. 19, 365305 (2008).
- Chen, G., Soper, S. A., McCarley, R. L. Free-standing, erect ultrahigh-aspect-ratio polymer nanopillar and nanotube ensembles. Langmuir. 23, 11777-11781 (2007).
- Jeong, Y., et al. Fabrication of Nano-Micro Hybrid Structures by Replication and Surface Treatment of Nanowires. Crystals. , (2017).
