נוהל העברת סרטים פולימריים אל מצעים נקבובי עם פגמים ממוזערים
Summary
אנו מציגים הליך מבוקרת מאוד והעברה ללא קמטים של בלוק הסרטים דקים הקופולימר על מצעים תמיכה נקבובי באמצעות תא ביוב 3D מודפס. העיצוב בחדר הניקוז הוא של רלוונטיות כללית לכל ההליכים מעורבים העברת סרטים macromolecular על מצעים נקבובי, אשר נעשה בדרך כלל על ידי יד באופן הלתי הפיך.
Abstract
הייצור של התקנים המכילים ממברנות סרט דק מחייבת העברת סרטים אלה על פני השטח של תמיכה שרירותית מצעים. השגת העברה זו בצורה מבוקרת מאוד, ממוכן ומדומה יכולה לסלק את היצירה של מבני פגם מאקרוסולם (למשל, דמעות, סדקים וקמטים) בתוך הסרט הדק הפוגע בביצועי המכשיר ובשטח הניתן לשימוש לכל דוגמה. כאן, אנו מתארים פרוטוקול כללי עבור העברה מבוקרת מאוד ממוכן של סרט דק פולימריים על מצע תמיכה שרירותית נקבובי לשימוש בסופו של דבר כמכשיר ממברנה סינון מים. באופן ספציפי, אנו להמציא בלוק קופולימר (BCP) סרט דק על גבי ההקרבה, מסיסים במים פולי (חומצה אקרילית) (צפות) שכבה סיליקון וופל. לאחר מכן אנו לנצל מותאם אישית מעוצב, 3D-מודפס כלי העברה מערכת קאמרית ניקוז להפקיד, להמריא, ולהעביר את הסרט BCP דק על המרכז של תחמוצת האלומיניום נקבובי (AAO) תמיכה דיסק. הסרט המועבר BCP דק מוצג בעקביות ממוקם על מרכז משטח התמיכה בשל ההדרכה של מניסקוס נוצר בין המים לחדר הניקוז פלסטיק מודפס 3D. אנו גם משווים את הסרטים שלנו ממוכן העברה מעובד דק לאלה שהועברו ביד עם שימוש של מלקחיים. בדיקה אופטית וניתוח תמונה של הסרטים דק הועבר מן התהליך ממוכן לוודא כי מעט-אל-ללא מאקרוקנה המאכלי או מדומציות פלסטיק מיוצרים, לעומת ריבוי של דמעות וקמטים המיוצרים מתוך ידני העביר ביד. התוצאות שלנו מרמזות על כך שהאסטרטגיה המוצעת להעברת סרט דק יכולה להפחית פגמים בהשוואה לשיטות אחרות במערכות וביישומים רבים.
Introduction
סרט דק והתקנים מבוססי nanomembrane לאחרונה צברה עניין רחב בשל השימוש הפוטנציאלי שלהם במגוון רחב של יישומים, החל photovoltaics גמיש, פוטוניקה, צגים מתקפלת, ואלקטרוניקה לבישים1, מיכל השני , 3. דרישה לייצור סוגים שונים של התקנים אלה היא העברת סרטים דקים למשטחים של מצעים שרירותיים, אשר נשאר מאתגרת עקב שבריאת הסרטים הללו ואת הייצור התדיר של פגם מאקרוסולם מבנים, כגון קמטים, סדקים ודמעות, בתוך הסרטים לאחר העברת4,5,6,7. העברה ידנית על ידי, מלקחיים, ולולאות תיל הם שיטות נפוצות של העברת הסרט דק, אבל באופן בלתי נמנע התוצאה חוסר מבניים והדפורמציה פלסטיק8,9. סוגים שונים של מתודולוגיות העברת סרט דק נחקרו כגון: 1) polydiמתיל siloxane (PDMS) העברה בולים, אשר כרוך בשימוש בחותמת אלסטואריק כדי להשיג את הסרט הדק ממצע התורם ולאחר מכן העברה לקבלת מצע10, ו 2) העברת שכבת ההקרבה11, שבו etchant משמש באופן סלקטיבי לפזר שכבת ההקרבה בין מצע התמיכה ואת הסרט הדק, ובכך להסיר את הסרט הדק. עם זאת, שיטות אלה בלבד לא מאפשרות בהכרח העברת סרט דק מבלי לגרום נזק או פגם היווצרות בתוך הסרטים הדק12.
כאן, אנו מציגים רומן, בעלות נמוכה, ושיטת כללי המבוסס על שכבת ההקרבה מעלית-off ו-meniscus-העברה מודרכת בתוך מותאם אישית מעוצב, 3D-מודפס מערכת תא הניקוז, למקום מכני לחסום קורר (BCP) הסרטים דקים על מרכזים של מצעים נקבובי כגון אלומיניום אוקסיד (AAO) דיסקים עם מבנים פגמים קטנים מסוג מאקרוסולם, כגון קמטים, דמעות, סדקים. בהקשר הנוכחי, אלה סרטים דקים שהועברו ניתן להשתמש כמכשירים בלימודי סינון מים, פוטנציאל לאחר סינתזה חדירה רציפה (SIS) עיבוד9. ניתוח תמונה של סרטים שהועברו שהתקבלו ממיקרוסקופיה אופטית מראים כי המערכת מונחה-בתאי ניקוז מספק חלק, עמיד, ונטול קמטים. בנוסף, התמונות מדגימות גם את היכולת של המערכת למקם באופן מהימן את קרום הסרט הדק על המרכזים של מצעים מקבלים. התוצאות שלנו יש השלכות משמעותיות עבור כל סוג של יישום המכשיר המחייב העברה של מבני הסרט דק על פני משטחים של מצעים נקבובי שרירותי.
Protocol
Representative Results
Discussion
בעוד שרבים מהצעדים המפורטים בפרוטוקול זה חיוניים להצלחת העברת הסרט הדק, האופי של חדר הניקוז המודפס בתלת-ממד המותאם אישית מאפשר גמישות רחבה, בהתאם לדרישות הספציפיות של המשתמש. לדוגמה, אם למצע המקבל יש קוטר גדול יותר מאשר דיסקי AAO בקוטר 25 מ”מ הנמצאים בשימוש במחקר זה, תא הניקוז יכול להיות שונה …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה כחלק חומרים מתקדמים עבור מערכות אנרגיה-מים (AMEWS) מרכז, מרכז אנרגיה מחקר הגבול ממומן על ידי משרד האנרגיה של ארה ב, משרד המדע, בסיסי אנרגיה מדעי. אנו מודים בהכרת תודה לשיחות מועילות עם מארק סטויקוביץ ‘ ופול ניאלי.
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
- Shah, A., Torres, P., Tscharner, R., Wyrsch, N., Keppner, H. Photovoltaic technology: the case for thin-film solar cells. Science. 285 (5428), 692-698 (1999).
- Kim, T. H., et al. Full-colour quantum dot displays fabricated by transfer printing. Nat. Photon. 5 (3), 176 (2011).
- Nomura, K., et al. Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors. Nature. 432 (7016), 488 (2004).
- Pirkle, A., et al. The effect of chemical residues on the physical and electrical properties of chemical vapor deposited graphene transferred to SiO2. Applied Physics Letters. 99 (12), 122108-122110 (2011).
- Chae, S. J., et al. Synthesis of large-area graphene layers on poly-nickel substrate by chemical vapor deposition: wrinkle formation. Advanced Materials. 21 (22), 2328-2333 (2009).
- Zhu, W., et al. Structure and electronic transport in graphene wrinkles. Nano Letters. 12 (7), 3431-3436 (2012).
- Paronyan, T. M., Pigos, E. M., Chen, G., Harutyunyan, A. R. Formation of ripples in graphene as a result of interfacial instabilities. ACS Nano. 5 (12), 9619-9627 (2011).
- Stadermann, M., et al. Fabrication of large-area free-standing ultrathin polymer films. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52832 (2015).
- Zhou, C., et al. Fabrication of Nanoporous Alumina Ultrafiltration Membrane with Tunable Pore Size Using Block Copolymer Templates. Advanced Functional Materials. 27 (34), 1701756 (2017).
- Meitl, M. A., et al. Transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp. Nature Materials. 5 (1), 33 (2006).
- Suk, J. W., et al. Transfer of CVD-grown monolayer graphene onto arbitrary substrates. ACS Nano. 5 (9), 6916-6924 (2011).
- Chen, Y., Gong, X. L., Gai, J. G. Progress and Challenges in Transfer of Large-Area Graphene Films. Advanced Science. 3 (8), 1500343 (2016).
