Diese Arbeit wurde teilweise durch eine PEPS Projekt der Cellule Energie INSIS-CNRS (1D-RENOX) bis ACG und der spanischen Regierung (MAT2012-35324 und PIE-201460I004) finanziert.

1. Herstellung des Sol <ol><li> Es wird eine Lösung von vorhydrolysierter Tetraethylorthosilikat (TEOS) am Tag vor der Herstellung der Gel-Filme in einer Abzugshaube, in dem eine Laborwaage und einem Magnetrührer platziert werden. In diesem Schritt und in der Protokolllaborkittel, Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen. <ol><li> In einem 50 ml Becherglas mit einem Teflon beschichteten Magnetrührstab wiegt 1,68 g CTAB, fügen 48,13 ml Ethanol und 3,00 ml HCl 35%, decken das Becherglas mit einem Uhrglas und rühren, bis die CTAB vollständig gelöst ist. </li><li> In 7,37 ml TEOS zu dem Becherglas tropfenweise (mit einer Geschwindigkeit von ca. 1-2 Tropfen pro Sekunde) unter Rühren, decken Sie den Kolben, der mit einem Uhrglas und lassen Sie es rühren O / N. </li></ol></li><li> Am nächsten Tag, bereiten eine 1 M wässrige Lösung von Sr 2+. Führen Sie dieses und die folgenden Schritte kurz vor der Herstellung der Gel-Filme, weil eine gealterte Lösung ist anfällig für Re-Fällung des Sr-Salz. <ol><li> Wiegen 6.6654 g SrCl 2 · 6H 2 O in einen 25 ml-Meßkolben. </li><li> In hochreinem Wasser (zB Milli-Q) bis zu 25 ml (Meniskus Tangente an den Kolben Marke) und den Kolben mit einer Kunststoffkappe und der Kolben, um das Strontiumchlorid aufzulösen schütteln. </li></ol></li><li> 2 ml der 1 M wässrigen Lösung von Sr 2+ zu dem 50 ml Becherglas mit dem Sol, das übrig war Rühren O / N. Rühren Sie die Lösung für 25 min. </li><li> Entsorgen Sie die Rückstände, die schließlich nach den Sicherheits- und Umweltschutz-Protokolle aus dem Labor erzeugt wurden. </li></ol> 2. Gel-Film Deposition on Si (100) Substrate <ol><li> Herstellung der Substrate <ol><li> Geschnitten Si Platten von etwa 2 cm bis 5 cm aus einem 2-Zoll-p-leitenden (100) Siliziumwafer mit einer Dicke von 200 um durch Spalten des Wafers in einer Richtung parallel oder senkrecht zu der Scheibenfläche unter Verwendung einer Diamantspitze oder ein scharfkantigen Gegenstand. Führen Sie diesen Schritt in Ad-Vance, zum Beispiel am Tag vor der Aufbringung der Gel-Filme. </li><li> Kurz vor der Abscheidung der Gele, reinigen Sie die Substrate mit Ethanol und trocknen lassen oder mit einem Stickstoffstrom oder Druckluft, um das Trocknen zu beschleunigen. Dieser Schritt beim Warten auf den Abschluß des Schritts 1.3. </li></ol></li><li> Coat die Filme. Um eine homogene Makroporenstruktur zu erhalten führen Sie diesen Schritt unter den Bedingungen einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 20% und 55% bei RT. <ol><li> Stellen Sie eine Tauchbeschichtungsfolge. Wählen der ersten und letzten Positionen unter Berücksichtigung der tatsächlichen Länge des Si-Platte und die Höhe der Lösung in dem Becher, so daß die Platte wenigstens 2 cm oberhalb der Lösungspegel in der Startposition und 1 cm über dem Boden des Becherglas am Ende des Tauch. Stellen Sie sowohl die Immersion und Abzugsgeschwindigkeiten bis 150 mm / min. Stellen Sie die Tauchzeit (Zeit in der Endposition) auf Null. </li><li> Nach Abschluss von Schritt 1.3 wird das Becherglas mit dem sosung in einer gut zentrierten Position unterhalb des Si Bramme aus dem Tauchbeschichtungsvorrichtung Arm hängt. </li><li> Fix eine Ende des Si Platte mit dem Tauchbeschichtungsvorrichtung Arm mit der Klammer, wodurch die Platte möglichst senkrecht in Bezug auf die Horizontale. </li><li> Führen Sie den Tauchbeschichtungssequenz und ausclipsen Si Bramme aus dem Tauchbeschichtungsvorrichtung Arm. Wiederholen Sie die Schritte 2.2.3 und 2.2.4 mit zusätzlichen Si Platten, mehr Filme zu produzieren, kümmert sich nicht um diese Präparate über 1 Stunde zu verlängern, um sicherzustellen, dass die Stabilität der Lösung nicht beeinträchtigt wird. </li></ol></li><li> Entsorgen Sie die Lösungen, die schließlich nach den Sicherheits- und Umweltschutz-Protokolle aus dem Labor erzeugt wurden. </li></ol> 3. Gelfilm Kristallisation durch Wärmebehandlung <ol><li> Thermische Behandlung der Gel-Filme auf Si (100). <ol><li> Von RT bei 3 ° C / min Erhitzen auf 1.000 ° C, Halten bei 1.000 °: Programm einen Ofen, um die folgende Wärmebehandlung in Luftatmosphäre durchführenC für 5 Stunden und Abkühlen auf RT bei 3 ° C / min. </li><li> Platzieren Sie die tauchbeschichtet Si-Substraten in einem Schiffchen aus Aluminiumoxid, führen sie in den Ofen und Ausführen der Wärmebehandlung. </li></ol></li><li> Reinigung der kristallisierten Filme. <ol><li> Tauchen Sie die kristallisierte Filme für 3 Stunden in konzentrierter HNO 3, um die Ansammlungen von Sr 2+, die während der Kristallisation zu der Filmoberfläche ausgestoßen worden sind, zu entfernen, und dann Spülen der Filme zunächst mit entionisiertem Wasser und dann mit Ethanol. </li></ol></li></ol>

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	<li>Esser, A. T., Smith, K. C., Gowrishankar, T. R., Vasilkoski, Z., Weaver, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+for+the+intracellular+manipulation+of+organelles+by+conventional+electroportation.">Mechanisms for the intracellular manipulation of organelles by conventional electroportation.</a> Biophys. J. 98 (11), 2506-2514 (2010).</li><li>Stava, E., Yu, M., Shin, H. C., Shin, H., Kreft, D. J., Blick, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+fabrication+and+piezoelectric+tuning+of+micro-+and+nanopores+in+single+crystal+quartz.">Rapid fabrication and piezoelectric tuning of micro- and nanopores in single crystal quartz.</a> Lab Chip. 13 (1), 156-160 (2013).</li><li>Varshneya, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Inorganic Glasses. , (1994).</li><li>Christov, M., Kirov, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ratio+of+dissolving+surface+area/growing+surface+area+in+the+hydrothermal+growth+of+quartz.">The ratio of dissolving surface area/growing surface area in the hydrothermal growth of quartz.</a> J. Cryst. Growth. 131 (3-4), 560-564 (1993).</li><li>Bertone, J. F., Cizeron, J., Wahi, R. K., Bosworth, J. K., Colvin, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+synthesis+of+quartz+nanocrystals.">Hydrothermal synthesis of quartz nanocrystals.</a> Nano Lett. 3, 655-659 (2003).</li><li>Jiang, Y., Brinker, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+synthesis+of+monodisperse+single-crystalline+alpha-quartz+nanospheres.">Hydrothermal synthesis of monodisperse single-crystalline alpha-quartz nanospheres.</a> Chem. Comm. 47 (26), 7524-7526 (2011).</li><li>Okabayashi, M., Miyazaki, K., Kono, T., Tanaka, M., Toda, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+Spherical+Particles+with+Quartz+Single.">Preparation of Spherical Particles with Quartz Single.</a> Chem. Lett. 34 (1), 58-59 (2005).</li><li>Carretero-Genevrier, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft-Chemistry-Based+Routes+to+Epitaxial+&#945;-Quartz+Thin+Films+with+Tunable+Textures.">Soft-Chemistry-Based Routes to Epitaxial &#945;-Quartz Thin Films with Tunable Textures.</a> Science. 340 (6134), 827-831 (2013).</li><li>Brinker, C. J., Clem, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quartz+on+Silicon.">Quartz on Silicon.</a> Science. 340 (6134), 818-819 (2013).</li><li>Brinker, C. J., Lu, Y., Sellinger, A., Fan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaporation-Induced+Self-Assembly:+Nanostructures+Made+Easy.">Evaporation-Induced Self-Assembly: Nanostructures Made Easy.</a> Adv. Mater. 11 (7), 579-585 (1999).</li><li>Griffith, C. S., Sizgek, G. D., Sizgek, E., Scales, N., Yee, P. J., Luca, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoporous+Zirconium+Titanium+Oxides.+Part+1:+Porosity+Modulation+and+Adsorption+Properties+of+Xerogels.">Mesoporous Zirconium Titanium Oxides. Part 1: Porosity Modulation and Adsorption Properties of Xerogels.</a> Langmuir. 24 (21), 12312-12322 (2008).</li><li>Lu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+formation+of+supported+cubic+and+hexagonal+mesoporous+films+by+sol-gel+dip-coating.">Continuous formation of supported cubic and hexagonal mesoporous films by sol-gel dip-coating.</a> Nature. 389 (6649), 364-368 (1997).</li><li>Drisko, G. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water-Induced+Phase+Separation+Forming+Macrostructured+Epitaxial+Quartz+Films+on+Silicon.">Water-Induced Phase Separation Forming Macrostructured Epitaxial Quartz Films on Silicon.</a> Adv. Funct. Mater. 24 (35), 5494-5502 (2014).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Das vorgestellte Verfahren ist ein Bottom-up-Ansatz für makroporöse Quarzfilme auf Si zu erzeugen. Im Vergleich zu dem Standardverfahren der Herstellung von Quarz-Folien, eine Top-Down-Technik auf das Schneiden und Polieren von großen hydrothermisch gezüchtete Kristalle, die in dem Protokoll beschriebene Verfahren erlaubt den Erhalt viel dünnere Folien mit Dicken zwischen 150 und 450 nm, die mit der gesteuert werden kann auf der Basis Entnahmeleistung. Alle experimentellen Einzelheiten in Bezug auf die Kontrolle de...

Wenn ein piezoelektrisches Material, wie α-Quarz mit einer Vorspannung abgegeben wird es einer mechanischen Verformung. Wenn dieses Material porös ist, können diese Volumenänderungen zu Poren Expansion oder Kontraktion führen, die Schaffung eines ansprechenden Systems ähnlich dem, was in lebenden biologischen Organellen zu beachten. 1 verformbare poröse α-Quarz wurde unter Verwendung von Mikro, 2 produziert, aber diese Techniken noch nicht erzeugen 3D-Porenstrukturen, und der Porendurchmesser in der Größenordnung von mehreren hundert Nanometern. Kristallisation von strukturierten amorphen Kieselsäure durch inhomogene Keimbildung durch eine hohe Oberflächenenergien und architektonischen Verformung aufgrund der Vergröberung und Schmelzen verursacht behindert. Außerdem, da alle Formen von Siliciumdioxid sind auf äußerst stabile SiO 4 Tetraeder-Netzwerke errichtet, die freie Energie der Bildung von amorphem Siliziumdioxid, α-Quarz und andere SiO2-Modifikationen in einem weiten Bereich von Temperaturen, Makin nahezu gleich sindg es schwierig, α-Quarz als ein einziges Polymorphs aus der Kristallisation eines amorphen Kieselgel herzustellen. 3 ein weiterer Aspekt, schwieriger macht die kontrollierte Kristallisation von strukturierten amorphen Siliciumdioxids ist, dass Quarz stellt eine relativ langsame Keimbildungsgeschwindigkeit jedoch ein extrem schnelles Wachstum, zwischen 10-94 nm berichtet / sec. 4,5 Langsame Keimbildung in Verbindung mit schnellem Wachstum neigt Kristalle viel größer als die ursprüngliche nanoporöse Struktur, wodurch das ursprüngliche Morphologie verloren zu erzeugen. Alkalimetalle, wie Na + und Li +, verwendet worden, um α-Quarz kristallisieren, häufig in Kombination mit hydrothermaler Behandlung. 5,6 Auch ein Ti 4+ / Ca 2+ Kombination wurde verwendet, um kugelförmige Teilchen von Siliciumdioxid in kristallisieren Quarz durch einen Weg der sanften Chemie unter Verwendung von Silizium-Alkoxide. 7 ist die gesteuerte Kristallisation eines strukturierten amorpher Kieselsäure Film in Quarz blieb jedoch eine Herausforderung. SiO 2 bei Umgebungsdruck und relativ niedrigen Temperaturen zu katalysieren. 8,9 Epitaxy, ergibt sich aus der guten Übereinstimmung zwischen α-Quarz und der &lt;100&gt; Silizium-Substrat, Herstellung von orientierten piezoelektrischen Dünnfilme. Verdampfen induzierten Selbstorganisation mesoporösen Siliciumdioxid Folien herzustellen wird seit 1999 10 Diese Technik wurde untersucht und auf eine Vielzahl von Matrixmittel unter verschiedenen Bedingungen angelegt, um Poren von variablen Größen und Mesophasen herzustellen. Es wurde gefunden, daß subnanometric Veränderungen Mesoporengröße kann eine dramatische Auswirkung auf solute Diffusion durch poröse Systeme 11 aufweisen, Validierung dieser große Aufmerksamkeit auf die Struktur Pore. Darüber hinaus kann die Zugänglichkeit zu der internen Kieselsäure Porensystem durch Steuern der mizellaren Phase der Vorlage erhalten werden. 12 Hier wird der Syntheseweg tKappe ermöglicht uneingeschränkte Kontrolle über die Dicke und die Porengröße aus amorphem Siliciumdioxid-Schichten unter Verwendung einer neuen Phasentrennung zeigten. 13 Diese Filme werden mit Sr (II) salze und kristallisiert, um a-Quarz bei 1000 ° C an der Luft bei Umgebungsdruck infiltriert. Die Porengröße zurückhaltbar mit diesen Kristallisationsprozess wird bestimmt, und die Wirkung der Wandstärke und der Filmdicke untersucht. Schließlich die Piezoelektrizität und die Verformbarkeit des Porensystems untersucht.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="714">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">Dip coater</td>
			<td style="width:281px;">Nadetech&#160;</td>
			<td style="width:173px;">ND-DC 11/150&#160;</td>
			<td style="width:80px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">Furnace</td>
			<td style="width:281px;">Nabertherm&#160;</td>
			<td>R 50/250/12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">Atomic Force Microscope</td>
			<td style="width:281px;">Agilent&#160;</td>
			<td>5500 LS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">Materials and Reagents&#160;</td>
			<td style="width:281px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">Silicon wafers</td>
			<td style="width:281px;">SHE Europe Ltd.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">SrCl2&#183;6H2O</td>
			<td style="width:281px;">Aldrich</td>
			<td>13909</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">CTAB</td>
			<td style="width:281px;">Aldrich</td>
			<td>H5582</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">Ethanol Absolute&#160;</td>
			<td style="width:281px;">Aldrich</td>
			<td>161086</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">HCl 35% solution</td>
			<td style="width:281px;">PanReac</td>
			<td>721019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:180px;">TEOS</td>
			<td style="width:281px;">Aldrich</td>
			<td>131903</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of macroporous epitaxial quartz films on silicon by chemical solution deposition

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step process based on the preparation of a sol in a one-pot synthesis which is followed by the deposition of a gel film on Si(100) substrates by evaporation induced self-assembly using the dip-coating technique and ends with a thermal treatment of the material to induce the gel crystallization and the growth of the quartz film. The formation of a silica gel is based on the reaction of a tetraethyl orthosilicate and water, catalyzed by HCl, in ethanol. However, the solution contains two additional components that are essential for preparing mesoporous epitaxial quartz films from these silica gels dip-coated on Si. Alkaline earth ions, like Sr2+ act as glass melting agents that facilitate the crystallization of silica and in combination with cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) amphiphilic template form a phase separation responsible of the macroporosity of the films. The good matching between the quartz and silicon cell parameters is also essential in the stabilization of quartz over other SiO2 polymorphs and is at the origin of the epitaxial growth.

Das Fortschreiten der Materialsynthese wurde durch Überwachung verschiedener Aspekte gesteuert. Nach dem Tauchbeschichtungsverfahren kann man den Aspekt der Filme, den eventuellen Auftreten von Beugungsstrukturen in dem reflektierten Fleck eines grünen Lasers und der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) in Rückstreuelektronen-Modus (1A-B) zu beobachten. Nach dem Kristallisationsverfahren ist es wichtig, die Rasterkraftmikroskopie (AFM) topografische Bilder (1C)</...

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Preparation of Macroporous Epitaxial Quartz Films on Silicon by Chemical Solution Deposition

A protocol is presented for the preparation of piezoelectric macroporous epitaxial films of quartz on silicon by solution chemistry using dip-coating and thermal treatments in air.

Herstellung von makroporösen Epitaxial-Quarz-Films auf Silizium durch Chemical Solution Deposition

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step ...

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