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&#39;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&#39;Analyse (EMAL).

1. Modélisation Catalyst <ol><li> 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. </li><li> Spincoat une couche de HMDS à 500rpm pour 4s, puis à 3000rpm pendant 30s. HMDS favorise l&#39;adhérence entre la tranche et la résine photosensible. </li><li> Spincoat une couche de SPR-220-3 à 500rpm pendant 4s, puis à 3000rpm pendant 30s. </li><li> Cuire la galette sur une plaque chauffante à 115 ° C pendant 90. </li><li> En utilisant le masque désiré pour la modélisation de catalyseur, d&#39;exposer la plaquette à la lumière UV avec un éclairement de 20 mW / cm 2 à 405 nm pour 6s en contact dur mode.1.6) Cuire la galette sur une plaque chauffante à nouveau à 115 ° C pendant 90 (après l&#39;exposition de cuisson). </li><li> Développer la résine photosensible exposée pendant 60 à l&#39;aide AZ-300 développeur MIF. </li><li> Rincerla plaquette pendant 60s dans l&#39;eau DI. </li><li> Dépôt 10nm Al 2 O 3, suivie 1nm Fe par faisceau d&#39;électrons évaporation ou pulvérisation cathodique. </li><li> Manuellement scribe et plaquette pause en morceaux d&#39;environ 20 × 20 mm ou moins. </li><li> Effectuer le décollage de la résine photosensible par trempage des pièces de plaquettes dans un bécher de 1L contenant 100ml d&#39;acétone, tandis que le bécher est placé dans un bain à ultrasons à la puissance 6 pour 8min (Ultrasons CREST 1100D). </li><li> Éliminer et remplacer l&#39;acétone et sonifier à nouveau avec les mêmes paramètres. </li><li> Transférer les morceaux de plaquettes dans un bécher avec de l&#39;isopropanol (IPA), puis tremper pendant 2min. </li><li> Retirez les morceaux de tranches de l&#39;IPA individuellement à l&#39;aide des pincettes. Sécher chaque pièce avec un courant d&#39;azote, en utilisant une buse de poche. </li></ol> 2. Croissance CNT <ol><li> Acquérir une plaquette de silicium nu (ou enrobé d&#39;oxyde de) et manuellement scribe et de briser un morceau avec des dimensions d&#39;environ 22 × 75 mm. Ce «bateau»seront utilisés pour soutenir et charger les morceaux de plaques à enduit catalytique dans le four tubulaire. Le bateau est très utile pour maintenir les morceaux de plaquettes pendant le chargement et le déchargement, mais ne joue pas un rôle dans le processus de croissance. En principe, le bateau peut être n&#39;importe quel matériau qui est chimiquement et thermiquement stables dans les conditions de croissance CNT. </li><li> Placez un nombre souhaité de pièces de plaquettes à enduit catalytique (substrats de croissance) sur le bateau, 30mm du bord d&#39;attaque. </li><li> Chargez le bateau avec des substrats de croissance dans le tube. Pousser le bateau dans le tube de telle sorte que le bord d&#39;attaque est située en aval de la 30mm thermocouple du four, en utilisant un acier inoxydable ou tige de poussée de quartz. Cette position 30mm est le &quot;sweetspot&quot; qui donne le taux de croissance le plus élevé CNT dans notre four. Il sera nécessaire de déterminer cette position pour les appareils de l&#39;utilisateur, en fonction de l&#39;appareil de l&#39;utilisateur et les objectifs (par exemple, la maximisation du taux de croissance CNT ou la densité). </li><li> Relierles embouts, d&#39;étanchéité du tube. Des précautions doivent être prises pour ne pas déranger la position du bateau ou les pièces de silicium à motifs. Note: la croissance CNT est très sensible à la position à l&#39;intérieur du tube. </li><li> Rincer le tube de quartz avec de l&#39;hélium pour 1000sccm 5min à température ambiante. </li><li> Alors qu&#39;il passe à 400sccm d&#39;hydrogène et d&#39;hélium 100sccm, rampe de la température à 775 ° C en 10 minutes, puis maintenez les flux et de température pour 10min. Cette étape provoque le film pour réduire chimiquement à partir d&#39;oxyde de fer en fer, et à Dewet en nanoparticules. </li><li> Changer le débit d&#39;hydrogène de 100sccm et le débit d&#39;hélium à 400sccm, tout en ajoutant de l&#39;éthylène et 100sccm maintien du four à 775 ° C à pousser NTC. La hauteur des nanotubes de carbone est contrôlée par la durée de cette étape. </li><li> Pour arrêter la croissance CNT et refroidir l&#39;échantillon, faites glisser manuellement le tube en aval de quartz jusqu&#39;à ce que les puces de catalyseur sont situés à environ 1 cm en aval de l&#39;isolation du four. Utilisez des soins àmaintenir les mêmes flux et température du point de four ensemble comme dans l&#39;étape précédente, pendant 15 minutes. </li><li> Rincer le tube avec de l&#39;hélium pour 1000sccm 5min, avant de récupérer les échantillons, et en tournant le four éteint. </li></ol> 3. CNT densification <ol><li> Appliquez un morceau de ruban adhésif double face à un treillis en aluminium d&#39;épaisseur 0,8 mm avec des trous de diamètre 6,25 mm. Faire que le maillage est plus grande que l&#39;ouverture d&#39;un bécher 1L et la bande est approximativement centrée sur la maille. </li><li> Montez la pièce plaquette de silicium avec NTC sur la bande de sorte que les microstructures CNT sont confrontés à la hausse. </li><li> Verser l&#39;acétone 100ml dans un bécher de 1L et placer le bécher sur une plaque chaude à l&#39;intérieur d&#39;une hotte. Définir la plaque chaude pour atteindre une température de surface de 110 ° C Attendez jusqu&#39;à ce que l&#39;acétone commence à bouillir. Nous notons que, sur notre plaque de cuisson, un réglage de 150 ° C a été nécessaire pour atteindre 110 ° C à la surface. Le point d&#39;ébullition de l&#39;acétone est beaucoup plus faible (env. 56 ° C) mais nous foue que la température élevée autorisée de l&#39;acétone à ébullition plus rapidement, et on chauffe les parois latérales du bécher, empêchant la condensation dans le bol. </li><li> Placer la maille d&#39;aluminium sur le bol de telle sorte que l&#39;échantillon est monté face vers le bas. </li><li> Notez toutes les fluctuations rapides à l&#39;avant de vapeur se levant du côté du bécher et ajuster le niveau de la hotte ouvrant à stabiliser le front de vapeur. </li><li> Une fois le front de vapeur se rapproche de la partie supérieure du bécher, observer les changements de couleur apparents sur la surface du substrat de silicium. Rainbow-comme modèles apparaîtra et balayer toute la surface. , Signifie un film mince de solvant à former sur la surface lorsque la vapeur vient en contact avec la surface froide. </li><li> Une fois que suffisamment de solvant a été déposé, ramasser la maille et sans changer l&#39;orientation de l&#39;échantillon, le tenir loin de la d&#39;ébullition du solvant jusqu&#39;à ce que le dépôt de solvant s&#39;est évaporé loin. La quantité de temps est déterminé empiquement basée sur la taille et l&#39;espacement des structures CNT. Cette question est traitée plus loin dans la discussion. </li><li> Retirez le filet du bécher, et soigneusement décoller l&#39;échantillon de l&#39;adhésif double-face, en utilisant une lame de rasoir. Le plus grand soin doit être pris à cette étape car il est facile de briser l&#39;échantillon lors de l&#39;enlèvement. </li></ol> 4. Fabrication CNT Moule <ol><li> Piscine SU-8 2002 sur les microstructures CNT densifiées. Spin de l&#39;échantillon à 500rpm pendant 10s, puis à 3000rpm pendant 30s. </li><li> Cuire au four de l&#39;échantillon à 65 ° C pendant 2 min, puis à 95 ° C pendant 4 min. </li><li> Exposer l&#39;échantillon à la lumière UV avec un éclairement de 75mW/cm 2 pour 20s. </li><li> Cuire à nouveau l&#39;échantillon à 65 ° C pendant 2 min, puis à 95 ° C pendant 4 min. </li></ol> 5. Moulage Replica <ol><li> Si la réplication des structures délicates, placer le maître dans un dessiccateur avec un verre de 100 pi d&#39;ignoble (tridécafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-Trichlorosilane à 400mTorr pour 12h. </li><li> Mélanger un total de 1 g de PDMS (Sylgard 184), avec un ratio de 10:1 monomère: l&#39;agent de réticulation. Pour microstructures avec une taille de base de quelques micromètres et un rapport d&#39;aspect de 10 ou plus utilisation un rapport de 8:1. </li><li> Placez le maître CNT dans un plat une feuille d&#39;aluminium, et versez dans le plat PDMS avant que l&#39;échantillon est immergé. </li><li> Placer l&#39;échantillon dans le vide et dégazer à 400mTorr pendant 15 min. Une fois les bulles commencent à se former dans le PDMS (généralement après environ 3 minutes) augmenter périodiquement la pression rapidement pour faire éclater des bulles de grande taille. </li><li> Cure par la négative à 120 ° C pendant 20 min. Si l&#39;échantillon contient des structures Har, durcir à 85 ° C pendant 5h. </li><li> Une fois durci, décollez le papier d&#39;aluminium et de séparer le maître de la douceur PDMS négative à la main. </li><li> Si la réplication des structures délicates, placer le négatif dans un dessiccateur avec un verre de 100 pi d&#39;ignoble (tridécafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-trichlorosilane à400mTorr pour 12h. </li><li> Verser SU-8 2002 dans la négative PDMS et dégazer à 400mTorr pendant 10 minutes. </li><li> Cuire l&#39;échantillon (SU-8 remplie négative) à 65 ° C pendant 4 min, puis à 95 ° C pendant 6 h à évaporer le solvant de la couche épaisse de SU-8. </li><li> Exposer l&#39;échantillon à la lumière UV avec un éclairement de 75mW/cm 2 pour 20s et faire cuire à nouveau à 65 ° C pendant 4min, puis à 95 ° C pendant 8min. </li><li> Enfin, manuellement démouler le SU-8 de la réplique négative PDMS. </li></ol> 6. Les résultats représentatifs Représentatifs cultivés tableaux pilier CNT ainsi que leurs formes densifiées sont présentés dans la figure 4 (image modifiée de De Volder et al. 4). Piliers Har avec des épaisseurs de 10 microns ou moins ont progressivement réduit la rectitude, qui est en outre réduite lors de la densification. Densification des piliers semi-circulaires a été démontré que dans les piliers coudés uniformes sur de grandes surfaces (Fig. 4c). SU-8 infiltration se produit entre l&#39;intérieur et microstructures CNT, pour des structures à l&#39;espacement de 30 microns ou inférieure à une couche mince de SU-8 peuvent rester entre les structures. Photographies des étapes critiques dans le processus de réplication sont présentés dans la figure 5, tandis que les images MEB en comparant les microstructures répliquées à leurs répliques à différentes échelles sont présentés dans la figure 6 (image modifiée de Copic et al. 5). Les limites actuelles, en termes de formation de la structure, y compris les structures tordues (image modifiée de De Volder et al. 4), hauts murs rapport d&#39;aspect et rentrants structures sont présentés dans la figure 7 (image modifiée de Copic et al. 5). <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig1.jpg" alt="Figure 1" /> Figure 1. Configuration four à tube pour la croissance CNT croissance. Schéma d&#39;un système (a). Four à tube (b) (Thermo-Fisher Minimes), avec le couvercle ouvert pour montrer l&#39;intérieur de bateau de silicium tube de quartz scellé. (C) Silicon bd&#39;avoine avec des échantillons, présentés avant et après la croissance. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig1large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir la figure</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig2.jpg" alt="Figure 2" /> Figure 2. (A) Schéma de l&#39;installation bécher pour la condensation de vapeurs de solvant contrôlée sur microstructures CNT (image modifiée de De Volder et al. 6). (B) substrat échantillon CNT attaché à maille en aluminium sur l&#39;acétone bouillante. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig3.jpg" alt="Figure 3" /> Figure 3. Flux de processus de moulage par réplique de microstructures CNT, et l&#39;image du tableau représentant la microstructure répliquée par rapport à pièce de monnaie américaine quart de dollar. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig4.jpg" alt="Figure 4" /> Figure 4. Exemplaires microstructures CNT avant et après capillairey formage. Images schématiques et SEM de tableau de piliers CNT cylindriques (a) avant capillaire formant, et (b) après formage capillaire (image modifiée à partir de Al et Volder. 6). Encart montre l&#39;alignement et la densité des nanotubes de carbone. (C) semi-cylindrique piliers CNT densifier et se coince lors capillaire formant, formant des faisceaux inclinés (image modifiée de Zhao et al. 7). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig4large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir la figure</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig5.jpg" alt="Figure 5" /> Figure 5. Les principales étapes de fabrication CNT moule négatif et la coulée de réplicas. (A) Fonderie de PDMS moule négatif. (B) de dégazage du moule négatif. (C) Manuel démoulage du négatif, et le coulage de la SU-8 réplique. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig6.jpg" alt="Figure 6" /> Figure 6. Comparaison de (a)<html> CNT/SU-8 maître et (b) réplique structures micropilier montrant haute fidélité de la réplication à micro-échelle nanométrique forme et la texture (c.-à-flancs et la surface supérieure), sur une grande surface (image modifiée de Copic et al. 5). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig6large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir Figure</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig7.jpg" alt="Figure 7" /> Figure 7. Haut rapport d&#39;aspect (RAH) et rentrants microstructures CNT et leurs répliques polymère. (A) densifiés CNT en nid d&#39;abeille avec correspondante SU8-CNT maître et SU8 réplique. (B) et une réplique de Maître pente CNT micropuits (image modifiée de Copic et al. 5). (C) densifiés torsadées micropiliers CNT, avec le maître et réplique de la structure individuelle (image modifiée de De Volder et al. 4). Les alvéoles de (a) ont une largeur de paroi de 400 nm et une hauteur de 20 um.= &quot;Http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg&quot; target = &quot;_blank&quot;&gt; Cliquez ici pour agrandir la figure.

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	<li>Xia, Y. N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+lithography.">Soft lithography.</a> Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).</li><li>Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replica+molding+using+polymeric+materials:+A+practical+step+toward+nanomanufacturing.">Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing.</a> Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).</li><li>Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+of+Carbon+Nanotubes.">Chemistry of Carbon Nanotubes.</a> Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).</li><li>De Volder, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diverse+3D+Microarchitectures+Made+by+Capillary+Forming+of+Carbon+Nanotubes.">Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes.</a> Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).</li><li>Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M. F. L., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+high-aspect-ratio+polymer+microstructures+and+hierarchical+textures+using+carbon+nanotube+composite+master+molds.">Fabrication of high-aspect-ratio polymer microstructures and hierarchical textures using carbon nanotube composite master molds.</a> Lab on a Chip. 11, 1831-1837 (2011).</li><li>De Volder, M. F. L., Park, S. J., Tawfick, S. H., Vidaud, D. O., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+electrical+integration+of+robust+carbon+nanotube+micropillars+by+self-directed+elastocapillary+densification.">Fabrication and electrical integration of robust carbon nanotube micropillars by self-directed elastocapillary densification.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 045033-04 (2011).</li><li>Zhao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bending+of+nanoscale+filament+assemblies+by+elastocapillary+densification.">Bending of nanoscale filament assemblies by elastocapillary densification.</a> Physical Review E. 82, 041605 (2010).</li><li>De Volder, M. F. L., Vidaud, D. O., Meshot, E. R., Tawfick, S., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-similar+organization+of+arrays+of+individual+carbon+nanotubes+and+carbon+nanotube+micropillars.">Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars.</a> Microelectronic Engineering. 87, 1233-1238 (2010).</li><li>Nessim, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+of+Vertically-Aligned+Carbon+Nanotube+Diameter+and+Areal+Density+through+Catalyst+Pre-Treatment.">Tuning of Vertically-Aligned Carbon Nanotube Diameter and Areal Density through Catalyst Pre-Treatment.</a> Nano Letters. 8, 3587-3593 (2008).</li><li>Pokroy, B., Epstein, A. K., Persson-Gulda, M. C. M., Aizenberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Bioinspired+Actuated+Nanostructures+with+Arbitrary+Geometry+and+Stiffness.">Fabrication of Bioinspired Actuated Nanostructures with Arbitrary Geometry and Stiffness.</a> Advanced Materials. 21, 463-469 (2009).</li></ol>

Pas de conflits d&#39;intérêt déclarés.

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&#39;humidité ambiante et l&#39;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...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nom du réactif </td><td> Entreprise </td><td> Numéro de catalogue </td><td> Commentaires </td></tr><tr><td> 4 &quot;diamètre &lt;100&gt; tranches de silicium revêtues de SiO 2 (300 nm) </td><td> Silicon Quête </td><td> Coutume </td><td></td></tr><tr><td> Photorésist positif </td><td> MicroChem </td><td> SPR 220 à 3,0 </td><td></td></tr><tr><td> Hexamethyldisilizane (HMDS) </td><td> MicroChem </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Promoteur </td><td> AZ Electronic Materials Corp aux Etats-Unis </td><td> AZ 300 MIF </td><td></td></tr><tr><td> Système de pulvérisation </td><td> Kurt J. Lesker </td><td> Lab 18 </td><td> Système de pulvérisation pour le dépôt du catalyseur </td></tr><tr><td> Thermo Fisher-Minimes </td><td&gt; Fisher Scientific </td><td> TF55030A </td><td> Four tubulaire pour la croissance CNT </td></tr><tr><td> Tube de quartz </td><td> Produits en verre technique </td><td> Coutume </td><td> 22 mm de diamètre x 25 mm de diamètre extérieur 30 &quot;de longueur </td></tr><tr><td> Hélium gaz </td><td> PurityPlus </td><td> Il (prépurifiée 300) </td><td></td></tr><tr><td> Le gaz hydrogène </td><td> PurityPlus </td><td> H 2 (prépurifiée 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Le gaz éthylène </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (prépurifiée 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Feuille d&#39;aluminium perforée </td><td> McMaster-Carr </td><td> 9232T221 </td><td> Pour maintenir l&#39;échantillon ci-dessus bécher densification </td></tr><tr><td> Lampe UV contre les inondations </td><td> Dymax </td><td> Modèle 2000 </td><td></td></tr><tr><td> SU-8 2002 </td><td> MicroChem </td><td> SU-8 2002 </td><td></td></tr><tr><td> Polydiméthylsiloxane (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 Kit élastomère de silicone </td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication, densification, and replica molding of 3d carbon nanotube microstructures

L&#39;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&#39;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&#39;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&#39;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&#39;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&#39;auto-organisation collective de nanostructures, et le contrôle local de leur comportement de croissance par rapport à motifs microfabriqués . Notre objectif est d&#39;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&#39;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 (&quot;capillaire formant&quot;), qui est performé par condensation d&#39;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&#39;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&#39;épaisseur et des rapports d&#39;aspect 50:1 dépassant. Intégration des microstructures dans la fabrication de la CNT offre nouvelle occasion d&#39;exploiter les propriétés électriques et thermiques des nanotubes de carbone, et des capacités diverses pour l&#39;industrie chimique et la fonctionnalisation biochimique 3.

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Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

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&#39;auto-formation de formes 3D.

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

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

fabrication-densification-replica-molding-3d-carbon-nanotube

Research

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Engineering

20.0K vues.  University of Michigan. 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.

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Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays. Here, CNT arrays are defined as densely packed multi-walled carbon nanotubes oriented perpendicular to the growth substrate as a result of a growth process by the standard thermal chemical vapor deposition (CVD) technique.1,2 These CNT arrays are then exposed to vacuum annealing treatment to make them more hydrophobic or to dry oxidation treatment to render them more hydrophilic. The hydrophobic CNT arrays can be turned hydrophilic by exposing them to dry oxidation treatment, while the hydrophilic CNT arrays can be turned hydrophobic by exposing them to vacuum annealing treatment. Using a combination of both treatments, CNT arrays can be repeatedly switched between hydrophilic and hydrophobic.2 Therefore, such combination show a very high potential in many industrial and consumer applications, including drug delivery system and high power density supercapacitors.3-5
The key to vary the wettability of CNT arrays is to control the surface concentration of oxygen adsorbates. Basically oxygen adsorbates can be introduced by exposing the CNT arrays to any oxidation treatment. Here we use dry oxidation treatments, such as oxygen plasma and UV/ozone, to functionalize the surface of CNT with oxygenated functional groups. These oxygenated functional groups allow hydrogen bond between the surface of CNT and water molecules to form, rendering the CNT hydrophilic. To turn them hydrophobic, adsorbed oxygen must be removed from the surface of CNT. Here we employ vacuum annealing treatment to induce oxygen desorption process. CNT arrays with extremely low surface concentration of oxygen adsorbates exhibit a superhydrophobic behavior.

This article describes a simple method to fabricate vertically aligned carbon nanotube arrays by CVD and to subsequently tune their wetting properties by exposing them to vacuum annealing or dry oxidation treatment.

L&#39;oxydation à sec et un recuit sous vide Traitements pour Réglage des propriétés de mouillage de tableaux de nanotubes de carbone

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

Recherche

Ingénierie

Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Nitrogen-doped carbon nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs). These as-synthesized graphitic nanocups from chemical vapor deposition (CVD) method were stacked in a head-to-tail fashion held only through noncovalent interactions. Individual NCNCs can be isolated out of their stacking structure through a series of chemical and physical separation processes. First, as-synthesized NCNCs were oxidized in a mixture of strong acids to introduce oxygen-containing defects on the graphitic walls. The oxidized NCNCs were then processed using high-intensity probe-tip sonication which effectively separated the stacked NCNCs into individual graphitic nanocups. Owing to their abundant oxygen and nitrogen surface functionalities, the resulted individual NCNCs are highly hydrophilic and can be effectively functionalized with gold nanoparticles (GNPs), which preferentially fit in the opening of the cups as cork stoppers. These graphitic nanocups corked with GNPs may find promising applications as nanoscale containers and drug carriers.

We discussed the synthesis of individual graphitic nanocups using a series of techniques including chemical vapor deposition, acid oxidation and probe-tip sonication. By citrate reduction of HAuCl4, the graphitic nanocups were effectively corked with gold nanoparticles due to the chemically reactive edges of the cups.

Synthèse et fonctionnalisation des dopé à l&#39;azote Coupes de nanotubes de carbone avec des nanoparticules d&#39;or que les bouchons de liège

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material fabrication techniques are able to mimic the complexity of these structures while maintaining scalability. The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is able to do so. This process uses sacrificial fibers as a template to form hollow, cylindrical microchannels embedded within a matrix. Tin (II) oxalate (SnOx) is embedded within poly(lactic) acid (PLA) fibers which facilitates the use of this process. The SnOx catalyzes the depolymerization of the PLA fibers at lower temperatures. The lactic acid monomers are gaseous at these temperatures and can be removed from the embedded matrix at temperatures that do not damage the matrix. Here we show a method for aligning these fibers using micromachined plates and a tensioning device to create complex patterns of three-dimensionally arrayed microchannels. The process allows the exploration of virtually any arrangement of fiber topologies and structures.

The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is used to fabricate microvascular structures. This procedure uses sacrificial poly(lactic) acid fibers to form hollow microchannels with precise 3D geometric positioning provided by laser micromachined guide plates.

Processus de fabrication de microstructures tridimensionnelles en utilisant la vaporisation d&#39;un composant sacrificiel

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two solution-processed polymeric cells connected in parallel by a transparent carbon nanotubes (CNT) interlayer. This structure includes improvements in fabrication techniques for tandem OPV devices. First the need for ambient-processed cathodes is considered. The CNT anode in the tandem device is tuned via ionic gating to become a common cathode. Ionic gating employs electric double layer charging to lower the work function of the CNT electrode. Secondly, the difficulty of sequentially stacking tandem layers by solution-processing is addressed. The devices are fabricated via solution and dry-lamination in ambient conditions with parallel processing steps. The method of fabricating the individual polymeric cells, the steps needed to laminate them together with a common CNT cathode, and then provide some representative results are described. These results demonstrate ionic gating of the CNT electrode to create a common cathode and addition of current and efficiency as a result of the lamination procedure.

A method of fabricating, in ambient conditions, organic photovoltaic tandem devices in a parallel configuration is presented. These devices feature an air-processed, semi-transparent, carbon nanotube common cathode.

Méthode ambiante pour la production d&#39;un ionique Gated nanotubes de carbone cathode commune dans les cellules solaires organiques Tandem

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Fabrication de basse température de nanotubes de carbone interconnexions verticales Compatible avec la technologie des semiconducteurs

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

Deux voies Valorisation de laitier de haut fourneau: Synthèse du carbonate de calcium précipité et zéolithique Heavy Metal Adsorbant

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning electron microscope (ESEM) operating with a low pressure water vapor ambient. In this technique, a portion of the electron beam interacts with the water vapor in the vicinity of the CNT sample, dissociating the water molecules into hydroxyl radicals and other species by radiolysis. The remainder of the electron beam interacts with the CNT forest sample, making it susceptible to oxidation from the chemical products of radiolysis. This technique may be used to trim a selected region of an individual CNT, or it may be used to remove hundreds of cubic microns of material by adjusting ESEM parameters. The machining resolution is similar to the imaging resolution of the ESEM itself. The technique produces only small quantities of carbon residue along the boundaries of the cutting zone, with minimal effect on the native structural morphology of the CNT forest.

Low pressure scanning electron microscopy in a water vapor ambient is used to machine nanoscale to microscale features in carbon nanotube forests.

Fraisage de précision des nanotubes de carbone des forêts Utilisation Numérisation basse pression Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

Fabrication à haute température de nanostructurés yttriée-Zircon (YSZ) par scellants<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xérogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...