Questa ricerca è stata sostenuta dal programma nanofabbricazione della National Science Foundation (CMMI-0927634). Davor Copic è stata sostenuta in parte dal programma di Fellowship Merit Rackham presso l&#39;Università del Michigan. Sameh Tawfick riconosce il sostegno parziale dalla Compagnia Rackham Predoctoral. Michael De Volder è stato sostenuto dal Fondo belga per la Ricerca Scientifica - Fiandre (FWO). Microfabbricazione è stata eseguita presso l&#39;impianto di Nanofabrication Lurie (LNF), che è membro della rete Nanotechnology National Infrastructure, e la microscopia elettronica è stata eseguita presso la Michigan Electron Microbeam Analysis Laboratory (EMAL).

1. Catalyst Patterning <ol><li> Acquisire una (100) wafer di silicio con uno strato di diossido di silicio spesso 3000A, con almeno un lato lucido. In alternativa, si può acquistare un wafer di silicio nudo e crescere 3000A diossido di silicio sul wafer. Tutte le lavorazioni descritto di seguito viene eseguita sul lato lucido del wafer. </li><li> Spincoat uno strato di HMDS a 500rpm per 4s, poi a 3000rpm per 30s. HMDS favorisce l&#39;adesione tra il wafer ed il fotoresist. </li><li> Spincoat uno strato di SPR-220-3 a 500rpm per 4s, poi a 3000rpm per 30s. </li><li> Cuocere la cialda su una piastra a 115 ° C per 90s. </li><li> Utilizzando la maschera desiderata per patterning catalizzatore, esporre la fetta di luce UV con un irradiamento di 20 mW / cm 2 a 405 nm per 6s a contatto rigido mode.1.6) cuocere il wafer su una piastra di nuovo a 115 ° C per 90s (post esposizione bake). </li><li> Sviluppare il photoresist esposto per 60 anni con AZ-300 sviluppatori MIF. </li><li> Risciacquareil wafer per 60s in acqua deionizzata. </li><li> Cassetta 10nm Al 2 O 3 seguito da 1nm Fe e-beam evaporazione o sputtering. </li><li> Manualmente scriba e wafer rottura in pezzi di circa 20 × 20 mm o più piccoli. </li><li> Eseguire lift-off del fotoresist immergendo i pezzi di wafer in un beaker da 1 litro contenente 100 ml di acetone, mentre il bicchiere viene posto in un bagno ad ultrasuoni a potenza 6 per 8min (Ultrasonics CREST 1100D). </li><li> Smaltire e sostituire l&#39;acetone e ultrasuoni di nuovo con le stesse impostazioni. </li><li> Trasferire i pezzi di wafer di un bicchiere con isopropanolo (IPA), poi ammollo per 2 minuti. </li><li> Togliere i pezzi di wafer dal IPA singolarmente con delle pinzette. Asciugare ogni pezzo con un leggero flusso di azoto usando un ugello palmare. </li></ol> 2. CNT crescita <ol><li> Acquisire un nudo (o ossido-coated) wafer di silicio e manualmente scriba e rompere un pezzo di dimensioni di circa 22 × 75 mm. Questa &quot;barca&quot;saranno utilizzati per sostenere e caricare il catalizzatore rivestite pezzi di wafer nel forno tubo. L&#39;imbarcazione è molto utile per tenere i pezzi di wafer durante il carico e scarico, ma non gioca un ruolo nel processo di crescita. In linea di principio l&#39;imbarcazione può essere qualsiasi materiale che è chimicamente e termicamente stabile in condizioni di crescita dei CNT. </li><li> Posizionare un numero desiderato di catalizzatore rivestite con pezzi di wafer (substrati di crescita) a bordo, 30 mm dal bordo superiore. </li><li> Caricare la barca con substrati di crescita all&#39;interno del tubo. Inserire la barca nel tubo in modo tale che il bordo di attacco si trova 30mm a valle del forno termocoppia, utilizzando un acciaio inossidabile o asta di spinta quarzo. Questa posizione 30 millimetri è il &quot;sweetspot&quot; che dà il più alto tasso di crescita CNT nel nostro forno. Sarà necessario determinare questa posizione per apparecchiatura dell&#39;utente, a seconda apparecchiatura dell&#39;utente e obiettivi (ad esempio, massimizzazione del tasso di crescita CNT o densità). </li><li> Collegarele testate, sigillando la provetta. Si deve prestare attenzione per non disturbare la posizione della barca o dei pezzi di silicio a motivi geometrici. Nota: CNT crescita è molto sensibile alla posizione all&#39;interno del tubo. </li><li> Lavare il tubo di quarzo con 1000sccm di elio per 5 min a temperatura ambiente. </li><li> Mentre scorre 400sccm 100sccm di idrogeno e di elio, rampa la temperatura a 775 ° C in 10 minuti, e quindi tenere i flussi e la temperatura per 10 minuti. Questo passaggio provoca la pellicola per ridurre chimicamente da ossido di ferro al ferro, e di Dewet in nanoparticelle. </li><li> Modificare la portata idrogeno 100sccm e la portata di 400sccm elio, mentre l&#39;aggiunta di 100sccm di etilene e mantenere il forno a 775 ° C a crescere CNT. L&#39;altezza delle CNT è controllata dalla durata di questa fase. </li><li> Per fermare la crescita CNT e raffreddare il campione, far scorrere manualmente a valle del tubo di quarzo fino a quando le chip catalizzatore si trovano a circa 1 centimetro a valle del forno di isolamento. Fare attenzione amantenere gli stessi flussi e set point temperatura del forno, come nel passaggio precedente, per 15 minuti. </li><li> Lavare il tubo con 1000sccm di elio per 5 minuti, prima di recuperare i campioni, e ruotando il forno spento. </li></ol> 3. CNT Densification <ol><li> Applicare un pezzo di nastro biadesivo per una maglia di alluminio 0,8 millimetri di spessore con fori di diametro 6.25mm. Assicurarsi che la maglia è maggiore dell&#39;apertura di un becher 1L e il nastro è approssimativamente centrata sulla maglia. </li><li> Montare il pezzo di wafer di silicio con i nanotubi di carbonio sul nastro in modo che le microstrutture CNT sono rivolto verso l&#39;alto. </li><li> Versare 100 ml di acetone in un becher 1L e posizionare il bicchiere su un piatto caldo all&#39;interno di una cappa aspirante. Impostare la piastra calda per ottenere una temperatura superficiale di 110 ° C. Attendere che l&#39;acetone inizia a bollire. Si noti che, nel nostro piastra, un ambiente di 150 ° C è stato richiesto per raggiungere 110 ° C sulla superficie. Il punto di ebollizione di acetone è molto più bassa (circa 56 ° C) ma found che l&#39;elevata temperatura consentito l&#39;acetone bollire più rapidamente, e riscaldato le pareti laterali del becher, impedendo condensa all&#39;interno del bicchiere. </li><li> Posizionare la rete di alluminio sul bicchiere tale che il campione è montato rivolto verso il basso. </li><li> Nota eventuali rapide fluttuazioni del fronte vapore che sale lato del becher e regolare il livello di fumi battente cappa per stabilizzare il fronte di vapore. </li><li> Una volta che il vapore anteriore avvicina alla parte superiore del bicchiere, osservare le variazioni di colore apparente sulla superficie del substrato di silicio. Rainbow-come modelli apparirà e spazzare tutta la superficie. Questo significa una pellicola sottile di solvente formare sulla superficie quando il vapore entra in contatto con la superficie fredda. </li><li> Dopo sufficiente solvente è stato depositato, prendere la maglia e senza cambiare l&#39;orientamento del campione, tenerlo lontano dal solvente di ebollizione fino a quando il solvente è evaporato depositato via. La quantità di tempo è determinato empirismocamente in base alla dimensione e la spaziatura delle strutture CNT. Ciò è ulteriormente affrontato in sede di discussione. </li><li> Rimuovere la maglia dal bicchiere, e accuratamente staccare il campione dal nastro biadesivo, usando una lama di rasoio. Massima attenzione deve essere assunto in questa fase, come è facile rompere il provino durante la rimozione. </li></ol> 4. CNT Maestro Mold Fabrication <ol><li> Pool SU-8 2002, le microstrutture CNT addensati. Centrifugare il campione a 500rpm per 10s, poi a 3000rpm per 30s. </li><li> Cuocere il campione a 65 ° C per 2 minuti e poi a 95 ° C per 4 min. </li><li> Esporre il campione alla luce UV con un irradiamento di 75mW/cm 2 per 20s. </li><li> Cuocere nuovamente il campione a 65 ° C per 2 min, quindi a 95 ° C per 4 min. </li></ol> 5. Replica Molding <ol><li> Se la replica strutture delicate, collocare il master in un essiccatore con un bicchiere di 100 microlitri di vile (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-Triclorosilano a 400mTorr per 12h. </li><li> Mescolare per un totale di 1 g di PDMS (Sylgard 184), con un rapporto di 10:1 monomero: cross-linker. Per microstrutture con una dimensione di base di pochi micrometri e un rapporto di aspetto di 10 o più utilizzare un rapporto di 8:1. </li><li> Posizionare il maestro CNT in un piatto foglio di alluminio, PDMS e versare nel piatto fino a quando il campione è sommerso. </li><li> Trasferire il campione in vuoto e Degas 400mTorr per 15 min. Una volta che le bolle iniziano a formarsi nel PDMS (in genere dopo circa 3 minuti) periodicamente aumentare la pressione rapidamente far scoppiare le bolle di grandi dimensioni. </li><li> Polimerizzare il negativo a 120 ° C per 20 min. Se il campione contiene strutture HAR, curare a 85 ° C per 5h. </li><li> Una volta indurito, staccare il foglio di alluminio e separare il master dalla morbida PDMS negativo a mano. </li><li> Se la replica strutture delicate, posizionare il negativo in un essiccatore con un bicchiere di 100 pl di vile (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-triclorosilano a400mTorr per 12h. </li><li> Versare SU-8 2002 in negativo PDMS e Degas 400mTorr per 10min. </li><li> Cuocere il campione (SU-8 riempito negativo) a 65 ° C per 4 min, quindi a 95 ° C per 6 ore per evaporare il solvente dal spesso strato di SU-8. </li><li> Esporre il campione alla luce UV con un irradiamento di 75mW/cm 2 per 20 anni e cuocere di nuovo a 65 ° C per 4 min e poi a 95 ° C per 8 min. </li><li> Infine, il distacco da stampo manualmente SU-8 replica dal PDMS negativo. </li></ol> 6. Risultati rappresentativi Rappresentative come coltivate in matrici pilastro CNT insieme ai loro forme densificati sono illustrate nella Figura 4 (immagine modificata da De Volder et al. 4). Pilastri HAR con spessore di 10 um o più piccole hanno progressivamente ridotto rettilineità, che viene ulteriormente ridotto durante la densificazione. Densificazione dei pilastri semicircolari ha dimostrato di causare pilastri piegati uniformi su grandi aree (Fig. 4c). SU-8 infiltration avviene tra e all&#39;interno microstrutture CNT, per le strutture con spaziatura di 30 um o inferiore a un film sottile di SU-8 può rimanere tra strutture. Fotografie di fasi critiche nel processo di replica sono mostrati in figura 5, mentre le immagini SEM confrontando le microstrutture replicati loro repliche su diverse scale sono mostrati in Figura 6 (immagine modificata da Copic et al. 5). Limiti attuali, in termini di formazione della struttura, comprese le strutture ritorti immagine modificata da De Volder et al. 4), alte mura proporzioni e rientranti strutture sono illustrate nella Figura 7 (immagine modificata da Copic et al. 5). <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Forno installazione del tubo per la crescita la crescita CNT. (A) sistema schematica. (B) forno Tube (Thermo-Fisher Minimite), con coperchio aperto al salone nautico di silicio all&#39;interno sigillato tubo di quarzo. (C) Silicon bavena con i campioni, indicati prima e dopo la crescita. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. (A) Schema di installazione becher per condensazione controllata di vapore di solvente sulla microstrutture CNT (immagine modificata da De Volder et al. 6). (B) substrato campione CNT collegato in rete di alluminio acetone bollente. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Flusso di processo per lo stampaggio replica di microstrutture CNT, e l&#39;immagine del rappresentante serie microstruttura replicato moneta da un dollaro rispetto al quarto di dollaro. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. Microstrutture esemplari CNT prima e dopo la capillarey formatura. Immagini schematiche e SEM di matrice di colonne cilindriche CNT (a) prima capillare formatura, e (b) dopo la formatura capillare (immagine modificata da De Volder et al. 6). Inserti mostrano l&#39;allineamento e la densità di nanotubi di carbonio. (C) semicilindrico pilastri CNT infittire e inclini al momento la formazione capillare, formando travi inclinate (immagine modificata da Zhao et al. 7). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig5.jpg" alt="Figura 5" /> Figura 5. Fasi principali di fabbricazione dello stampo negativo CNT e la colata replica. (A) Casting di stampo PDMS negativo. (B) degasaggio dello stampo negativo. (C) Manuale sformatura del negativo, e il cast del SU-8 replica. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig6.jpg" alt="Figura 6" /> Figura 6. Confronto di (a)<html> CNT/SU-8 master e (b) replica micropillar strutture che mostrano alta fedeltà di replica micro-scala di forma e la struttura su scala nanometrica (cioè, fianchi e la superficie superiore), su una vasta area (immagine modificata da Copic et al. 5). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig7.jpg" alt="Figura 7" /> Figura 7. High-aspect-ratio (HAR) e rientranti microstrutture CNT e le loro repliche polimeriche. (A) addensato CNT a nido d&#39;ape con corrispondente SU8-CNT master e SU8 replica. (B) Master e copia della inclinata CNT Elisa (immagine modificata da Copic et al. 5). (C) Densified contorte micropillars CNT, con il maestro e la replica della struttura individuale (immagine modificata da De Volder et al. 4). I nidi d&#39;ape in (a) hanno larghezza della parete di 400 nm e altezza di 20 micron.= Target &quot;http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg&quot; = &quot;_blank&quot;&gt; Clicca qui per ingrandire la figura.

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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>

Non ci sono conflitti di interesse dichiarati.

Patterning litografica e preparazione del catalizzatore CNT substrati è semplice e ripetibile, tuttavia, il raggiungimento di crescita sostenuto CNT richiede attenzione a come l&#39;altezza e la densità delle foreste CNT sono influenzati dall&#39;umidità ambientale e la condizione del tubo crescita. Nella nostra esperienza, i modelli di dimensioni superiori a 1.000 micron 2 sono meno sensibili alle piccole fluttuazioni delle condizioni di trasformazione. Inoltre, la densità dei giochi modelli influenza la...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reattivo </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Comments </td></tr><tr><td> 4 &quot;di diametro &lt;100&gt; wafer di silicio rivestiti con SiO 2 (300 nm) </td><td> Silicon Quest </td><td> Costume </td><td></td></tr><tr><td> Fotoresist positivo </td><td> MicroChem </td><td> SPR 220-3,0 </td><td></td></tr><tr><td> Hexamethyldisilizane (HMDS) </td><td> MicroChem </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Sviluppatore </td><td> AZ Electronic Materials Corp. USA </td><td> AZ 300 MIF </td><td></td></tr><tr><td> Sistema di Sputtering </td><td> Kurt J. Lesker </td><td> Lab 18 </td><td> Sputtering sistema catalizzatore per la deposizione </td></tr><tr><td> Thermo Fisher-Minimite </td><td&gt; Fisher Scientific </td><td> TF55030A </td><td> Forno tubolare per la crescita CNT </td></tr><tr><td> Tubo di quarzo </td><td> Prodotti di vetro tecnici </td><td> Costume </td><td> 22 ID 25 mm OD 30 &quot;di lunghezza </td></tr><tr><td> Gas elio </td><td> PurityPlus </td><td> Egli (prepurificato 300) </td><td></td></tr><tr><td> Idrogeno gas </td><td> PurityPlus </td><td> H 2 (prepurificato 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Etilene gas </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (prepurificato 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Lamiera di alluminio forata </td><td> McMaster-Carr </td><td> 9232T221 </td><td> Per il fissaggio di esempio sopra riportato bicchiere densificazione </td></tr><tr><td> Flood lampada UV </td><td> Dymax </td><td> Model 2000 </td><td></td></tr><tr><td> SU-8 2002 </td><td> MicroChem </td><td> SU-8 2002 </td><td></td></tr><tr><td> Polidimetilsilossano (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 Kit Silicone elastomero </td><td></td></tr></tbody></table>

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

L&#39;introduzione di nuovi materiali e processi di microfabbricazione è, in gran parte, ha consentito molti progressi importanti in microsistemi, lab-on-a-chip di dispositivi, e le loro applicazioni. In particolare, le capacità di costo-efficacia fabbricazione di microstrutture polimeriche sono stati trasformati con l&#39;avvento della litografia morbida e tecniche micromolding altri 1, 2, e questo ha portato una rivoluzione nelle applicazioni di microfabbricazione di ingegneria biomedica e biologia. Tuttavia, resta una sfida per fabbricare microstrutture con ben definiti texture di superficie su scala nanometrica, e per fabbricare arbitrarie forme 3D alla micro-scala. Robustezza di stampi master e il mantenimento dell&#39;integrità della forma è particolarmente importante per ottenere la replicazione ad alta fedeltà di strutture complesse e preservare la loro consistenza superficiale su scala nanometrica. La combinazione di strutture gerarchiche e forme eterogenee, è una grande sfida ai metodi di microfabbricazione esistenti che largely contare su top-down incisione maschera utilizzando i modelli fissi. D&#39;altra parte, dal basso sintesi di nanostrutture, quali nanotubi e nanofili possono offrire nuove capacità di microfabbricazione, in particolare sfruttando la collettiva autorganizzazione di nanostrutture, e il controllo locale del loro comportamento di crescita rispetto a differenti microfabbricati . Il nostro obiettivo è quello di introdurre i nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT), che si riferiscono a come CNT &quot;foreste&quot;, come materiale di microfabbricazione nuovo. Vi presentiamo i dettagli di una serie di metodi correlati recentemente sviluppate dal nostro gruppo: fabbricazione di microstrutture CNT forestali da CVD termica da film di catalizzatore lithographically fantasia sottili; auto-diretto densificazione elastocapillary di microstrutture CNT, e stampaggio replica di polimero microstrutture con stampi padrone compositi CNT . In particolare, il nostro lavoro mostra che l&#39;auto-diretto densificazione capillare (&quot;capillare formazione&quot;), che è performed per condensazione di un solvente sul substrato con microstrutture CNT, aumenta significativamente la densità di impaccamento di CNT. Questo processo consente la trasformazione diretta di verticale microstrutture CNT in forme diritte, inclinate, e contorto, che hanno robusti proprietà meccaniche superiori a quelle dei polimeri di microfabbricazione tipici. Questa svolta in consente la formazione di muffe maestri nanocompositi CNT-driven dal capillare infiltrazione di polimeri. Le strutture replica mostrano la struttura anisotropa nanoscala dei CNT allineati, e può avere pareti con sub-micron di spessore e proporzioni superiori a 50:1. Integrazione di microstrutture CNT nella fabbricazione offre un&#39;ulteriore opportunità di sfruttare le proprietà elettriche e termiche di nanotubi di carbonio e capacità diverse per l&#39;industria chimica e funzionalizzazione biochimica 3.

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

Presentiamo metodi per la fabbricazione di microstrutture fantasia dei nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT) e loro impiego come stampi master per la produzione di microstrutture polimero con struttura superficiale organizzata nanoscala. Le foreste sono CNT densificato dalla condensazione del solvente sul substrato, che aumenta notevolmente la loro densità e permette di auto-formazione di forme 3D.

Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

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

JoVE Journal

Engineering

20.0K Views.  University of Michigan. Presentiamo metodi per la fabbricazione di microstrutture fantasia dei nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT) e loro impiego come stampi master per la produzione di microstrutture polimero con struttura superficiale organizzata nanoscala. Le foreste sono CNT densificato dalla condensazione del solvente sul substrato, che aumenta notevolmente la loro densità e permette di auto-formazione di forme 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.

Ossidazione a secco e vuoto ricottura Trattamenti per accordare le proprietà di bagnabilità di matrici di nanotubi di carbonio

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

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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.

Sintesi e funzionalizzazione di azoto drogati Coppe nanotubi di carbonio con nanoparticelle di oro come tappi di sughero

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

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.

Processo di creazione di microstrutture tridimensionali mediante vaporizzazione di un componente sacrificale

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.

Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

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.

Metodo ambiente per la produzione di un ionicamente Gated Nanotubi di carbonio catodo comune in celle solari tandem Organic

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.

Fabbricazione di bassa temperatura Nanotubi di carbonio interconnessioni verticali Compatibile con la tecnologia Semiconductor

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

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Fabbricazione e caratterizzazione di superconduttori risonatori

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

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.

Bidirezionale Valorizzazione di scorie d&#39;altoforno: Sintesi di carbonato di calcio precipitato e zeolitici Heavy Metal Adsorbente

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.

Precisione fresatura di Nanotubi di carbonio delle foreste Utilizzando bassa pressione Scanning 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.

Fabbricazione ad alta temperatura di Nanostrutturati di ossido di ittrio stabilizzato-Zirconia (YSZ) Ponteggi da<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogel

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