이 작품은 교부금 번호 9900600 아래에있는 Charyk 재단과 플레쳐 존스 재단에 의해 지원되었다. 저자는 굉장히 nanofabrication 악기의 사용을 위해 캘리포니아 공과 대학에서 Kavli Nanoscience 연구소 인정 분자 재료 연구 XPS의 사용에 대한 캘리포니아 공과 대학에서 Beckman 연구소의 센터와는 각도 고니 오 미터 문의 및 부 SEM의 사용에 대한 캘리포니아 공과 대학의 지질 및 행성 과학.

1. 탄소 나노 튜브 (CNT) 배열 성장 <ol><li> 적어도 하나의 광택면과 실리콘 웨이퍼를 준비합니다. 특별한 크기에 요구, 결정 방향, 도핑 종류, 저항, 그리고 산화물 층의 두께가 없습니다. 우리는 일반적으로 3 인치, 381 μm의 두께, 5-10 Ωcm의 비저항의 직경, 인에 취해 &lt;100&gt; N 형 실리콘 웨이퍼를 사용합니다. 일반적으로이 실리콘 웨이퍼은 300 nm의 두께로 열 산화물 층이 있습니다. </li><li> 준비된 실리콘 웨이퍼 산화물 층이없는 경우, 웨이퍼의 연마면에 300 nm의 두께 산화물 층을 추가합니다. 이 산화물 층이 열 성장 또는 바람직 e-빔 증발기를 사용하여 물리 기상 증착 (PVD)에 의해 증착 할 수 있습니다. </li><li> 10 nm의 평균 두께 웨이퍼의 연마면에 알루미늄 산화물 (알 2 O 3) 버퍼 레이어를 입금. 0.5 &amp;의 평균 증착 속도로 e-빔 증발기를 사용하여 증착Aring ;/ 초 좋습니다. 99.99 % 이상의 순도로 알루미늄 산화물 펠릿을 사용합니다. </li><li> 1 nm의 평균 두께 웨이퍼의 연마면에 철 (Fe) 촉매 층을 입금. 이 버퍼 층의 균일 매우 중요하기 때문에, 0.3 Å / 초 이하의 평균 증착 속도로 e-빔 증발기를 사용하여 증착을 사용하는 것이 좋습니다. 99.95 % 이상의 순도로 철 알약을 사용합니다. </li><li> 바람직 1x1 cm 샘플로, 여러 개의 작은 칩에 촉매 코팅 실리콘 웨이퍼를 잘라 안되죠. </li><li> 1 인치 직경 석영 튜브 전기로 (그림 2)에 여러 가지 촉매 코팅 실리콘 칩을로드합니다. </li><li> 750로 가열로의 온도를 증가 ° C 600 토르의 압력에서 400 sccm 아르곤 (아르곤) 가스의 일정한 흐름에 따라. </li><li> 750의 성장 온도 ° C에 도달하면 t을 유지하면서,, 200 sccm 아르곤 가스와 285 sccm의 수소 (H 2) 기체의 혼합물을 흐르는하여 전처리 과정을 시작그는 600 토르에서 일정한 압력. 5 분의 전처리 과정을 실행합니다. </li><li> 전처리 과정이 완료되면 600 토르에서 압력이 일정하게 유지하면서,, 210 sccm의 수소 가스와 490 sccm의 에틸렌 (C 2 H 4) 가스의 혼합물을 흐르는하여 성장 과정을 시작합니다. 750에서 성장 온도가 일정하게 유지하면서 최대 1 시간까지의 성장 과정을 실행 ° C. CNT 배열의 길이는 성장 시간에 의해 결정됩니다. 밀리미터 하나의 평균 길이 CNT 배열 한 시간을 증가함으로써 달성 할 수 있습니다. 2 </li><li> 600 토르의 압력에서 400 sccm 아르곤 가스의 일정한 흐름에 따라 다시 실내 온도에 가열로의 온도를 가져와. 노의 온도가 실내 온도에 도달 후 샘플을 언로드합니다. </li><li> 성장 품질, 길이, 직경, 그리고 전자 현미경에 의해 밀도를 포장을 포함하여 전체 성장 특성을 특성화한다. </li></ol> 2. 산소 AdsorUV / 오존 처리에 의해 유도 ption <ol><li> 185 나노 미터와 254 nm의 파장에서 UV 방사선을 생성하는 높은 강도 수은 증기 램프에서 CNT 배열의 몇 가지 샘플을 놓습니다. 램프에서 20cm -이 샘플 5의 거리에 위치해야합니다. 상업 UV / 오존 청소기는 대안 (그림 3)으로 사용할 수 있습니다. </li><li> 스탠다드 룸 온도와 압력에서 공기 UV 방사선에이​​ 배열을 쉽게받을 수 있습니다. 총 노출 시간은 물리적 특성, UV 방사선의 힘, 그리고 달성 할 싶은 wettability의 정도에 따라 달라집니다. 근사치로서 완전히 superhydrophobic에서 superhydrophilic에 15 μm 높이 CNT 배열을 전환하는 100 MW / cm 2 UV 조사의 약 30 분 소요됩니다. </li><li> 연락처 각도 측정기를 사용하여 물을 UV / 오존 처리 CNT 배열의 정적 접촉 각도를 측정합니다. 이 측정을 수행 할 수 프로토콜은 5 절에 설명되어 있습니다. </li><li> CNT의 배열 anot에 다시 노출UV / 오존 치료 그녀의 둥근 사람들이 충분한 친수성하지 않은 경우. </li><li> X-선 광전자 분광법하여 UV / 오존 처리 CNT 어레이의 표면 화학을 특성화한다. </li></ol> 3. 산소 플라즈마 처리에 의한 산소 흡착 유도 <ol><li> 산소 플라즈마 클리너 / 아셀 / 에칭 (그림 4)의 챔버에 CNT 배열의 몇 가지 샘플을 놓습니다. 원격 산소 플라즈마 클리너 / 아셀 / 에칭 때문에 그 등방성 자연의 직접적인 것보다 바람직하다. </li><li> 산소 유량 150 sccm과 챔버 압력 500 mTorr로로 설정합니다. RF 전력 50 와트로 설정합니다. </li><li> 몇 분 동안 산소 플라즈마에이 배열을 쉽게받을 수 있습니다. 총 노출 시간은 물리적 속성과 달성 할 싶은 wettability의 정도에 따라 달라집니다. 케어 산소 플라즈마 완전히 CO와 CO 2 분자 단위로 CNT를 산화 수있는 능력이 있기 때문에주의가 필요하다. 근사치로서 이하 30 마일을 취완전히 superhydrophobic에서 superhydrophilic에 일mm 키 CNT 배열을 전환 할 습니. </li><li> 연락처 각도 측정기를 사용하여 물 CNT 배열을 처리 산소 플라즈마의 정적 접촉 각도를 측정합니다. 이 측정을 수행 할 수 프로토콜은 5 절에 설명되어 있습니다. </li><li> 그들은 충분히 친수성하지 않은 경우 산소 플라즈마 처리의 또 다른 라운드로 CNT 어레이를 다시 노출. </li><li> X-선 광전자 분광법에 의해 CNT 배열 처리 산소 플라즈마의 표면 화학을 특성화한다. </li></ol> 4. 진공 소둔 처리에 의해 유도 산소 탈착 <ol><li> 진공 오븐 (그림 5)의 챔버에 CNT 배열의 몇 가지 샘플을 놓습니다. </li><li> 최소 250 토르의 챔버 압력을 줄일 수 있습니다. </li><li> ° C 이상 250 챔버 온도를 높입니다. </li><li> 몇 시간 동안 어닐링 치료를 진공 청소기 이러한 배열을 쉽게받을 수 있습니다. 총 노출 시간은 물리적 속성과에 따라 달라집니다달성 할 원하는 wettability의 정도. 근사치로서 완전히 superhydrophilic에서 superhydrophobic에 일mm 키 CNT 배열을 변환 superhydrophobic 이상 24 시간에 superhydrophilic에서 15 μm 높이 CNT 배열을 전환하는 데 적어도 3 시간이 소요됩니다. </li><li> 연락처 각도 측정기를 사용하여 물 CNT 배열을 annealed 진공의 정적 접촉 각도를 측정합니다. 이 측정을 수행 할 수 프로토콜은 5 절에 설명되어 있습니다. </li><li> 그들은 충분한 소수성하지 않은 경우 치료를 어닐링 진공의 또 다른 라운드로 배열을 다시 노출. </li><li> X-선 광전자 분광법에 의해 CNT 어레이 annealed 진공의 표면 화학을 특성화한다. </li></ol> 5. 등록 특성화 으러 <ol><li> 연락처 각도 측정기를 준비합니다. 탈 이온수로 microsyringe 어셈블리를 입력합니다. 이 주사기는 22 게이지 평면 스쳐 직선 바늘이나 작은 바늘 장착해야합니다. 조명기를 켭니다. </lI&gt; <li> 연락처 각도 고니 오 미터 샘플 테이블에 CNT 어레이의 샘플을 놓습니다. 이 샘플은 한 방향으로 기울 수 없습니다되어 있는지 확인하십시오. </li><li> 가까운 샘플에 microneedles 어셈블리를 준비하고 천천히 CNT 어레이의 상단 표면에 5 μl 물 비말을 투여. </li><li> 이 CNT 배열의 상단 표면에 나머지에 와서되면 물 비말의 사진을 캡처합니다. 평형 상태가 이미지를 복용하기 전에 달성되었습니다 있는지 확인하십시오. </li><li> ramé - 하트 나 LBADSA하여 같은 DROPimage 같은 전용 소프트웨어와 함께 캡처 한 이미지를 처리하여 연락처 각도를 계산합니다. 24 </li></ol>

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모든 저자는 우리가 관심의 갈등이 없다는 점 선언합니다.

이 CNT 어레이 및 UV 방사선의 힘의 길이에 따라 몇 시간에 대한 표준 객실 온도와 압력에서 공기 수행 할 수 있기 때문에 우리는 UV / 가장 편리한 산화 기술로 오존 처리 고려하십시오. 185 나노 미터와 254 나노 미터의 높은 강도 수은 증기 램프에 의해 생성 된 UV 방사선, UV 방사선에 의해 공중에서 동시에 변환 오존은 자신의 표면을 산화 할 수 CNT의 외부 벽에 분자 채권을시킵니다. 26,27 산?...

조정할 수 으러 특성과 합성 물질의 도입은 자기 청소 표면과 유체 역학적 드래그 감소 장치 등 다양한 응용 프로그램을 사용하고 있습니다. 6,7 많은보고 연구가 성공적으로 재료의 으러 속성을 조정하는 것을 보여, 하나는 변화를 할 수 있어야 표면 화학 및 지형 표면 거칠기. 8-11 많은 다른 가능한 합성 재료 중, nanostructured 자료의 고유 멀티 스케일 표면 거칠기 및 표면으로 인해 관심의 대부분을 받고있다는 쉽게 일반적인 방법으로 기능화 할 수 있습니다. 이 nanostructured 자료 중 일부 예는 ZnO, 12,13 그런가 2, 12,14 ITO, 12, 탄소 나노 튜브 (CNT)가 포함되어 있습니다. 우리는 가역적으로 CNT의 으러 속성을 조정 할 수있는 능력이 자신의 미덕을 가지고 있다고 생각 15-17부터 사람들 미래 applica위한 가장 유망한 재료의 하나로서 간주됩니다tions. CNT는 산화 처리 중에 도입 산소 기능 그룹, 자신의 표면을 functionalizing하여 친수성 ​​설정할 수 있습니다. 현재까지 CNT에 산소 adsorbates을 소개하는 가장 일반적인 방법은 질산과 과산화수소 같은 강한 산 및 산화 에이전트의 사용을 포함, 잘 알려진 서부 유럽 표준시 산화 기술입니다. 18-20이 서부 유럽 표준시 산화 기술에 어려운 때문에 안전과 환경 문제의 산업 수준과 산화 과정을 완료 할 시간의 상당한 금액까지 확장 할 수. 또한, 중요한 포인트 건조 방법은 건조 과정에서 미세 구조와 CNT 배열의 전체 정렬을 파괴 할 수 있습니다 모세관 힘의 효과를 최소화하기 위해 고용해야 할 수도 있습니다. 이러한 UV / 오존과 산소 플라즈마 트리트먼트로 드라이 산화 트리트먼트, 상기에 비해 안전하고, 빠르고 더 많은 제어 산화 과정을 제공합니다서부 유럽 표준시 산화 트리트먼트를 제공합니다. CNT들은 표면에서 첨부 된 산소 기능 그룹을 제거하여 소수성 만들 수 있습니다. 지금까지 복잡한 프로세스는 항상 높은 소수성 CNT 배열을 생산에 참여하고 있습니다. 일반적으로 이러한 배열은 PTFE, ZnO, 그리고 fluoroalkylsilane, 15,21,22 또는 불소 또는 CF4 및 CH 4와 같은 탄화수소 플라즈마 처리에 의해 덜어 질 같은 비 으러 화학 물질, 코팅해야합니다. 비록 16,23를 abovementioned 트리트먼트 산업 수준까지 확장 할 너무 어려운되지 않습니다, 그들은 되돌릴 수 없습니다. CNT 이러한 치료에 노출되면, 그들은 더 이상 일반적인 산화 방법을 사용하여 친수성 ​​렌더링 할 수 없습니다. 여기 제시 방법은 CNT의 배열의 wettability가 건조 산화 및 진공 어닐링 트리트먼트 (그림 1)의 조합을 통해 straightforwardly하고 편리하게 조정 할 수 보여줍니다. 산소이 치료에 의해 유도 dsorption 및 탈착 과정 때문에 자신의 비파괴 자연과 기타 불순물의 부재의 높은 치료입니다. 따라서,이 트리트먼트는 CNT 어레이가 반복적으로 친수성과 소수성 사이에 전환 할 수 있습니다. 또한,이 트리트먼트는 매우 실용적 경제적이며, 그들이 상업적인 진공 오븐과 UV / 오존이나 산소 플라즈마 클리너를 사용하여 수행 할 수 있기 때문에 쉽게 확장 할 수 있습니다. 여기에 사용 된 세로로 정렬 CNT 어레이는 표준 열 화학 기상 증착 (CVD) 기술로 재배되어 있습니다. 이러한 배열은 일반적으로 높은 온도에서 전구체 가스를 포함하는 탄소의 흐름에 따라 석영 관 용광로에 촉매 코팅 실리콘 웨이퍼 기판에 성장하고 있습니다. 배열의 평균 길이는 성장 시간을 변경하여 밀리미터 길이로 몇 마이크로 미터에서 다양 할 수 있습니다.

<table border="1">
<tbody>
 <tr>
 <td> Material Name</td>
 <td> Company</td>
 <td> Catalogue Number</td>
 <td> Comments (optional)</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Lindberg Blue M Mini-Mite tube furnace</td>
 <td>Thermo Scientific</td>
 <td>TF55030A</td>
 <td>1" tube furnace for CNT array growth</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Electronic mass flow controllers</td>
 <td>MKS</td>
 <td>PFC-50 &pi;MFC</td>
 <td>Max flow rate of 1000 sccm </td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Electronic pressure controller</td>
 <td>MKS</td>
 <td>PC-90 &pi;PC</td>
 <td>Max pressure of 1000 Torr</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>1" quartz tube</td>
 <td>MTI Corp.</td>
 <td>>EQ-QZTube-25GE-610</td>
 <td>1" D x 24" L</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Hydrogen gas</td>
 <td>Airgas</td>
 <td>HY UHP200</td>
 <td>CNT array growth precursor gas, 99.999% purity</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Ethylene gas</td>
 <td>Matheson</td>
 <td>G2250101</td>
 <td>CNT array growth precursor gas, 99.999% purity</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Argon gas</td>
 <td>Airgas</td>
 <td>AR UHP200</td>
 <td>CNT array growth precursor gas, 99.999% purity</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Silicon wafer</td>
 <td>El-Cat</td>
 <td>2449</td>
 <td>With 300 nm polished thermal oxide layer</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Iron pellets</td>
 <td>Kurt J Lesker</td>
 <td>EVMFE35EXEA</td>
 <td>99.95% purity</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Aluminum oxide pellets</td>
 <td>Kurt J Lesker</td>
 <td>EVMALO-1220B</td>
 <td>99.99% purity</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>E-beam evaporator</td>
 <td>CHA Industries</td>
 <td>CHA Mark 40</td>
 <td>For buffer and catalyst layer deposition</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>UV/ozone cleaner</td>
 <td>BioForce Nanosciences</td>
 <td>ProCleaner Plus</td>
 <td>For oxidizing CNT array</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Oxygen plasma cleaner</td>
 <td>PVA TePla</td>
 <td>M4L</td>
 <td>For oxidizing CNT array</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Vacuum oven</td>
 <td>VWR</td>
 <td>97027-664 </td>
 <td>For deoxidizing CNT array</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>SEM</td>
 <td>Zeiss</td>
 <td>1550 VP</td>
 <td>For CNT array growth characterization</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>XPS</td>
 <td>Surface Science </td>
 <td>M-Probe</td>
 <td>For surface chemistry characterization</td>
 </tr>
 <tr >
 <td>Contact angle goniometer</td>
 <td>ram&eacute;-hart</td>
 <td>Model 190</td>
 <td>For wetting properties characterization</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

dry oxidation and vacuum annealing treatments for tuning the wetting properties of carbon nanotube arrays

이 문서에서는, 우리는 가역적으로 수직 정렬 된 탄소 나노 튜브 (CNT) 배열의 으러 속성을 조정하는 간단한 방법을 설명합니다. 여기 CNT 어레이는 다음과 같이 정의되어 밀도가 높은 중심의 수직는 표준 열 화학 기상 증착 (CVD) 기술로 성장 과정의 결과로 성장 기판에 다중 벽 탄소 나노 튜브 포장. 1,2이 CNT 어레이는 진공에 노출되어 그들에게 더 소수성하기 위해 또는 더 친수성 ​​렌더링 산화 치료를 건조 치료를 풀림. 친수성 CNT 어레이가 치료를 어닐링 진공 청소기하도록 노출에 의해 소수성 설정하실 수 있습니다 소수성 CNT 어레이는 산화 치료를 건조하도록 노출에 의해 친수성 ​​설정할 수 있습니다. 두 트리트먼트의 조합 사용하여 CNT 어레이가 반복적으로 따라서 친수성과 소수성 2. 사이에 전환 할 수 있습니다, 이러한 조합은 많은 산업 및 소비자 응용 프로그램에서 매우 높은 가능성을 보여약물 전달 시스템과 높은 전력 밀도 supercapacitors. 3-5 포함 CNT 배열의 wettability을 변경할 수있는 키는 산소 adsorbates의 표면 농도를 제어 할 수 있습니다. 기본적으로 산소 adsorbates는 모든 산화 처리에 CNT 배열을 노출하여 소개 할 수 있습니다. 여기 산소 기능 그룹과 CNT의 표면을 functionalize하는 등 산소 플라즈마와 UV / 오존 등의 건조 산화 트리트먼트를 사용합니다. 이러한 산소 기능 그룹은 친수성 ​​CNT를 렌더링, 양식에 CNT와 물 분자의 표면 사이에 수소 결합 할 수 있습니다. 이를 소수성을 설정하려면 adsorbed 산소 CNT의 표면에서 제거해야합니다. 여기 산소 탈착 과정을 유도하기 위해 진공 소둔 처리를 사용합니다. 산소 adsorbates의 매우 낮은 표면 농도와 CNT의 배열은 superhydrophobic 동작을 나타냅니다.

20 나노 미터, 8 - - 16 벽, 그리고 40-100 nm의 각각 CVD 방식은 전형적인 직경, 벽의 숫자, 그리고 약 12​​ 간 나노 튜브 간격으로 밀도가 높은 포장 세로로 정렬 다중 벽 CNT 배열에 결과를 위에서 설명한. 배열의 평균 길이는 각각 5 분에서 1 시간까지의 성장 시간을 변경하여 (그림 6B) mm 길이로 긴 몇 마이크로 미터 (그림 6A)에서 다양 할 수 있습니다. 일반적으로 수직 정렬은 ?...

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

이 문서는 CVD에 의해 수직 정렬 된 탄소 나노 튜브 배열을 제조하고 이후 어닐링 또는 드라이 산화 치료를 진공 청소기하도록 노출하여 으러 속성을 조정하는 간단한 방법을 설명합니다.

탄소 나노 튜브 배열의 으러 속성을 조정을위한 트리트먼트 소둔 건식 산화, 진공

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

dry-oxidation-vacuum-annealing-treatments-for-tuning-wetting

Research

JoVE Journal

Engineering

14.9K 조회수.  California Institute of Technology. 이 문서는 CVD에 의해 수직 정렬 된 탄소 나노 튜브 배열을 제조하고 이후 어닐링 또는 드라이 산화 치료를 진공 청소기하도록 노출하여 으러 속성을 조정하는 간단한 방법을 설명합니다.

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

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

3D 카본 나노튜브 Microstructures의 제조, Densification 및 복제 성형

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

연구

공학

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.

코르크 마개로 금 나노 입자와 질소 도핑 된 탄소 나노 튜브 컵의 합성과 기능화

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

Fine-tuning the Size and Minimizing the Noise of Solid-state Nanopores

Solid-state nanopores have emerged as a versatile tool for the characterization of single biomolecules such as nucleic acids and proteins1. However, the creation of a nanopore in a thin insulating membrane remains challenging. Fabrication methods involving specialized focused electron beam systems can produce well-defined nanopores, but yield of reliable and low-noise nanopores in commercially available membranes remains low2,3 and size control is nontrivial4,5. Here, the application of high electric fields to fine-tune the size of the nanopore while ensuring optimal low-noise performance is demonstrated. These short pulses of high electric field are used to produce a pristine electrical signal and allow for enlarging of nanopores with subnanometer precision upon prolonged exposure. This method is performed in situ in an aqueous environment using standard laboratory equipment, improving the yield and reproducibility of solid-state nanopore fabrication.

A methodology for preparing solid-state nanopores in solution for biomolecular translocation experiments is presented. By applying short pulses of high electric fields, the nanopore diameter can be controllably enlarged with subnanometer precision and its electrical noise characteristics significantly improved. This procedure is performed in situ using standard laboratory equipment under experimental conditions.

크기를 미세 조정 및 고체 나노 세공의 잡음을 최소화

Solid-state nanopores have emerged as a versatile tool for the characterization of single biomolecules such as nucleic acids and proteins1. However, the ...

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.

탠덤 유기 태양 전지의 이온 정문 탄소 나노 튜브의 공통 음극의 생산을 위해 주위 방법

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.

반도체 기술과 호환 저온 탄소 나노 튜브 수직 상호 연결의 제작

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

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their behavior for single stages of a process or even an entire process. For the simulation with occurring particle-particle and particle-wall contacts, the value of the coefficient of restitution is required. It can be determined experimentally. The coefficient of restitution depends on several parameters like the impact velocity. Especially for fine particles the impact velocity depends on the air pressure and under atmospheric pressure high impact velocities cannot be reached. For this, a new experimental setup for free-fall tests under vacuum conditions is developed. The coefficient of restitution is determined with the impact and rebound velocity which are detected by a high-speed camera. To not hinder the view, the vacuum chamber is made of glass. Also a new release mechanism to drop one single particle under vacuum conditions is constructed. Due to that, all properties of the particle can be characterized beforehand.

The coefficient of restitution is a parameter that describes the loss of kinetic energy during collision. Here, a free-fall setup under vacuum conditions is developed to be able to determine the coefficient of restitution parameter for particles in micrometer range with high impact velocities.

진공 조건에서 반발 계수의 측정을위한 실험 장치 개발

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. Conventionally reserved for the fabrication of metal thin films, thermal evaporation deposits bismuth into an array of vertical single crystalline nanowires over a flat thin film of vanadium held at RT, which is freshly deposited by magnetron sputtering or thermal evaporation. By controlling the temperature of the growth substrate the length and width of the nanowires can be tuned over a wide range. Responsible for this novel technique is a previously unknown nanowire growth mechanism that roots in the mild porosity of the vanadium thin film. Infiltrated into the vanadium pores, the bismuth domains (~ 1 nm) carry excessive surface energy that suppresses their melting point and continuously expels them out of the vanadium matrix to form nanowires. This discovery demonstrates the feasibility of scalable vapor phase synthesis of high purity nanomaterials without using any catalysts.

A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented.

진공 열 증발을 통해 비스무트 나노 와이어 어레이의 씨앗 성장

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

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.

고로 슬래그의 양방향 가치 증식 : 침전 된 탄산 칼슘과 제올라이트 중금속 흡착제의 합성

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.

저압 주사 전자 현미경을 사용하여 탄소 나노 튜브 숲의 정밀 밀링

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

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve desired molecular orientation states in LC displays, the "static" surface property of LCs, so-called surface anchoring, has been intensively studied. As a rule of thumb, once the initial orientation of LCs is "locked" by specific surface treatments, such as rubbing or treatment with a specific alignment layer, it hardly changes with temperature. Here, we present a system exhibiting an orientational transition upon temperature variation, which conflicts with the consensus. Right on the transition, the bulk LC molecules experience the orientational rotation, with 90&#176; between the planar (P) orientation at high temperatures and the vertical (V) orientation at low temperatures in the first-order transitional manner. We have tracked thermodynamic surface anchoring behavior by means of polarizing optical microscopy (POM), dielectric spectroscopy (DS), high-resolution differential scanning calorimetry (HR-DSC), and grazing incidence X-ray diffraction (GI-XRD) and reached a plausible physical explanation: that the transition is triggered by a growth of surface wetting sheets, which impose the V orientation locally against the P orientation in the bulk. This landscape would provide a general link explaining how the equilibrium bulk orientation is affected by surface-localized orientation in many LC systems. In our characterization, POM and DS are advantageous by offering information on the spatial distribution of the orientation of LC molecules. HR-DSC gives information about the precise thermodynamic information on transitions, which cannot be addressed by conventional DSC instruments due to limited resolution. GI-XRD provides information on surface-specific molecular orientation and short-range orderings. The goal of this paper is to present a protocol for preparing a sample that exhibits the transition and to demonstrate how the thermodynamic structural variation, both in the bulk and on surfaces, can be analyzed through the abovementioned methods.

Here, we present a protocol to trigger an orientational transition of a liquid crystal in response to temperature. Methodologies are described for preparing a sample in order to observe the transition and the detailed transitional evolution.

계면 습윤지의 열역학적 성장에 의해 촉발 된 액정의 방향 전환

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...