Bu araştırma, Ulusal Bilim Vakfı (CMMI-0.927.634) ile Nanomanufacturing programı tarafından desteklenmiştir. Davor Copic Michigan Üniversitesi&#39;nde Rackham Merit Burs Programı tarafından kısmen desteklenmiştir. Sameh Tawfick Rackham predoctoral Kardeşliği kısmi desteği ile hazırlanmıştır. Flanders (FWO) - Michael De Volder Bilimsel Araştırma Belçikalı Fonu tarafından desteklenmiştir. Mikroimalat Ulusal Nanoteknoloji Altyapı Ağı üyesi olan Lurie Nanofabrikasyona Tesisi (LNF) yapıldı ve elektron mikroskobu Michigan Elektron Microbeam Analiz Laboratuvarı (EMAL) yapıldı.

1. Catalyst Desenlendirme <ol><li> En azından bir kısmı ile parlatılmış, bir 3000A kalınlığında silikon dioksit tabakası ile (100) silikon kazanır. Alternatif olarak, bir çıplak silikon kazanmak ve gofret üzerine 3000A silikon dioksit uzayabilir. Aşağıda açıklanan tüm işlemler, gofret cilalı tarafında yapılır. </li><li> Daha sonra 30 sn için 3000rpm az, 4S için 500rpm azından HMDS tabakası Spincoat. HMDS gofret ve ışığa arasındaki yapışma teşvik etmektedir. </li><li> Daha sonra 30 sn için 3000rpm az, 4S için 500rpm azından SPR-220-3 tabakası Spincoat. </li><li> 90s için 115 ° C&#39;de bir ocak gözünde gofret pişirin. </li><li> Katalizör desenlendirme için istenen maskesi kullanarak, fırında 115 yine bir ocak gözünde gofret 90s ° C (post) sert kontakt mode.1.6 içinde 6s için 405 nm&#39;de 20 mW / cm 2 &#39;lik bir ışınım ile UV ışığına maruz gofret pozlama fırında). </li><li> AZ-300 MIF geliştirici kullanarak 60s için ışığa maruz geliştirin. </li><li> DurulamaDI su 60s için gofret. </li><li> Mevduat 10nm Al 2 O 3 e-demeti buharlaştırma veya püskürtme ile 1 nm&#39;den Fe izledi. </li><li> Yaklaşık 20 adet × 20 mm veya daha küçük içine El kâtip ve mola gofret. </li><li> Beher 8dk (CREST ultrason 1100D) için güç 6 ultrasonik banyoda alınırken, aseton 100ml içeren bir 1L beherindeki gofret parçaları ıslatarak kaldıran fotorezist ile gerçekleştirin. </li><li> Atın ve aseton değiştirin ve aynı ayarlarla tekrar ses dalgalarına maruz. </li><li> Izopropanol (IPA) ile bir behere gofret parçaları aktarın, sonra 2dk bekletin. </li><li> Cımbız kullanarak tek tek IPA gelen gofret parçalarını çıkarın. Bir el meme kullanarak nazik bir azot akımı ile her parça kurulayın. </li></ol> 2. CNT Büyüme <ol><li> Çıplak (ya da oksit kaplı) silikon ve elle kâtip kazanmak ve boyutları yaklaşık olarak 22 ile bir parça × 75 mm bölünürler. Bu &quot;tekne&quot;desteklemek ve tüp fırın içine katalizör-kaplamalı gofret parçaları yüklemek için kullanılacaktır. Tekne yükleme ve boşaltma sırasında gofret parçaları tutmak için çok yararlıdır, ancak büyüme sürecinde bir rol oynamıyor. Prensip olarak teknenin CNT büyüme şartları altında kimyasal ve termal açıdan stabil olan herhangi bir madde olabilir. </li><li> Öncü gelen tekne, 30mm üzerinde katalizör kaplı gofret parçaları (büyüme substrat) istenen bir sayı koyun. </li><li> Tüpüne büyüme yüzeyler ile tekne yükleyin. Kılavuz kenar bir paslanmaz çelik ya da kuvars itme çubuğu kullanılarak, fırının termokupl ve 30mm alt akışında konumlanmış olan bu tür bir tüpe teknenin itme. Bu 30mm konumu bizim fırının en yüksek CNT büyüme oranı verir &quot;tatlı&quot; dir. Bu, kullanıcının aparatı ve hedefleri (örn., CNT büyüme ya yoğunluğu maksimize) bağlı olarak, kullanıcının aygıtı, bu konumunu belirlemek için gerekli olacaktır. </li><li> Bağlamakkapakları, tüp sızdırmazlık. Bakım tekne veya desenli silikon parçaları pozisyonu rahatsız değil alınmalıdır. Not: CNT büyüme tüpün içindeki konumu son derece hassastır. </li><li> Oda sıcaklığında 5min için helyum 1000sccm ile kuvars tüp yıkayın. </li><li> Hidrojen ve helyumdan 100sccm of 400sccm akarken, 10dk da 775 ° C sıcaklık rampa ve sonra 10dk akışı ve sıcaklık tutun. Bu adım, filmin kimyasal olarak demir oksit demir azaltmak için, ve nanopartiküller içine dewet neden olur. </li><li> Etilen 100sccm ekleyerek ve ° C CNT büyümeye 775 de fırın korurken, 100sccm ve 400sccm için helyum akış hızına hidrojen debisi değiştirin. CNTS yüksekliği Bu aşamanın süresi ile kontrol edilir. </li><li> Katalizör yongaları fırın tecrit yaklaşık 1cm aşağı bulunmaktadır kadar CNT büyümesini durdurmak ve örnek soğutmak için, elle kuvars tüp aşağı kaydırın. Için dikkatli kullanın15 dakika için, önceki adımda aynı akışları ve fırının ayar noktası sıcaklığı korumak. </li><li> Önceki örnekleri alma ve fırın kapatmayı, 5dk için helyum 1000sccm ile tüp yıkayın. </li></ol> 3. CNT Sıklaştırma <ol><li> 6.25mm çaplı delikler ile 0.8mm kalınlığında alüminyum mesh çift taraflı bir bant uygulayın. Mesh bir 1L behere açılması daha büyük ve bant yaklaşık örgü üzerinde ortalanmış olduğundan emin olun. </li><li> CNT mikro yukarı bakacak şekilde banda CNT ile silikon parçasına bağlayın. </li><li> Bir 1L behere 100 ml aseton dökün ve bir çeker ocak içinde sıcak bir plaka üzerinde behere koyun. 110 ° C arasında bir yüzey sıcaklığı elde etmek için sıcak plaka ayarla Aseton kaynama başlayana kadar bekleyin. Biz ısı plakası üzerine, 150 bir ayar ° C yüzeyi üzerinde 110 ° C&#39;de elde etmek için gerekli edildi, bu not edin. Aseton kaynama noktası fou çok daha düşüktür (yaklaşık 56 ° C) ama biz biryüksek sıcaklık aseton daha çabuk kaynaması için izin ve beher içinde yoğuşma önleme, beher yanaklar ısıtılır olduğunu nd. </li><li> Monte örnek aşağı bakacak şekilde böyle ölçeğine alüminyum kafes yerleştirin. </li><li> Buharı önünde herhangi bir hızlı dalgalanmalarla beher tarafı yükselen Not ve buhar ön stabilize çeker ocak kanat seviyesini ayarlayın. </li><li> Buharı ön beher üst yaklaşır sonra, silikon taban yüzeyi üzerinde belirgin bir renk değişimi görüyoruz. Rainbow benzeri desenler görünür ve tüm yüzey üzerinde tarar. Bu buhar soğuk yüzey ile temas durumuna geldiği zaman bir yüzeye oluşturan bir çözücü ince bir film anlamına gelmektedir. </li><li> Bir kez yeterli solvent tevdi edilmiştir, örgü pick up ve çözücü uzak çekinceye tevdi edinceye kadar örnek yönünü değiştirmeden, kaynayan çözücü uzak tutun. Zaman miktarı belirlenir empirically CNT yapıların büyüklüğü ve aralıkları dayanmaktadır. Bu tartışmada daha da ele alınmaktadır. </li><li> Kaptan örgü çıkarın ve dikkatli bir şekilde çift taraflı bant ile örnek kalkmasına, bir traş bıçağı. Bunun çıkarılması sırasında örnek kırmak kolay olduğu gibi özenle bu aşamada alınmalıdır. </li></ol> 4. CNT Usta Kalıp İmalatı <ol><li> Havuz SU-8 yoğunluğu artırılmış CNT mikro 2002. 30s için 3000rpm de daha sonra, 10s için 500rpm de örnek Spin. </li><li> 95 dk sonra da 2 ve 4 ° C dakika için 65 ° C &#39;de Örnek pişirilir. </li><li> 20&#39;li için 75mW/cm 2 bir ışınım ile UV ışığına maruz örnek. </li><li> Daha sonra 95 dakika azından 2, 4 ° C dakika için 65 ° C&#39;de tekrar Örnek pişirilir. </li></ol> 5.. Replica Kalıp <ol><li> Narin yapıları taklit ederse, bir 100μL (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl pis bir cam ile birlikte bir desikatörde ana yerleştirin12 saat 400mTorr azından)-trichlorosilane. </li><li> Çapraz bağlayıcı: 10:01 monomer oranı ile, PDMS 1g (Sylgard 184) toplam karıştırılır. Birkaç mikrometre arasında bir baz boyutu ve 10 ya da daha fazla kullanımı 8:01 oranında bir boy oranı ile mikro yapı için. </li><li> Alüminyum folyo çanak CNT&#39;nin ana yerleştirin ve örnek batık kadar çanak içine PDMS dökün. </li><li> 15 dakika boyunca 400mTorr C&#39;de vakum ve gazdan arındırmak içinde Örnek yerleştirin. Bir kez kabarcıkları (tipik olarak yaklaşık 3 dakika sonra) PDMS oluşmaya periyodik büyük kabarcıkları patlamaya hızla basınç artmaya başlar. </li><li> 20 dakika süre ile 120 ° C &#39;de negatif tedavisi. Örnek HAR yapıları içeriyorsa, 5H için 85 ° C&#39;da tedavisi. </li><li> Bir kere geri alüminyum folyo soyma, tedavi ve elle yumuşak PDMS negatif olarak ana ayırın. </li><li> Hassas yapılar kopyalayan ise, at (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydtoocyl)-trichlorosilane arasında 100μL pis bir cam ile birlikte bir kurutucuda, negatif yerleştirmek12 saat 400mTorr. </li><li> 10dk 400mTorr az PDMS olumsuz ve gazını içine SU-8 2002 dökün. </li><li> 65 (SU-8 negatif doldurulmuş) ° C 4dk için, daha sonra 95 ° C&#39;de 6 saat için SU-8 ile kalın bir tabaka ile çözücünün buharlaşmasını. Örnek fırında </li><li> 8dk için 95 4dk sonra ° C 65 ° C&#39;de tekrar 20s ve fırında için 75mW/cm 2 bir ışınım ile UV ışığına maruz örnek. </li><li> Son elle PDMS olumsuzdan SU-8 çoğaltma demold. </li></ol> 6. Temsilcisi Sonuçlar Bunların yoğunlaştırılmış şekiller ile birlikte temsilcisi olarak gelişen CNT ayağı dizileri (De Volder et al değiştirilmiş görüntü. 4) Şekil 4 &#39;de gösterilmiştir. 10μm veya daha küçük kalınlığa sahip HAR sütunlar giderek daha da yoğunlaştırılması sırasında azalır doğrusallık, azalttık. Semisirküler direklerinden Sıklaştırma geniş alanlar (Şekil 4c) üzerinden düzgün bükük ayağı neden olduğu gösterilmiştir. SU-8 infiltration 30μm arasında boşluklar ya da aşağıda SU-8 yapılar arasında kalır ince bir film ile yapılar için, ila CNT mikro yapı içinde ortaya çıkar. Çeşitli terazi üzerine yinelemelere çoğaltılmış mikroyapıları karşılaştırarak SEM görüntüleri (Copic et al değiştirilmiş görüntü. 5) Şekil 6&#39;da gösterildiği gibi iken replikasyon işleminde önemli aşamaları resimlerini, Şekil 5 &#39;de gösterilmiştir. Bükümlü yapılar (De Volder ve ark. 4 değiştirilebilen görüntü), yüksek boy oranı duvarlar ve re-entrant yapılar da dahil olmak üzere yapının oluşumu açısından Mevcut limitler, (Copic ve ark değiştirilmiş görüntü. 5) Şekil 7 &#39;de gösterilmiştir. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig1.jpg" alt="Şekil 1" /> Şekil 1. Büyüme CNT büyüme Tüp fırın kurulum. (A) Sistem şematik. Mühürlü kuvars tüp içindeki silikon tekne göstermek için açık kapağı ile (b) Tüp Fırın (Termo-Fisher Minimite). (C) Silikon bbüyüme öncesi ve sonrasında gösterilen örnekleri ile yulaf. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig1large.jpg" target="_blank">büyük rakam görmek için buraya tıklayın</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig2.jpg" alt="Şekil 2" /> Şekil 2. CNT mikro (De Volder ark değiştirilmiş görüntü. 6) üzerine solvent buhar kontrollü yoğuşma için beher kurulum (a) Şematik. (B) CNT örnek substrat kaynar aseton üzerinde alüminyum delikli bağlı. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig3.jpg" alt="Şekil 3" /> Şekil 3. Temsilcisi çoğaltılmış mikro dizi Süreci CNT mikro çoğaltma kalıplama için akış ve görüntü ABD doları çeyrek sikke göre. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig4.jpg" alt="Şekil 4" /> Kapiler önce ve sonra Şekil 4&#39;de. Örnek CNT mikroyapılarıy şekillendirme. Silindirik CNT sütunlar (a) daha önce kılcal oluşturulması, ve (b) oluşturucu kılcal sonra (görüntü De Volder et al modifiye. 6) bir dizi şematik ve SEM görüntüler. Insets CNT uyumlaştırılması ve yoğunluk göstermektedir. (C) yan silindirik CNT ayağı sıkıştıracağını ve eğimli kirişler (Zhao ve ark. 7 değiştirilmiş görüntü) oluşturan, oluşturan kılcal sırasında eğilme. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig4large.jpg" target="_blank">büyük rakam görmek için buraya tıklayın</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig5.jpg" alt="Şekil 5," /> Şekil 5. CNT negatif kalıp imalat ve çoğaltma döküm Anahtar adımlar. (A) PDMS negatif bir kalıp döküm. (B) negatif bir kalıp gaz giderme. (C) Manuel negatif demolding ve SU-8 yinelemenin bir döküm. <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig6.jpg" alt="Şekil 6" /> Şekil 6. Karşılaştırılması (a)<html> CNT/SU-8 master ve geniş bir alana (Copic ark değiştirilmiş görüntü. 5) üzerinden, mikro ölçekli şekil ve nano ölçekli doku (yani, yanaklar ve üst yüzeyi) yüksek sadakat çoğaltma gösteren (b) çoğaltma micropillar yapılar. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig6large.jpg" target="_blank">tıklayın Burada büyük rakam görüntülemek için</a> . <img src="/files/ftp_upload/3980/3980fig7.jpg" alt="Şekil 7" /> Şekil 7. Yüksek-boy oranı (HAR) ve girintili CNT mikro ve polimer kopyaları. (A) ilgili SU8-CNT master ve SU8 yinelemeyle Preslenmiş CNT petek. (B) Yüksek Lisans ve eğimli CNT mikro çoğaltma (görüntü Copic ark güncellenmiştir. 5). (C) master ve bireysel yapısı yinelemeyle bükülmüş CNT micropillars, (De Volder ve ark. 4 değiştirilmiş görüntü) yoğunlaştırılmış. In petekler (a) 400 nm ve 20 um arasındaki yükseklik duvarın genişliğe sahiptir.= &quot;Http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg&quot; target = &quot;_blank&quot;&gt; büyük rakamı görmek için buraya tıklayın.

<ol>
	<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>

Çıkar çatışması ilan etti.

Litografik desenlendirme ve CNT katalizör substratların hazırlanması basit ve tekrarlanabilir, ancak tutarlı CNT büyüme elde CNT ormanların yüksekliği ve yoğunluğu ortamdaki nem ve büyüme tüpün durumu etkilenen nasıl dikkat gerektirir. Deneyimlerimize göre, 1000 mikron daha büyük desenler 2 işleme koşulları küçük dalgalanmalara karşı daha az duyarlıdır. Bundan başka, kalıpları oynama yoğunluğu büyüme yoğunluğu ve yüksekliği 8 etkiler. Büyüme yoğunluğu ve...

<table border="1"><tbody><tr><td> Reaktif Adı </td><td> Şirket </td><td> Katalog numarası </td><td> Yorumlar </td></tr><tr><td> SiO 2 (300 nm) ile kaplı 4 &quot;çap &lt;100&gt; silikon gofret </td><td> Silikon Görev </td><td> Özel </td><td></td></tr><tr><td> Pozitif fotorezist </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> Geliştirici </td><td> AZ Elektronik Malzemeler USA Corp </td><td> AZ 300 MIF </td><td></td></tr><tr><td> Püskürtme sistemi </td><td> Kurt J. Leşker </td><td> Lab 18 </td><td> Katalizör çökelmesine Püskürtme sistemi </td></tr><tr><td> Thermo-Fisher Minimite </td><td&gt; Fisher Scientific </td><td> TF55030A </td><td> CNT büyüme için tüp fırın </td></tr><tr><td> Quartz tüp </td><td> Teknik Cam Ürünleri </td><td> Özel </td><td> 22 mm ID × 25 mm OD 30 &quot;uzunluk </td></tr><tr><td> Helyum gazı </td><td> PurityPlus </td><td> O (PrePurified 300) </td><td></td></tr><tr><td> Hidrojen gazı </td><td> PurityPlus </td><td> H 2 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Etilen gazı </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Delikli alüminyum levha </td><td> McMaster-Carr </td><td> 9232T221 </td><td> Yoğunlaştırma kabı Yukarıdaki örnek tutmak için </td></tr><tr><td> UV lamba sel </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> Polidimetilsiloksan (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 Silikon Elastomer Kiti </td><td></td></tr></tbody></table>

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

Mikroimalat için yeni malzeme ve süreçler giriş, büyük ölçüde, mikrosistemler, lab-on-a-chip cihazlar ve uygulamaları pek çok önemli gelişmeler sağlamıştır. Özellikle, polimer mikro maliyet-etkin üretim için yetenekleri yumuşak litografi ve diğer micromolding teknikleri 1, 2 gelişiyle tarafından dönüştürülür ve bu biyomedikal mühendisliği ve biyoloji mikroimalat uygulamalarında bir devrim yönetilmiştir. Bununla birlikte, iyi tanımlanmış nano yüzey dokuları ile mikro imal etmek ve mikro ölçekte keyfi 3D şekillerin imal etmek zor kalır. Ana kalıp ve şekil bütünlüğünün bakım Sağlamlık yüksek sadakat karmaşık yapıların çoğaltma ve nano ölçekli yüzey dokusunu koruma elde etmek için özellikle önemlidir. Hiyerarşik dokuları ve heterojen şekiller, birleşimi mevcut mikroimalat yöntemleri derin bir meydan okuma olduğunu larGely sabit maskesi şablonları kullanarak yukarıdan aşağıya etching dayanır. Öte yandan, nanotüpler ve nanoteller olarak nanoyapıların aşağıdan yukarıya sentez nanoyapıların kolektif öz-örgütlenme yararlanarak özellikle mikroimalat yeni yetenekleri sunabilir ve microfabricated desenleri ile ilgili büyüme davranışı yerel kontrolü . Amacımız yeni bir mikroimalat malzemesi olarak, CNT &quot;ormanlar&quot; olarak atıfta dikey hizalanmış karbon nanotüp (CNT), tanıtmaktır. ; CNT mikro kendini yönettiği elastocapillary yoğunlaştırılması ve CNT kompozit ana kalıplar kullanılarak polimer çoğaltma kalıplama mikroyapılar lithographically desenli katalizör ince filmlerin termal CVD CNT orman mikro imalatı: Yakın zamanda grubumuz tarafından geliştirilen ilgili yöntemlerini paketinin ayrıntıları ortaya . Özellikle, bizim iş perfo olduğunu kendi kendini yöneten kılcal yoğunlaşma (&quot;oluşturan kapiller&quot;) gösterirCNT mikro yapı ile alt tabaka üzerine bir çözücü ile yoğunlaşması ile rmed, önemli ölçüde CNTS ambalaj yoğunluğu arttırır. Bu süreç, tipik mikroimalat polimerlerin geçecek sağlam mekanik özelliklere sahip, düz eğimli, ve bükümlü şekiller içine dikey CNT mikro yönlendirilmiş dönüşümü sağlar. Bu sırayla polimerlerin kılcal odaklı infiltrasyonu ile nanokompozit CNT&#39;nin ana kalıp oluşumunu sağlamaktadır. Çoğaltma yapıları hizalanmış CNT anizotropik nano doku gösterirler ve alt mikron kalınlık ve 50:1 aşan boy oranları ile duvarlar olabilir. Üretiminde CNT mikro entegrasyonu kimyasal ve biyokimyasal fonksiyonlandırmalar 3 CNT elektriksel ve termal özellikleri ve çeşitli yeteneklerini sömürmek için ileri bir fırsat sunuyor.

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures at JoVE.com

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

Biz dikey hizalanmış karbon nanotüp (CNT), ve organize nano ölçekli yüzey dokusu ile polimer mikro üretimi için ana kalıp olarak kullanımı mikro desenli imalatı için yöntemler sunuyoruz. CNT ormanları önemli ölçüde ambalaj yoğunluğu artar ve 3D şekillerin kendi kendini yöneten oluşumunu sağlayan yüzey, üzerine çözücü yoğunlaşması ile yoğunlaştırılmış edilir.

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp

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 Görüntüleme.  University of Michigan. Biz dikey hizalanmış karbon nanotüp (CNT), ve organize nano ölçekli yüzey dokusu ile polimer mikro üretimi için ana kalıp olarak kullanımı mikro desenli imalatı için yöntemler sunuyoruz. CNT ormanları önemli ölçüde ambalaj yoğunluğu artar ve 3D şekillerin kendi kendini yöneten oluşumunu sağlayan yüzey, üzerine çözücü yoğunlaşması ile yoğunlaştırılmış edilir.

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

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.

Karbon Nanotube Dizilerin Islatma Özellikleri Tuning Tedaviler Tavlama Kuru Oksidasyon ve Vakum

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

Mühendislik

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.

Mantar Tıpa olarak Altın Nanopartiküller ile Azot-katkılı Karbon Nanotube Bardaklar sentezi ve fonksiyonlandırmalar

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.

Bir Kurban bileşeni buharlaşma kullanarak üç boyutlu Mikroyapılar Yapma Süreci

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.

Fabrikasyon ve mikroakışkan optomechanical Osilatörler Testi

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.

Tandem Organik Güneş Pilleri bir iyonik Geçitli Karbon Nanotüp Ortak Katot Üretimi için ortam Yöntemi

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.

Yarıiletken Teknolojisi ile uyumlu Düşük Sıcaklık Karbon Nanotüp Dikey Bağlantıları Fabrikasyon

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.

Yüksek Fırın Cüruf iki yönlü Valorizasyon: çöktürülmüş Kalsiyum Karbonat ve Zeolitik Ağır Metal Adsorban Sentezi

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.

Alçak Basınç Taramalı Elektron Mikroskobu kullanılarak Karbon Nanotüp Ormanlar Hassas freze

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.

tarafından Nano yapılı yitriya stabilize-Zirkonyum (YSZ) iskelelerinin Yüksek Sıcaklık Fabrikasyon<em&gt; Situ</em&gt; Karbon şablonu Kserojeller

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

Methods Article

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp