Bu protokol, 3D grafen tabanlı çokyüzlüler oluşturmak için origami benzeri kendi kendine katlama yöntemleri kullanır. İki boyutlu grafen levhalar olağanüstü optik, elektronik ve mekanik özelliklere sahiptir. İki boyutlu grafenin şeklini uyarlayarak, fiziksel, kimyasal ve optik özellikleri yeni malzeme davranışları getirerek yeni uygulama fırsatları na olanak tanıyan ayarlanabilir.
Bu bağlamda, 2D grafenin işlevselleştirilmiş, iyi tanımlanmış, üç boyutlu çokyüzlü yapılarına entegre edilmesi son zamanlarda grafen topluluğunda büyük ilgi göstermiştir. 3D grafen polihedronlar birçok uygulama için yararlı olabilir. Bunlara örnek olarak gaz ve su korumalı kaplar, moleküler depolama, dağıtım sistemleri, sıvı bazlı malzemelerin kapsülletilmesi, elektron mikroskobunda kolayca gözlemlenebilmek, fonksiyonel optoelektronik cihazlar ve madde malzemeleri sayılabilir.
3D grafen bazlı yapıların üretimi için bir dizi kimyasal rota getirilmiştir. Ancak, bu yöntemler genellikle grafenin içsel özelliklerini etkileyen ve serbest duran, içi boş, 3D grafen polihedronyapımında mevcut zorlukları etkileyen güçlü kimyasal reaksiyonlar gerektirir. Bu sınırlamaları aşmak için, bu çalışma origami benzeri kendi kendini katlama kullanarak 2D grafen ve grafen oksit ile çok yüzlü 3D mikroküpler gerçekleştirmek için bir metodoloji gösterir.
3B grafen tabanlı küplerin genel üretim sürecine bağlam sağlamak için, ayrıntılı protokolden önce basitleştirilmiş altı adımlı bir genel bakış sunulacaktır. İlk olarak, koruma katmanları hazırlayın. Daha sonra, koruma katmanları üzerine desenleme grafen-membran transferi gerçekleştirin.
Daha sonra, grafen membranlar üzerinde metal yüzey desenleme oluşturun. Daha sonra, polimer çerçeveler ve menteşeler tanımlayın. Daha sonra, kendi kendini katlama yoluyla 3D küpler halinde 2D ağları dönüştürün.
Son olarak, koruma katmanları kaldırın. Bir elektron ışını evaporatör kullanarak, silikon substrat üzerinde 10 nanometre kalınlığında krom ve 300 nanometre kalınlığında bakır katmanları birikintisi. Spin ceket photoresist 2500 RPM de 60 saniye boyunca 115 santigrat derece pişirme izledi.
Tasarlanmış 2B ağ alanlarını temas maskesi hizalayıcısında UV ışığına 15 saniye maruz bırakın ve geliştiricide 60 saniye geliştirin. Numuneyi deiyonize suyla durulayın ve hava tabancasıyla kurulayın. 10 nanometre kalınlığında krom tabakası yatırın ve kalan fotodirença aseton da kaldırın.
Numuneyi deiyonize suyla durulayın ve hava tabancasıyla kurulayın. Ağlarüzerinde altı kare alüminyum oksit ve krom koruma katmanları ile desen 2D ağlar için, spin ceket photoresist at 2, 500 RPM 60 saniye boyunca 115 santigrat derece pişirme izledi. Tasarlanmış altı kare koruma katmanlarını temas maskesi hizalayıcısında UV ışığına 15 saniye maruz bırakın ve geliştiricide 60 saniye geliştirin.
Numuneyi deiyonize suyla durulayın ve hava tabancası ile kurulayın. 10 nanometre kalınlığındaki krom tabakasına 100 nanometre kalınlığında alüminyum oksit tabakası koyun. Kalan fotodirença aseton da kaldırın.
Numuneyi deiyonize suyla durulayın ve hava tabancası ile kurulayın. Bakır folyo üzerine yapıştırılı grafen 15 milimetre kare parça ile başlayarak, spin kat grafen yüzeyinde 3000 RPM ince bir PMMA tabakası. 180 derecede 10 dakika pişirin.
Bakır folyo uzak etch için 24 saat boyunca bakır etchant bakır tarafı aşağı yüzen bakır folyo katmanlı levha içinde PMMA grafen yerleştirin. Bakır folyo tamamen çözüldükten sonra, grafen PMMA bırakarak, herhangi bir bakır etchant kalıntıkaldırmak için bir mikroskop slayt cam kullanarak deiyonize su havuzunun yüzeyine yüzen PMMA kaplı grafen aktarın. PMMA kaplı grafenin yeni deiyonize su havuzlarına aktarılmasını birkaç kez tekrarlayın.
Kayan PMMA kaplı grafeni, iki katmanlı grafen membran elde etmek için bakır folyoya yapıştırılan başka bir grafen parçasına aktarın. 100 santigrat derecede, bakır folyo üzerindeki çift katmanlı grafeni 10 dakika boyunca termal olarak tedavi edin. Bir aseton banyosunda bakır folyo üzerinde çift katmanlı grafen üstüne PMMA çıkarın, bir grafen bırakarak, grafen, ve bakır folyo tabaka yığını, deiyonize suya aktarılması nı takip.
Grafen transferini bir kez daha tekrarlayın ve grafen membranların üç yığılmış katmanını elde edin. PMMA, grafen, grafen, grafen ve bakır folyo katmanlı levha, bakır folyo uzak etch için 24 saat boyunca bakır etchant aşağı yüzen bakır tarafı yerleştirin. PMMA kaplı grafen membranların üç katını önceden imal edilmiş alüminyum oksit ve krom koruma katmanlarına aktarın.
Grafen transferinden sonra, aseton ile PMMA çıkarın. Daha sonra, deiyonize su ve hava kuru örnek daldırma. Bir saat boyunca 100 santigrat derecede bir sıcak tabakta substrat üzerinde çok katmanlı grafeni termal olarak tedavi edin.
Spin ceket photoresist 2500 RPM ve fırında 115 derece santigrat 60 saniye. UV, 15 saniye boyunca temas maskesi hizalayıcı kullanarak kare koruma katmanı alanlarının hemen üzerinde fotodirenç bölgelerini ortaya çıkarır. Sonra 60 saniye geliştirin.
Oksijen plazması tedavisi ile yeni ortaya çıkarılan istenmeyen grafen alanları 15 saniye boyunca çıkarın. Aseton da kalan photoresist kaldırın. Numuneyi deiyonize suyla durulayın ve havada kurulayın.
Spin kat photoresist 1700 RPM 60 saniye daha önce imal alüminyum oksit ve krom koruma katmanları üstüne 10 mikrometre kalınlığında tabaka elde etmek için. 60 saniye boyunca 115 santigrat derece de photoresist pişirin ve sonra üç saat bekleyin. Alüminyum oksit ve krom tabakalarını desenlemede kullanılan aynı maskeyle UV, numuneyi 80 saniye boyunca temas maskesi hizalayıcıya maruz bırakır ve 90 saniye boyunca gelişir.
Numuneyi deiyonize suyla durulayın ve hava tabancasıyla kurulayın. 80 saniye boyunca bir maske olmadan tüm örnek bir UV sel pozlama gerçekleştirin. Spin kat hazırlanan grafen oksit ve su karışımı örnek üzerinde 1000 RPM 60 saniye.
Spin kaplamayı toplam üç kez gerçekleştirin. İstenmeyen grafen oksitin yükselmesine izin vermek için numuneyi geliştiriciye batırın. Mikroskop altında kalkış işlemi burada görüntü hızlandırılmış olarak gösterilir.
Numuneyi deiyonize suyla durulayın ve numuneyi hava tabancasıyla dikkatlice kurulayın. Numuneyi 100 santigrat derecede bir saat boyunca sıcak bir tabakta termal olarak tedavi edin. Desenli grafen bazlı membranların üzerine 20 nanometre kalınlığında titanyum desenleri oluşturun.
Numuneyi 100 santigrat derecede bir saat boyunca sıcak bir tabakta termal olarak tedavi edin. Titanyum yüzey desenli grafen bazlı membranların üzerine, 2500 RPM'de 60 saniye boyunca beş mikrometre kalınlığında bir tabaka oluşturmak ve 90 derecede iki dakika pişirin. UV-20 saniye boyunca örnekleri maruz, üç dakika boyunca 90 derece santigrat fırında ve 90 saniye geliştirmek.
Numuneyi deiyonize su ve isopropil alkolle durulayın ve numuneyi hava tabancasıyla dikkatlice kurulayın. Çerçevelerin mekanik sertliğini artırmak için numuneleri 200 derecede 15 dakika pişirin. Menteşe deseni yapmak için, 1000 RPM'de 60 saniye boyunca spin kat photoresist ve prefabrik yüzeyin üzerine 10 mikrometre kalınlığında bir film oluşturur.
60 saniye boyunca 115 derece santigrat pişirin ve üç saat bekleyin. UV-80 saniye boyunca bir temas maskesi hizalayıcı üzerinde örnek maruz ve 90 saniye geliştirmek. Numuneyi deiyonize suyla durulayın ve numuneyi hava tabancasıyla dikkatlice kurulayın.
2B yapıları serbest bırakmak için, bakır bir etchant 2D ağları altında bakır kurban tabakası eritin. Serbest bırakılan yapıları bir pipet kullanarak deiyonize su banyosuna dikkatlice aktarın ve kalan bakır etchant'ı çıkarmak için birkaç kez durulayın. Polimer menteşelerin erime noktası üzerinde ısıtılan deiyonize su, 2B yapıları yerleştirin.
Optik mikroskopi ile kendi kendini katlama yı izleyin ve başarılı bir şekilde kapalı küpler halinde montaj dan Sonra ısı kaynağından çıkarın. Kendi kendini katladıktan sonra, krom etchant ile alüminyum oksit ve krom koruma katmanları kaldırın. Küpleri deiyonize su banyosuna yavaşça aktarın ve dikkatlice durulayın.
Optik görüntüler, 2B grafen ve grafen oksit ağ yapılarının litografik süreçlerini ve sonraki kendi kendini katlama işlemini gösterir. Kendi kendini katlama işlemi yüksek çözünürlüklü mikroskop ile gerçek zamanlı olarak izlenir. 3D grafen bazlı küplerin her iki türü de yaklaşık 80 santigrat derecede katlanır.
Rakamlar paralel bir şekilde 3D grafen tabanlı küplerin kendi kendine katlama gösteren video yakalanan dizileri ortaya koydu. Optimize edilmiş bir işlem altında, bu yaklaşım yaklaşık yüzde 90'lık en yüksek verimi gösterir. Rakamlar yüzey desenleri ile ve olmadan 3D monte grafen ve grafen oksit tabanlı küplerin optik görüntüleri gösterir.
Kendi kendine katlanmış küplerin toplam boyutu 200 mikrometre genişliğinde, 200 mikrometre uzunluğunda ve 200 mikrometre yüksekliğindedir. 3D grafen bazlı küplerin her yüzünde 20 nanometre kalınlığında titanyum desenli özellikler ve UMN harfleri tanımlanmıştır. Rakamlar 2D grafen bazlı ağların Raman spektroskopisi ve 3D grafen bazlı küpler içerir.
Sonuçlar, kendi kendini katladıktan sonra hem grafen hem de grafen oksit membranlar için Raman pik pozisyonunda ve yoğunluğunda gözle görülür bir değişiklik göstermez. Ancak, koruma katmanları kullanılmadığında, göreceli tepe yoğunluklarında gözle görülür değişiklikler gözlenmiştir, bu da kendi kendini katlama sırasında grafenin özelliklerine değişiklik veya hasar olduğunu gösterir. Bu yöntem, 3D yapılandırmaların sayısız avantajını kullanarak sensörler ve elektrik devreleri de dahil olmak üzere biyomedikal, elektronik ve optik cihazların geliştirilmesini sağlar.
Ayrıca, işlem sadece grafen tabanlı malzemeler için erken bir görüntü kullandığından, bu yöntem tren-ja-men-a ai chai-hus bıçakları ve siyah pasaportlar gibi diğer iki boyutlu malzemelere uygulanabilir ve böylece bu fırsatın 2B malzemelerin yeni nesil 3D yapılandırmalarının geliştirilmesinde kullanılmasına olanak sağlar.
