Name: fabrication, densification, and replica molding of 3d carbon nanotube microstructures
Uploaded: 2012-07-02T08:01:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures at JoVE.com

Denne forskning blev støttet af nanofabrikation program for National Science Foundation (CMMI-0.927.634). Davor COPIC blev støttet delvist af Rackham Merit Fellowship Program ved University of Michigan. Sameh Tawfick anerkender delvis støtte fra Rackham Predoctoral Fellowship. Michael De Volder blev støttet af den belgiske fond for videnskabelig forskning - Flandern (FWO). Microfabrication blev udført på Lurie nanofabrikation Facility (LNF), som er medlem af National Nanotechnology Infrastructure Network og elektronmikroskopi blev udført på Michigan Electron Microbeam Analysis Laboratory (EMAL).

1. Katalysator mønster <ol><li> Opnå en (100) siliciumskive med en 3000A tykt siliciumdioxidlag, med mindst en poleret side. Alternativt kan du erhverve en nøgen silicium wafer og vokse 3000A siliciumdioxid på wafer. Al behandling som beskrevet nedenfor er udført på den polerede side af skiven. </li><li> Spincoat et lag af HMDS på 500 opm for 4s, derefter ved 3000rpm i 30&#39;erne. HMDS fremmer adhæsion mellem skiven og fotoresist. </li><li> Spincoat et lag af SPR-220-3 ved 500 opm for 4s, og derefter ved 3000...

<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>

Litografiske mønster og forberedelse af CNT katalysator substrater er ligetil og gentages, men at opnå en konsekvent CNT vækst kræver omhyggelig opmærksom på, hvordan højden og tætheden af ​​CNT skove er påvirket af den omgivende fugtighed og tilstanden af ​​væksten røret. Det er vores erfaring, er mønstre større end 1000 um 2 mindre følsom over for små udsving i de forarbejdningsbetingelser. Yderligere er densiteten af mønstrene stykker påvirker væksten densitet og højden 8.</...

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på reagenset </td><td> Firma </td><td> Katalog nummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> 4 &quot;diameter &lt;100&gt; siliciumskiver overtrukket med SiO2 (300 nm) </td><td> Silicon Quest </td><td> Brugerdefineret </td><td></td></tr><tr><td> Positiv fotoresist </td><td> MicroChem </td><td> SPR 220-3,0 </td><td></td></tr><tr><td> Hexamethyldisilizan (HMDS) </td><td> MicroChem </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Udvikler </td><td> AZ Electronic Materials USA Corp </td><td> AZ 300 MIF </td><td></td></tr><tr><td> Katodeforstøvningssystem </td><td> Kurt J. Lesker </td><td> Lab 18 </td><td> Katodeforstøvning for katalysator aflejring </td></tr><tr><td> Thermo-Fisher Minimite </td><td&gt; Fisher Scientific </td><td> TF55030A </td><td> Rørovn for CNT vækst </td></tr><tr><td> Kvartsrør </td><td> Tekniske glasprodukter </td><td> Brugerdefineret </td><td> 22 mm ID x 25 mm OD 30 &quot;længde </td></tr><tr><td> Heliumgas </td><td> PurityPlus </td><td> Han (præoprenset 300) </td><td></td></tr><tr><td> Hydrogen gas </td><td> PurityPlus </td><td> H2 (præoprenset 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Ethylengas </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (præoprenset 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Perforeret aluminium plade </td><td> McMaster-Carr </td><td> 9232T221 </td><td> For at holde prøven ovenfor fortætning bægerglas </td></tr><tr><td> UV oversvømmelse lampe </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> Polydimethylsiloxan (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 silikoneelastomer Kit </td><td></td></tr></tbody></table>

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

Indførelsen af ​​nye materialer og processer til microfabrication har i stor udstrækning mulighed for mange vigtige fremskridt i mikrosystemer, lab-on-a-chip-enheder, og deres ansøgninger. Der blev især muligheder for omkostningseffektiv fremstilling af polymere mikrostrukturer transformeret fremkomsten af bløde litografi og andre micromolding teknikker 1, 2, og dette førte en revolution i anvendelser af microfabrication til biomedicinsk teknik og biologi. Ikke desto mindre er det stadig en udfordring at fremstille mikrostrukturer med veldefinerede nanoskala overfladestrukturer, og at fremstille vilkårlige 3D-figurer på mikro-skalaen. Robusthed af master forme og vedligeholdelse af form integritet er især vigtigt at opnå en høj fidelity replikation af komplekse strukturer og bevare deres nanoskala overfladestruktur. Kombinationen af ​​hierarkiske strukturer, og heterogene former, er en stor udfordring til eksisterende microfabrication metoder, der larGely stole på top-down ætsning ved hjælp af faste maske skabeloner. På den anden side, kan den bottom-up syntese af nanostrukturer, f.eks nanorør og nanotråde tilbyde nye muligheder for at microfabrication, navnlig ved at drage fordel af den kollektive selvorganisering af nanostrukturer, og lokal kontrol over deres vækst, adfærd med hensyn til mikrofabrikerede mønstre . Vores mål er at introducere lodretstillede kulstof-nanorør (CNTs), som vi refererer til som CNT &quot;skove&quot;, som en ny microfabrication materiale. Vi præsenterer oplysninger om en suite af beslægtede metoder for nylig udviklet af vores gruppe: fabrikation af CNT skov mikrostrukturer ved termisk CVD fra litografisk mønstrede katalysator tynde film; selvstyret elastocapillary fortætning af CNT mikrostrukturer samt kopi formning af polymer mikrostrukturer bruge CNT komposit master-forme . Især viser vores arbejde, at selv-styret kapillær fortætning (&quot;capillary formning&quot;), som er perforeretrmed ved kondensation af et opløsningsmiddel på substratet med CNT mikrostrukturer, signifikant forøger pakningstætheden af ​​CNTs. Denne proces gør det muligt rettet transformation af lodrette CNT mikrostrukturer i lige, skrå og snoede former, som har kraftige mekaniske egenskaber der går ud over typiske microfabrication polymerer. Derfor kan dannelsen af ​​nanocomposite CNT master-forme med kapillar-drevet infiltration af polymerer. Replika strukturer udviser anisotrop nanoskala struktur af de alignede CNTs, og kan have vægge med sub-mikron tykkelse og sideforhold overstiger 50:1. Integration af CNT mikrostrukturer i fabrikation giver yderligere mulighed for at udnytte de elektriske og termiske egenskaber CNTs og forskellige muligheder for kemisk og biokemisk funktionalisering 3.

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

Vi præsenterer metoder til fremstilling af mønstrede mikrostrukturer af lodretstillede kulstof-nanorør (CNTs), og deres anvendelse som master-forme til fremstilling af polymere mikrostrukturer med organiseret nanoskala overfladestruktur. CNT skove fortættet ved kondensation af opløsningsmiddel på substratet, hvilket i betydelig grad øger deres pakningstæthed og muliggør selvstyret dannelse af 3D-former.

Fabrication, fortætning og Replica Molding af 3D kulstof nanorør mikrostrukturer

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Tør Oxidation og Vacuum Annealing Behandlinger for Tuning befugtningen egenskaber af kulstof nanorør arrays

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

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

Syntese og Funktionalisering af Nitrogen-doped kulstof nanorør Cups med guld nanopartikler som korkpropper

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 ...

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

Processen med at gøre Tredimensionelle mikrostrukturer hjælp fordampning af en opofrende Component

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

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

Ambient fremgangsmåde til fremstilling af et ionisk Gated kulstof nanorør fælles katode i Tandem organiske solceller

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

Fabrikation af lav temperatur kulstof nanorør Lodrette Interconnect Kompatibel med Semiconductor Technology

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

Fremstilling og karakterisering af superledende Resonatorer

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

To-vejs valorisering af Blast Furnace Slag: Syntese af udfældet kalciumkarbonat og Zeolitiske 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 ...

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

Precision Milling af kulstof nanorør skove Brug Low Pressure 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

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

Høj temperatur Fabrikation af nanostrukturerede yttriastabiliseret-Zirconia (YSZ) Stilladser ved<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templatering Xerogeler

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