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 forskningen ble støttet av Nanomanufacturing program av National Science Foundation (CMMI-0927634). Davor Copics ble støttet delvis av Rackham Merit Fellowship Program ved University of Michigan. Sameh Tawfick erkjenner delvis støtte fra Rackham Predoctoral Fellowship. Michael De Volder ble støttet av den belgiske Fondet for Scientific Research - Flandern (FWO). Microfabrication ble utført ved Lurie Nanofabrication Facility (LNF), som er medlem av National Nanoteknologi Infrastructure Network, og elektronmikroskopi ble utført ved Michigan Electron Microbeam Analysis Laboratory (EMAL).

1. Catalyst Mønster <ol><li> Erverve en (100) silisium wafer med en 3000A tykt silisium dioxide lag, med minst én blank side. Alternativt kan du skaffe deg en bart silisium wafer og vokse 3000A silisiumdioksid på wafer. All behandling er beskrevet nedenfor er gjort på den polerte siden av wafer. </li><li> Spincoat et lag HMDS på 500rpm for 4s, deretter ved 3000rpm for 30s. HMDS fremmer vedheft mellom wafer og fotoresist. </li><li> Spincoat et lag av SPR-220-3 på 500rpm for 4s, deretter ved 3000rpm for 30s. </li>...

<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>

Litografi mønster og forberedelse av CNT katalysatoren underlag er grei og repeterbare, men å oppnå konsistente CNT vekst krever nøye oppmerksomhet til hvordan høyde og tetthet av CNT skog er påvirket av luftfuktighet og tilstanden av veksten røret. I vår erfaring, mønstre større enn 1000 mikrometer 2 er mindre følsomme overfor små variasjoner i behandlingen forhold. Videre påvirker tettheten av mønstrene spiller vekst tetthet og høyde 8. Veksten tetthet og høyde er større for møn...

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på reagensen </td><td> Firma </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> 4 &quot;diameter &lt;100&gt; silisiumskiver belagt med SiO 2 (300 nm) </td><td> Silicon quest </td><td> Custom </td><td></td></tr><tr><td> Positiv fotoresist </td><td> MICROCHEM </td><td> SPR 220 til 3,0 </td><td></td></tr><tr><td> Hexamethyldisilizane (HMDS) </td><td> MICROCHEM </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Utvikler </td><td> AZ Electronic Materials USA Corp </td><td> AZ 300 MIF </td><td></td></tr><tr><td> Sputtering system </td><td> Kurt J. Lesker </td><td> Lab 18 </td><td> Sputtering system for katalysator deponering </td></tr><tr><td> Thermo-Fisher Minimite </td><td&gt; Fisher Scientific </td><td> TF55030A </td><td> Tube ovn for CNT vekst </td></tr><tr><td> Quartz tube </td><td> Tekniske Glass Products </td><td> Custom </td><td> 22 mm ID x 25 mm OD 30 &quot;lengde </td></tr><tr><td> Helium gass </td><td> PurityPlus </td><td> Han (PrePurified 300) </td><td></td></tr><tr><td> Hydrogengass </td><td> PurityPlus </td><td> H 2 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Etylen gass </td><td> PurityPlus </td><td> C 2 H 4 (PrePurified 300) </td><td> UHP </td></tr><tr><td> Perforert aluminiumsplate </td><td> McMaster-Carr </td><td> 9232T221 </td><td> For å holde prøven ovenfor fortetting begerglass </td></tr><tr><td> UV flom 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> Polydimethylsiloxane (PDMS) </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 silikonelastomer Kit </td><td></td></tr></tbody></table>

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

Innføring av nye materialer og prosesser for å microfabrication har i stor grad, aktiveres mange viktige fremskritt i mikrosystemer, lab-on-a-chip-enheter, og deres applikasjoner. Spesielt ble det muligheter for kostnadseffektiv produksjon av polymer mikrostrukturer forvandlet ved bruk av myke litografi og andre micromolding teknikker 1, 2, og dette ledet en revolusjon i anvendelser av microfabrication til biomedisinsk ingeniør og biologi. Likevel er det utfordrende å dikte mikrostrukturer med veldefinerte nanoskala overflatestrukturer, og å dikte vilkårlige 3D-former på mikro-skala. Robusthet av master muggsopp og vedlikehold av form integritet er spesielt viktig for å oppnå høy fidelity replikering av komplekse strukturer og bevare sin nanonivå overflatestruktur. Kombinasjonen av hierarkiske strukturer, og heterogene former, er en stor utfordring til eksisterende microfabrication metoder som LarGely avhengige av top-down etsning ved hjelp av faste maske maler. På den annen side kan bottom-up syntese av nanostrukturer som nanorør og nanotråder tilby nye evner til microfabrication, særlig ved å utnytte den kollektive selvorganisering av nanostrukturer, og lokal kontroll over sin vekst atferd med hensyn til microfabricated mønstre . Vårt mål er å innføre vertikalt karbon nanorør (CNTs), som vi refererer til som CNT &quot;skog&quot;, som en ny microfabrication materiale. Vi presenterer detaljene i en rekke beslektede metoder nylig utviklet av vår gruppe: fabrikasjon av CNT skog mikrostrukturer av termisk CVD fra lithographically mønstrede katalysator tynne filmer, selvstyrt elastocapillary fortetting av CNT mikrostrukturer, og kopi støping av polymer mikrostrukturer bruke CNT kompositt masterstudenter muggsopp . Spesielt viser vårt arbeid at selvstyrt kapillær fortetting (&quot;capillary forming&quot;), som er performed ved kondensasjon av en løsemiddel på underlaget med CNT mikrostrukturer, signifikant øker pakketetthet av CNTs. Denne prosessen gjør det mulig rettet transformasjon av vertikale CNT mikrostrukturer i rette, skrå, og vridd figurer, som har robuste mekaniske egenskaper som overstiger de av typiske microfabrication polymerer. Dette igjen gjør at dannelsen av nanocomposite CNT masterstudenter former, ved kapillær-drevet infiltrasjon av polymerer. De kopi strukturene fremvise den anisotrop nanoskala teksturen av de sammenstilte CNTs, og kan ha vegger med sub-micron tykkelse og størrelsesforhold over 50:1. Integrering av CNT mikrostrukturer i fabrikasjon gir ytterligere muligheter til å utnytte de elektriske og termiske egenskapene til CNTs og diverse muligheter for kjemiske og biokjemiske funksjonalisering tre.

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 presenterer metoder for fabrikasjon av mønstrede mikrostrukturer med vertikalt karbon nanorør (CNTs), og deres bruk som master former for produksjon av polymer mikrostrukturer med organisert nanonivå overflate tekstur. CNT skogene er fortettet av kondensasjon av løsemiddel på underlaget, som i betydelig grad øker deres pakketetthet og muliggjør selvstyrt dannelse av 3D-former.

Fabrikasjon, Fortetting, og Replica Molding av 3D karbon 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

Tørr Oksidasjon og Vacuum Annealing behandlinger for tuning tisse egenskapene til karbon 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 Funksjonalisering av Nitrogen-dopet karbon nanorør kopper med gull nanopartikler som Cork Propper

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

Prosessen med å lage tre-dimensjonale mikrostrukturene hjelp fordamping av en oppofrende 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 Fremgangsmåte for fremstilling av en ionisk Lukket Carbon Nanotube Common Cathode 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

Fabrikasjon av lav temperatur karbon nanorør Vertikale Interconnects 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

Fabrikasjon og karakterisering av 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

Toveis valorization av masovnslaggen: Syntese av utfelt kalsiumkarbonat og zeolitt 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 Fresing av karbon nanorør Forests av lavtrykk Scanning elektronmikroskopi

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

Høy temperatur Fremstilling av nanostrukturert yttriumoksidstabilisert-zirkonia (YSZ) Stillas etter<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon templatmateriale xerogeler

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