Name: fabrication of three-dimensional graphene-based polyhedrons via origami-like self-folding
Uploaded: 2018-09-23T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding at JoVE.com

Dette materiale er baseret på arbejde understøttes af en opstartsfond på University of Minnesota, Twin Cities og en NSF karriere Award (CMMI-1454293). Dele af dette arbejde blev udført i karakterisering facilitet på University of Minnesota, medlem af NSF-støttede materialer forskning faciliteter netværket (via programmet MRSEC. Dele af dette arbejde blev udført i Minnesota Nano Center, som støttes af National Science Foundation gennem den nationale Nano koordineret infrastruktur netværk (NNCI) under Award antallet ECCS-1542202. C. D. anerkender støtte fra 3 M videnskab og teknologi Fellowship.

Forsigtig: Flere af kemikalier, der anvendes i disse sammenstillinger er giftigt og kan forårsage irritation og alvorlige organskader når rørt eller indåndes. Skal du bruge passende sikkerhedsudstyr og bære personlige værnemidler når håndtering af kemikalier.
1. fremstilling af aluminiumoxid og chrom beskyttelse lag på en kobber blote lag
<ol><li>Bruger en elektronstråle fordamper, deponere 10 nm tykke chrom (Cr) og 300 nm tykke kobber (Cu) lag (blote lag) på silicium (Si) substra...

<ol>
	<li>Geim, A. K., Novoselov, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+rise+of+graphene.">The rise of graphene.</a> Nature Materials. 6 (3), 183-191 (2007).</li><li>Singh, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+based+materials:+Past,+present+and+future.">Graphene based materials: Past, present and future.</a> Progress in Materials Science. 56 (8), 1178-1271 (2011).</li><li>Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T., Ferrari, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+photonics+and+optoelectronics.">Graphene photonics and optoelectronics.</a> Nature Photonics. 4 (9), 611-622 (2010).</li><li>Wang, C., Li, D., Too, C. O., Wallace, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Properties+of+Graphene+Paper+Electrodes+Used+in+Lithium+Batteries.">Electrochemical Properties of Graphene Paper Electrodes Used in Lithium Batteries.</a> Chemistry of Materials. 21 (13), 2604-2606 (2009).</li><li>Bunch, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromechanical+resonators+from+graphene+sheets.">Electromechanical resonators from graphene sheets.</a> Science. 315 (5811), 490-493 (2007).</li><li>Menaa, F., Abdelghani, A., Menaa, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+nanomaterials+as+biocompatible+and+conductive+scaffolds+for+stem+cells:+impact+for+tissue+engineering+and+regenerative+medicine.">Graphene nanomaterials as biocompatible and conductive scaffolds for stem cells: impact for tissue engineering and regenerative medicine.</a> Journal of Tissue Engineering and Regenerative. 9 (12), 1321-1338 (2015).</li><li>Han, M. Y., &#214;zyilmaz, B., Zhang, Y., Kim, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+band-gap+engineering+of+graphene+nanoribbons.">Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons.</a> Physical Review Letters. 98 (20), 206805 (2007).</li><li>Son, Y. W., Cohen, M. L., Louie, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Half-metallic+graphene+nanoribbons.">Half-metallic graphene nanoribbons.</a> Nature. 444 (7117), 347-349 (2006).</li><li>Yan, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+current&#8722;+voltage+characteristics+of+graphene+nanoribbon+transistors+and+effect+of+edge+doping.">Intrinsic current&#8722; voltage characteristics of graphene nanoribbon transistors and effect of edge doping.</a> Nano Letters. 7 (6), 1469-1473 (2007).</li><li>Fei, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gate-tuning+of+graphene+plasmons+revealed+by+infrared+nano-imaging.">Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging.</a> Nature. 487 (7405), 82-85 (2012).</li><li>Joung, D., Zhai, L., Khondaker, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulomb+blockade+and+hopping+conduction+in+graphene+quantum+dots+array.">Coulomb blockade and hopping conduction in graphene quantum dots array.</a> Physical Review. B. 83 (11), 115323 (2011).</li><li>Bacon, M., Bradley, S. J., Nann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+quantum+dots.">Graphene quantum dots.</a> Particle &amp; Particle Systems Characterization. 31 (4), 415-428 (2014).</li><li>Blees, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+kirigami.">Graphene kirigami.</a> Nature. 524 (7564), 204-207 (2015).</li><li>Michael Cai, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+instability+driven+self-assembly+and+architecturing+of+2D+materials.">Mechanical instability driven self-assembly and architecturing of 2D materials.</a> 2D Materials. 4 (2), 022002 (2017).</li><li>Shenoy, V. B., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-folding+thin-film+materials:+From+nanopolyhedra+to+graphene+origami.">Self-folding thin-film materials: From nanopolyhedra to graphene origami.</a> MRS Bulletin. 37 (9), 847-854 (2012).</li><li>Zhu, S., Li, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogenation-Assisted+Graphene+Origami+and+Its+Application+in+Programmable+Molecular+Mass+Uptake,+Storage,+and+Release.">Hydrogenation-Assisted Graphene Origami and Its Application in Programmable Molecular Mass Uptake, Storage, and Release.</a> ACS Nano. 8 (3), 2864-2872 (2014).</li><li>Zhang, L., Zeng, X., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+hydrogenation+of+graphene+for+novel+nanocages.">Programmable hydrogenation of graphene for novel nanocages.</a> Scientific Reports. 3, 3162 (2013).</li><li>Vickery, J. L., Patil, A. J., Mann, S. <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+Graphene-Polymer+Nanocomposites+With+Higher-Order+Three-Dimensional+Architectures.">Fabrication of Graphene-Polymer Nanocomposites With Higher-Order Three-Dimensional Architectures.</a> Advanced Materials. 21 (21), 2180-2184 (2009).</li><li>Yang, X., Zhu, J., Qiu, L., Li, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+effective+prevention+of+restacking+in+multilayered+graphene+films:+towards+the+next+generation+of+high-performance+supercapacitors.">Bioinspired effective prevention of restacking in multilayered graphene films: towards the next generation of high-performance supercapacitors.</a> Advanced Materials. 23 (25), 2833-2838 (2011).</li><li>Choi, B. G., Yang, M., Hong, W. H., Choi, J. W., Huh, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+macroporous+graphene+frameworks+for+supercapacitors+with+high+energy+and+power+densities.">3D macroporous graphene frameworks for supercapacitors with high energy and power densities.</a> ACS Nano. 6 (5), 4020-4028 (2012).</li><li>Niu, Z., Chen, J., Hng, H. H., Ma, J., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+leavening+strategy+to+prepare+reduced+graphene+oxide+foams.">A leavening strategy to prepare reduced graphene oxide foams.</a> Advanced Materials. 24 (30), 4144-4150 (2012).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+conformal+graphene+cages+on+micrometre-sized+silicon+particles+as+stable+battery+anodes.">Growth of conformal graphene cages on micrometre-sized silicon particles as stable battery anodes.</a> Nature Energy. 1 (2), (2016).</li><li>Cho, J. H., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Assembly+of+Lithographically+Patterned+Nanoparticles.">Self-Assembly of Lithographically Patterned Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (12), 4049-4052 (2009).</li><li>Cho, J. H., Azam, A., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three+Dimensional+Nanofabrication+Using+Surface+Forces.">Three Dimensional Nanofabrication Using Surface Forces.</a> Langmuir. 26 (21), 16534-16539 (2010).</li><li>Dai, C., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Monitored+Self-Assembly+of+Three-Dimensional+Polyhedral+Nanostructures.">In Situ Monitored Self-Assembly of Three-Dimensional Polyhedral Nanostructures.</a> Nano Letters. 16 (6), 3655-3660 (2016).</li><li>Joung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Assembled+Multifunctional+3D+Microdevices.">Self-Assembled Multifunctional 3D Microdevices.</a> Advanced Electronic Materials. 2 (6), 1500459 (2016).</li><li>Joung, D., Gu, T., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+Optical+Transparency+in+Self-Assembled+Three-Dimensional+Polyhedral+Graphene+Oxide.">Tunable Optical Transparency in Self-Assembled Three-Dimensional Polyhedral Graphene Oxide.</a> ACS Nano. 10 (10), 9586-9594 (2016).</li><li>Joung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Assembled+Three-Dimensional+Graphene-Based+Polyhedrons+Inducing+Volumetric+Light+Confinement.">Self-Assembled Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons Inducing Volumetric Light Confinement.</a> Nano Letters. 17 (3), 1987-1994 (2017).</li><li>Lian, K., Ling, Z. G., Liu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+stability+of+SU-8+fabricated+microstructures+as+a+function+of+photo+initiator+and+exposure+doses.">Thermal stability of SU-8 fabricated microstructures as a function of photo initiator and exposure doses.</a> Proceedings of SPIE. 4980, 209 (2003).</li><li>Winterstein, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SU-8+electrothermal+actuators:+Optimization+of+fabrication+and+excitation+for+long-term+use.">SU-8 electrothermal actuators: Optimization of fabrication and excitation for long-term use.</a> Micromachines. 5 (4), 1310-1322 (2014).</li><li>Syms, R. R. A., Yeatman, E. M., Bright, V. M., 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=Surface+tension-powered+self-assembly+of+microstructures+-+the+state-of-the-art.">Surface tension-powered self-assembly of microstructures - the state-of-the-art.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 12 (4), 387-417 (2003).</li><li>Xie, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+fabrication+of+high-quality+carbon+nanoscrolls+from+monolayer+graphene.">Controlled fabrication of high-quality carbon nanoscrolls from monolayer graphene.</a> Nano Letters. 9 (7), 2565-2570 (2009).</li><li>Ferrari, A. C., Basko, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+spectroscopy+as+a+versatile+tool+for+studying+the+properties+of+graphene.">Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene.</a> Nature Nanotechnology. 8 (4), 235-246 (2013).</li><li>Childres, I., Jauregui, L. A., Park, W., Cao, H., Chen, Y. P., Jang, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+spectroscopy+of+graphene+and+related+materials.">Raman spectroscopy of graphene and related materials.</a> New developments in photon and materials research. , (2013).</li><li>Polsen, E. S., McNerny, D. Q., Viswanath, B., Pattinson, S. W., 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=High-speed+roll-to-roll+manufacturing+of+graphene+using+a+concentric+tube+CVD+reactor.">High-speed roll-to-roll manufacturing of graphene using a concentric tube CVD reactor.</a> Scientific Reports. , 5 (2015).</li><li>Wu, T., Shen, H., Sun, L., You, J., Yue, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three+step+fabrication+of+graphene+at+low+temperature+by+remote+plasma+enhanced+chemical+vapor+deposition.">Three step fabrication of graphene at low temperature by remote plasma enhanced chemical vapor deposition.</a> RSC Advances. 3 (24), 9544-9549 (2013).</li><li>Liu, C., Schauff, J., Joung, D., Cho, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remotely+controlled+microscale+3D+self-assembly+using+microwave+energy.">Remotely controlled microscale 3D self-assembly using microwave energy.</a> Advanced Materials Technologies. 2 (8), 1700035 (2017).</li></ol>

For kuberne fabrikeret med CVD graphene, fordi hver står over for en bestemt kube er designet med en ydre ramme omkring en ~ 160 × 160 µm2 område af fritstående graphene, et enkelt ark af éncellelag graphene har ikke den nødvendige styrke til at tillade parallel behandling af kuber. Af denne grund produceret graphene membraner består af tre lag af CVD graphene éncellelag plader er via tre separate graphene overførsler ved hjælp af flere PMMA belægning/fjernelse trin. På den anden side til...

Todimensionale (2D) graphene ark besidde ekstraordinære optisk, elektroniske og mekaniske egenskaber, hvilket gør dem model systemer til observation af roman kvantum fænomener for næste generation elektroniske, optoelektroniske, elektrokemiske, elektromekaniske og biomedicinske anvendelser1,2,3,4,5,6. Bortset fra som produceret 2D lagdelt struktur graphene, seneste, har forskellige ændring tilgange undersøgt for at observere nye funktionaliteter af graphene og søge nye program muligheder. Modulerende (f.eks tuning) dens fysiske egenskaber (dvs. doping og/eller band gap) af skræddersy figurerne eller mønster af 2D struktur til en endimensional (1 D) eller nul-dimensional (0 D) struktur (fx., graphene nanoribbon eller graphene quantum dots) er blevet undersøgt for at få nye fysiske fænomener herunder quantum indespærring effekter, lokaliserede plasmonic tilstande, lokaliserede elektron distribution og spin-polariseret kant stater7,8 ,9,10,11,12. Derudover varierende teksturen af 2D graphene ved crumpling (ofte kaldet kirigami), delaminering, buckling, vride, eller stabling af flere lag eller ændre figuren graphene overflade ved at overføre 2D graphene oven på en 3D-funktion (substrat) har været vist sig for at ændre graphene befugtningen, mekaniske egenskaber og optiske egenskaber13,14.
Ud over skiftende overflade morfologi og lagdelte struktur af 2D graphene, forsamling af 2D graphene ind i functionalized, veldefinerede, tre-dimensionelle (3D) polyedre har været af stor interesse for nylig i graphene Fællesskabet at få nye fysiske og kemiske fænomener15. I teorien, elastisk, elektrostatisk, og van der Waals kan energier af 2D graphene-baserede strukturer udnyttes til at omdanne den 2D graphene til forskellige 3D graphene-origami konfigurationer16,17. Baseret på dette koncept, har teoretisk modellering studier undersøgt 3D graphene struktur designs, dannet af nanoskala 2D graphene membraner, med mulige anvendelser i medicinafgivelse og generelle molekylære opbevaring16,17. Eksperimenterende forløb denne tilgang er imidlertid stadig langt fra at realisere disse programmer. På den anden side er en række kemiske syntetiske metoder blevet udviklet for at opnå 3D strukturer via skabelon-assisteret forsamling, flow-instrueret forsamling, leavening forsamling og konform vækst metoder18,19 , 20 , 21 , 22. men disse metoder er i øjeblikket begrænset i, at de ikke kan producere en 3D, hule, lukket struktur uden at miste de iboende egenskaber graphene ark.
Her, er en strategi for opbygning 3D, hule, graphene-baserede microcubes (overordnede dimension af ~ 200 µm) ved hjælp af origami-lignende selv foldning skitseret; at overvinde de vigtigste udfordringer ved konstruktion af fritstående, hule, 3D, polyeder, graphene-baserede materialer. Origami-lignende, håndfri selvstændige folde teknikker, er 2D lithographically mønstrede planar funktioner (dvs. graphene-baserede membraner) forbundet med hængsler (dvs., termisk-følsomme polymer, photoresist) i forskellige led, derved danner 2D redskaber som fold når hængslerne er opvarmet til smeltende temperatur23,24,25,26. Graphene-baserede kuber er realiseret med vindue membran komponenter består af et par lag af kemisk dampudfældning (CVD) vokset graphene eller graphene oxid (GO) membraner; begge med brugen af polymer frames og hængsler. Fabrikation af de 3D graphene-baserede kuber omfatter: (i) forberedelse af beskyttelse lag, (ii) graphene-membran overførsel og mønstre, (iii) metaloverflade mønster på graphene-membraner, (iv) ramme og hængsler mønster og deposition, (v). selvstændig folde, og (vi) fjernelse af beskyttelse lag (figur 1). Denne artikel fokuserer primært på de selvstændige folde aspekter af 3D graphene-baserede kuber fabrikation. Oplysninger om fysiske og optiske egenskaber 3D graphene-baserede kuber kan findes i vores andre nyere publikationer27,28.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1315px;" width="1313">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Acetone</td>
			<td style="width:295px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:199px;">A18P-4</td>
			<td style="width:511px;">N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Aluminium oxide</td>
			<td style="width:295px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:199px;">EVMALO-1-2.5</td>
			<td>99.99% Pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">APS Copper Etchant 100</td>
			<td style="width:295px;">Transene Company, Inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Camera (for 3D image)</td>
			<td style="width:295px;">Nikon</td>
			<td style="width:199px;">D5100</td>
			<td>1080p Full HD, Effective pixels: 16.2 million, Sensorsize: 23.6 mm x 15.6 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">CE-5 M Chromium Mask Etchant</td>
			<td style="width:295px;">Transene Company, Inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Chemical deposition growth (CVD) system</td>
			<td style="width:295px;">Customized</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Lindberg/Blue Tube Furnace</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Chromium</td>
			<td style="width:295px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:199px;">EVMCR35J</td>
			<td>99.95% pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Chromium Etchant 473</td>
			<td style="width:295px;">Transene Company, Inc.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Copper</td>
			<td style="width:295px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td style="width:199px;">EVMCU40QXQJ</td>
			<td>99.99% pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Developer-1 (MF319 developer)</td>
			<td style="width:295px;">Microposit</td>
			<td style="width:199px;">10018042</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Developer-2 (AZ developer)</td>
			<td style="width:295px;">Merck performance Materials Corp.</td>
			<td style="width:199px;">1005422496</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Developer-3 (SU-8 developer)</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td style="width:199px;">NC9901158</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Digital Hot Plate</td>
			<td style="width:295px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:199px;">HP131725</td>
			<td>Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">E-Beam Evaporator System</td>
			<td style="width:295px;">Rocky Mountain Vacuum Tech.</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>RME-2000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Graphene oxide</td>
			<td style="width:295px;">Goographene</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Purity: ~ 99%; Single layer ratio: ~99%;&#160; 0.7-1.2 nm in thickness.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Isopropyl Alcohol</td>
			<td style="width:295px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:199px;">A416-4</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Mask Aligner</td>
			<td style="width:295px;">Midas</td>
			<td style="width:199px;">MDA-400LJ</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Microscope</td>
			<td style="width:295px;">Omax</td>
			<td style="width:199px;">NJF-120A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">multiple polymethyl methacrylate (PMMA)</td>
			<td style="width:295px;">MicroChem</td>
			<td style="width:199px;">950 PMMA A9</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Oxygen plasma&#160;</td>
			<td style="width:295px;">Technics Inc.</td>
			<td style="width:199px;">SERIES 800</td>
			<td>Microscale reactive ion etching (RIE)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Photoresist-1 (S1813 Photoresist)</td>
			<td style="width:295px;">Microposit</td>
			<td style="width:199px;">10018348</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Photoresist-2 (SPR220 Photoresist)</td>
			<td style="width:295px;">MicroChem</td>
			<td style="width:199px;">SPR00220-7G</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Photoresist-3 (SU-8 Photoresist)</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td style="width:199px;">SU-8-2010</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Profilometer</td>
			<td style="width:295px;">Tencor Instruments</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Alpha-Step 200</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Raman</td>
			<td style="width:295px;">WITec Instruments Corp.</td>
			<td style="width:199px;">Alpha300R</td>
			<td>Confocal Raman Microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Silicon Wafer</td>
			<td style="width:295px;">Siltronic AG</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>100mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 &#937;&#8226;cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Spinner</td>
			<td style="width:295px;">Best Tools</td>
			<td style="width:199px;">S0114031123</td>
			<td>SMART COATER 100</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Titanium</td>
			<td style="width:295px;">Kurt J. Lesker Company</td>
			<td>EVMTI45QXQA</td>
			<td>99.99% Pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:295px;">Crest Ultrasonics</td>
			<td style="width:199px;">N/A</td>
			<td>Powersonic series</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of three-dimensional graphene-based polyhedrons via origami-like self-folding

Forsamling af todimensionale (2D) graphene i tre-dimensionelle (3D) polyeder strukturer samtidig bevare graphene's fremragende iboende egenskaber har været af stor interesse for udvikling af nye enhed applikationer. Her, fabrikation af 3D, individuel, hule polyedre (kuber) bestående af et par lag af 2D graphene eller graphene oxid ark via en origami-lignende selv folde proces er beskrevet. Denne metode indebærer anvendelse af polymer frames og hængsler, og aluminiumoxid/chrom beskyttelse lag, som reducerer trækstyrke, rumlige og overfladespænding understreger på graphene-baserede membraner, når de 2D garn er forvandlet til 3D terninger. Processen tilbyder kontrol af størrelse og form af strukturer samt sideløbende produktion. Desuden, tillader denne tilgang oprettelsen af overflade ændringer af metal mønster på hver side af de 3D terninger. Raman spektroskopi undersøgelser viser metoden, der giver mulighed for bevarelse af de iboende egenskaber af graphene-baserede membraner, demonstrerer robustheden af vores metode.

Figur 2 viser optiske billeder af de litografiske processer af 2D graphene og GO netto strukturer og efterfølgende selvstændig folde proces. Den selvstændige folde proces overvåges i realtid via en høj opløsning mikroskop. Begge typer af 3D graphene-baserede kuber er foldet ved ~ 80 ° C. Figur 3 udstikker erobrede videosekvenser viser den selvstændige foldning af 3D graphene-baserede kuber i en parallel måde. Un...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding at JoVE.com

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

Fabrikation af tre-dimensionelle Graphene-baserede polyedre via Origami-lignende selv foldning

Vi præsenterer her, en protokol for fabrikation af 3D graphene-baserede polyedre via origami-lignende selv foldning.

The assembly of two-dimensional (2D) graphene into three-dimensional (3D) polyhedral structures while preserving the graphene's excellent inherent ...

Denne protokol bruger origami-lignende selvfoldende metoder til at skabe 3D graphene-baserede polyhedroner. To-dimensionelle graphene ark besidder ekstraordinære optiske, elektroniske og mekaniske egenskaber. Ved at skræddersy formen af to-dimensionelle grafen, dens fysiske, kemiske og optiske egenskaber kan indstilles, som kan indføre nye materiale adfærd, så nye ansøgningsmuligheder.I denne henseende har integration af 2D grafen i strukturerne af funktionaliserede, veldefinerede, tre-dimensionelle polyhedroner været af stor interesse for nylig i grafen samfund. 3D graphene polyhedroner kan være gavnligt for mange applikationer. Som eksempler kan nævnes gas- og vandbeskyttede beholdere, molekylær opbevaring, fremføringssystemer, indkapsling af væskebaserede materialer, så de er nemme at observatione i elektronmikroskopi, funktionelle optoelektroniske anordninger og materialematerialer.Der er indført en række kemiske veje til produktion af grafenbaserede strukturer i 3D. Men disse metoder kræver typisk stærke kemiske reaktioner, som påvirker grafenens iboende egenskaber og giver udfordringer i opbygningen af fritstående, hule 3D-grafenpolyhedroner. For at overvinde disse begrænsninger, denne undersøgelse viser en metode til at realisere multi-faced 3D mikrocubes med 2D graphene og graphene oxid ved hjælp af origami-lignende selvfoldende.For at hjælpe med at give kontekst til den overordnede fabrikationsproces for de 3D-grafenbaserede kuber vil der nu blive introduceret en forenklet sekstrinsoversigt forud for den detaljerede protokol. Først skal du forberede beskyttelseslagene. Derefter udføres grafenmembranoverførsel i mønstre på beskyttelseslagene.Derefter skal du oprette metaloverflademønstre på grafenmembranerne. Dernæst definere polymer rammer og hængsler. Derefter omdanne 2D-net i 3D terninger via selvfoldende.Endelig skal du fjerne beskyttelseslagene. Ved hjælp af en elektronstråle fordamper, deponere 10 nanometer-tykt krom og 300 nanometer-tykke kobberlag på silicium substrat. Spin frakke fotoresist ved 2500 RPM efterfulgt af bagning ved 115 grader Celsius i 60 sekunder.Udsæt de designede 2D-netområder for UV-lys på en kontaktmaskejustering i 15 sekunder, og udvikl derefter i 60 sekunder hos udvikleren. Skyl prøven med deioniseret vand og føntørre med en luftpistol. Indbetal en 10 nanometer-tykt krom lag og løft de resterende fotoresist i acetone.Skyl prøven med deioniseret vand og føntørre med en luftpistol. Til mønster 2D-net med seks-kvadrat aluminiumoxid og krom beskyttelse lag på net, spin pels fotoresist på 2, 500 RPM efterfulgt af bagning ved 115 grader Celsius i 60 sekunder. Udsæt de designede seks firkantede beskyttelseslag til UV-lys på en kontaktmaskejustering i 15 sekunder, og udvikl i 60 sekunder hos udvikleren.Skyl prøven med deioniseret vand og føntørre med en luftpistol. Aflejr et 100 nanometer tykt aluminiumoxidlag i et 10 nanometer tykt kromlag. Fjern den resterende fotoresist i acetone.Skyl prøven med deioniseret vand og føntørre med en luftpistol. Begyndende med 15 millimeter kvadratisk stykke grafen klæbet på kobberfolie, spin pels et tyndt PMMA lag på 3000 RPM på overfladen af grafen. Bages ved 180 grader Celsius i 10 minutter.Placer PMMA grafen i kobberfolie-lagdelt ark, flydende kobber-side ned i kobber etchant i 24 timer at ætse væk kobberfolie. Når kobberfolien er helt opløst, og PMMA efterlades i grafen, overføres den flydende PMMA-belagte grafen til overfladen af en pulje af deioniseret vand ved hjælp af et mikroskopglasglas for at fjerne eventuelle kobberetchantrester. Gentag overførslen af den PMMA-belagte grafen på nye deioniserede vandbassiner flere gange for at skylle tilstrækkeligt.Overfør den flydende PMMA-belagte grafen på et andet stykke grafen, der er klæbet på kobberfolie, for at opnå en tolagsgrafenmembran. Behandle dobbeltlagsgrafen på kobberfolie på en kogeplade ved 100 grader Celsius i 10 minutter. Fjern PMMA på toppen af dobbelt-lag graphene på kobberfolie i et acetone bad, forlader en grafen, grafen, og kobberfolie lag stak, efterfulgt af overførsel til deioniseret vand.Gentag grafen overføre endnu en gang for at få tre stablede lag af graphene membraner. Placer PMMA, graphene, graphene, graphene, og kobberfolie lagdelt ark, flydende kobber side ned i kobber etchant i 24 timer at ætse væk kobberfolie. Overfør pmma-belagte tre lag grafenmembraner på de præfabrikerede aluminiumoxid- og krombeskyttelseslag.Efter overførsel af grafen, fjerne PMMA med acetone. Derefter dyppe prøven i deioniseret vand og tør i luft. Behandle flerlagsgrafen på underlaget på en varmeplade ved 100 grader Celsius i en time.Spin frakke fotoresist ved 2500 RPM og bages ved 115 grader Celsius i 60 sekunder. UV eksponere regioner fotoresist direkte over den firkantede beskyttelse lag områder ved hjælp af en kontaktmaske aligner i 15 sekunder. Derefter udvikle sig i 60 sekunder.Fjern de nyligt afdækkede uønskede grafenområder via en oxygenplasmabehandling i 15 sekunder. Fjern den sidesten fotoresist i acetone. Skyl prøven med deioniseret vand og tør i luft.Spin frakke fotoresist på 1700 RPM i 60 sekunder på toppen af de tidligere fabrikerede aluminiumoxid og krom beskyttelse lag for at opnå en 10 mikrometer tykt lag. Bag fotoresisten ved 115 grader Celsius i 60 sekunder og vent derefter i tre timer. Med den samme maske, der anvendes til at mønstre aluminiumoxid og krom lag, UV udsætte prøven på en kontaktmaske aligner i 80 sekunder og udvikle sig i 90 sekunder.Skyl prøven med deioniseret vand og føntørre med en luftpistol. Udfør en UV oversvømmelse eksponering af hele prøven uden en maske i 80 sekunder. Spin pels den forberedte grafenoxid og vand blandingen på prøven ved 1000 RPM i 60 sekunder.Udfør spin belægning i alt tre gange. Dyp prøven i bygherren for at tillade lift-off af uønsket grafenoxid. Lift-off processen under et mikroskop er vist her med optagelserne accelereret.Skyl prøven med deioniseret vand, og føntørre prøven med en luftpistol. Behandle prøven på en varmeplade ved 100 grader Celsius i en time. Opret 20 nanometer-tykke titanium mønstre på toppen af de mønstrede grafen-baserede membraner.Behandle prøven på en varmeplade ved 100 grader Celsius i en time. På toppen af grafen-baserede membraner med titanium overflade mønstre, spin pels fotoresist på 2500 RPM i 60 sekunder til at danne en fem mikrometer-tykt lag og bages ved 90 grader Celsius i to minutter. UV-eksponere prøverne i 20 sekunder, bages ved 90 grader Celsius i tre minutter, og udvikle sig i 90 sekunder.Prøven skylles med deioniseret vand og isopropylalkohol, og afblæs forsigtigt prøven med en luftpistol. Post-bage prøverne ved 200 grader Celsius i 15 minutter for at forbedre den mekaniske stivhed af rammer. For at gøre hængsel mønster, spin pels fotoresist på 1000 RPM i 60 sekunder til at danne en 10 mikrometer-tyk film på toppen af det præfabrikerede substrat.Bages ved 115 grader Celsius i 60 sekunder og vente i tre timer. UV-eksponere prøven på en kontaktmaske aligner i 80 sekunder og udvikle sig i 90 sekunder. Skyl prøven med deioniseret vand, og føntørre prøven med en luftpistol.For at frigøre 2D-strukturerne opløses kobberopofrelseslaget under 2D-garnene i en kobberetchant. Overfør forsigtigt de frigivne strukturer i et deioniseret vandbad ved hjælp af en pipette og skyl et par gange for at fjerne den resterende kobberetchant. Placer 2D strukturer i deioniseret vand, opvarmet over smeltepunktet af polymer hængslerne.Overvåg selvfoldningen i realtid via optisk mikroskopi, og fjern den fra varmekilden, når du har en vellykket samling i lukkede kuber. Efter selvfoldning fjernes aluminiumoxid- og krombeskyttelseslagene med kromætchant. Overfør forsigtigt terningerne i et deioniseret vandbad og skyl forsigtigt.De optiske billeder viser de litografiske processer i 2D graphene og graphene oxid net strukturer og den efterfølgende selvfoldning proces. Den selvfoldende proces overvåges i realtid via et mikroskop med høj opløsning. Begge typer af 3D graphene-baserede terninger er foldet på omkring 80 grader Celsius.Tallene lægger ud video-fanget sekvenser, der viser selvfoldning af 3D graphene-baserede terninger på en parallel måde. Under en optimeret proces viser denne fremgangsmåde et højeste udbytte på ca. 90 procent. Tallene viser optiske billeder af 3D-monterede grafen- og grafenoxidbaserede terninger med og uden overflademønstre.Den samlede størrelse af de selvfoldede terninger er 200 mikrometer bred med 200 mikrometer lang med 200 mikrometer høj. 20 nanometer-tykke titanium-mønstrede funktioner og UMN bogstaver er defineret på hver side af 3D graphene-baserede terninger. Tallene omfatter Raman spektroskopi af 2D graphene-baserede net og 3D graphene-baserede terninger.Resultaterne viser ingen mærkbare ændringer i Raman peak position og intensitet for både graphene og graphene oxid membraner efter selvfoldning. Men når der ikke anvendes beskyttelseslag, blev der observeret mærkbare ændringer i relative spidsintensiteter, hvilket indikerer ændringer eller skader på grafens egenskaber under selvfoldning. Denne metode gør det muligt at udvikle biomedicinske, elektroniske og optiske enheder, herunder sensorer og elektriske kredsløb ved hjælp af de mange fordele ved 3D-konfigurationer.Da processen desuden kun bruger et tidligt billede til grafenbaserede materialer, kan denne metode anvendes på andre todimensionelle materialer, såsom tren-ja-men-a ai chai-hus knive og sorte pas, hvilket gør det muligt for denne mulighed at blive brugt i udviklingen af næste generations 3D-konfigurationer af 2D-materialer.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Three-Dimensional Graphene-Based Polyhedrons via Origami-Like Self-Folding

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 ...

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Fabrikation af Rumligt Indesluttet komplekse oxider

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Fremstilling af ensartede nanoskala hulrum via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Fabrikation og Test af Mikrofluidenheder optomekaniske oscillatorer

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Mønster via optisk mættede Transitions - fremstilling og karakterisering

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Atomically Sporbar nanostrukturer Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Brug synkrotronstråling Microtomography at undersøge Multi-skala Tre-dimensionelle Mikroelektroniske pakker

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

Tre-dimensionel Particle Tracking Velocimetri for Turbulens Applications: Sagen om en Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

Tre-dimensionelle ultralyd nål Tip sporing med en Fiber-optisk ultralyd modtager

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...