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

Dit materiaal is gebaseerd op werk gesteund door een startfonds, gevormd bij de Universiteit van Minnesota, Twin Cities en een NSF CAREER Award (CMMI-1454293). Delen van dit werk werden uitgevoerd in de karakterisering faciliteit aan de Universiteit van Minnesota, een lid van de NSF-gefinancierde materialen onderzoek faciliteiten netwerk (via het MRSEC programma. Delen van dit werk werden uitgevoerd in het centrum van Minnesota Nano, die wordt ondersteund door de National Science Foundation via de nationale Nano gecoördineerde infrastructuur netwerk (NNCI) onder nummer ECCS-1542202 van de Award. C. D. erkent steun van de 3 M wetenschap en technologie Fellowship.

Let op: Enkele van de chemicaliën die worden gebruikt in deze syntheses zijn giftig en kunnen leiden tot irritatie en ernstige orgel schade wanneer aangeraakt of ingeademd. Gebruik van juiste veiligheidsuitrusting en persoonlijke beschermingsmiddelen dragen bij het verwerken van de chemische stoffen.
1. bereiding van aluminium Oxide en chroom bescherming lagen op een koperen opofferende laag
<ol><li>Met behulp van een elektronenbundel verdamper, Kluisje 10 nm dikke chroom (Cr) en 300 nm kop...

<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>

Voor de kubussen die zijn vervaardigd met CVD grafeen, omdat elk gezicht van een gegeven kubus is ontworpen met een buitenste frame omgeving een ~ 160 × 160 µm2 van vrijstaande grafeen, een vel enkelgelaagde grafeen hoeft niet de nodige kracht om toe te parallelle verwerking van de kubussen. Om deze reden, grafeen membranen die bestaat uit drie lagen van CVD grafeen enkelgelaagde sheets zijn geproduceerd via drie aparte grafeen overdrachten, met behulp van meerdere PMMA coating/verwijdering stappen....

Tweedimensionale (2D) grafeen vellen bezitten een buitengewone optische, elektronische en mechanische eigenschappen, waardoor ze model van systemen voor de waarneming van roman quantum verschijnselen voor volgende-generatie elektronische, opto-elektronische, elektrochemische, elektromechanische en biomedische toepassingen1,2,3,4,5,6. Naast de als-geproduceerde 2D gelaagde structuur van grafeen, onlangs, zijn verschillende benaderingen van de wijziging onderzocht om te observeren van de nieuwe functionaliteiten van grafeen en zoeken naar nieuwe mogelijkheden van de toepassing. Bijvoorbeeld, modulerende (of tuning) zijn fysische eigenschappen (dat wil zeggen, een doping niveau en/of band gap) door afstemming van de shapes of patronen van de 2D structuur van een eendimensionale (1 D) of de nul-dimensionale (0 D) structuur (bijv., grafeen nanoribbon of grafeen quantumdots) is onderzocht met het oog op nieuwe fysische verschijnselen, waaronder quantumeffecten opsluiting, gelokaliseerde Enterprise modi, gelokaliseerde elektron distributie en spin-gepolariseerde rand Staten7,8 ,9,10,11,12. Bovendien variëren de textuur van 2D grafeen door verfrommelen (vaak genoemd kirigami), delaminatie, knik, draaien, of stapelen van meerdere lagen of het wijzigen van de vorm grafeen oppervlak door de overdracht van 2D grafeen op de top van een 3D-functie (substraat) geweest aangetoond dat het wijzigen van de grafeen bevochtigbaarheid, mechanische eigenschappen, en optische eigenschappen13,14.
Dan veranderen de bovengrondse morfologie en de gelaagde structuur van 2D grafeen, vergadering van 2D grafeen in matiemaatschappij, welomschreven, driedimensionale (3D) polyhedrons geweest van groot belang onlangs in de Gemeenschap van grafeen om nieuwe lichamelijke en chemische fenomenen15. In theorie, elastisch, elektrostatische, en van der Waals kunnen energieën van 2D grafeen gebaseerde structuren worden benut om te zetten van de 2D grafeen in verschillende 3D grafeen-origami configuraties16,17. Op basis van dit concept, hebben theoretische modellering studies onderzocht 3D grafeen structuur ontwerpen, gevormd uit de nanoschaal 2D grafeen membranen, met mogelijke toepassingen in drug delivery en algemene moleculaire opslag16,17. De experimentele vooruitgang van deze aanpak is echter nog verre van het realiseren van deze toepassingen. Aan de andere kant, hebben een aantal chemische synthetische methoden ontwikkeld om 3D structuren via sjabloon-bijgewoonde vergadering, de assemblage van de stroom-regie, rijzende vergadering en hoekgetrouwe groei methoden18,19 , 20 , 21 , 22. deze methoden zijn echter op dit moment beperkt in die zin dat zij een 3D, holle, gesloten structuur niet kunnen produceren zonder verlies van de intrinsieke eigenschappen van grafeen bladen.
Hier, is een strategie voor het bouwen van 3D, holle, grafeen gebaseerde microcubes (algemene dimensie van ~ 200 µm) met behulp van de origami-achtige zelf vouwen geschetst; het overwinnen van de belangrijkste uitdagingen bij de bouw van vrijstaande, holle, 3D, polyedrale, grafeen gebaseerde materialen. In origami-achtige, handsfree zelf vouwen technieken, zijn 2D lithographically patroon vlakke functies (dat wil zeggen, grafeen gebaseerde membranen) verbonden met scharnieren (dat wil zeggen, thermische-gevoelige polymeer, fotoresist) in diverse gewrichten, waardoor vorming van 2D netten die opvouwen wanneer de scharnieren zijn verwarmd tot het smelten temperatuur23,24,25,26. De grafeen gebaseerde kubussen worden gerealiseerd met membraan componenten van het venster bestaat uit een paar lagen van chemical vapor deposition (CVD) gegroeid grafeen of grafeen oxide (GO) membranen; zowel met het gebruik van polymeer frames en scharnieren. De fabricage van de 3D grafeen gebaseerde kubussen omvat: (i) voorbereiding van bescherming lagen, (ii) grafeen-membraan overdracht en patronen, (iii) metaaloppervlak patronen op grafeen-membranen, (iv) frame en scharnieren patronen en depositie, (v). zelf vouwen, en (vi) verwijdering van de lagen van bescherming (Figuur 1). Dit artikel richt zich voornamelijk op de zelfstandigen opvouwbare aspecten van de fabricage van 3D grafeen gebaseerde kubussen. Gegevens over de fysische en optische eigenschappen van de 3D grafeen gebaseerde kubussen vindt u in onze andere recente publicaties27,28.

<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

De vergadering van tweedimensionale (2D) grafeen in driedimensionale (3D) polyedrale structuren met behoud van de grafeen uitstekende inherente eigenschappen is van groot belang voor de ontwikkeling van nieuwe apparaat toepassingen. Hier, fabricage van 3D, microscale, holle polyhedrons (blokjes) bestaande uit een paar lagen of 2D grafeen grafeen oxide bladen via een origami-achtige zelf vouwen proces wordt beschreven. Deze methode houdt het gebruik van polymeer frames en scharnieren, aluminium oxide/chroom bescherming lagen die treksterkte, ruimtelijke verminderen en oppervlaktespanning benadrukt op de membranen van grafeen gebaseerde wanneer de 2D netten worden omgezet in 3D-kubussen. Het proces biedt controle over de grootte en vorm van de structuren, evenals de parallelle productie. Deze benadering biedt daarnaast de oprichting van oppervlakte wijzigingen door metaal patronen op elke zijde van de 3D-kubussen. Raman spectroscopie studies tonen dat de methode maakt het mogelijk het behoud van de intrinsieke eigenschappen van de membranen van grafeen gebaseerde, demonstreren de robuustheid van onze methode.

Figuur 2 toont optische beelden van de lithografische processen van de 2D grafeen en GO netto structuren en latere zelf vouwen proces. Het zelf vouwen proces wordt toezicht gehouden in real-time via een hoge-resolutie Microscoop. Beide soorten 3D grafeen gebaseerde kubussen worden gevouwen bij ~ 80 ° C. Figuur 3 legt gevangen videofragmenten tonen de zelf vouwen van 3D grafeen gebaseerde kubussen op een parallelle manie...

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

Fabricage van driedimensionale grafeen gebaseerde Polyhedrons via Origami-achtige zelf vouwen

Hier presenteren we een protocol voor de fabricage van 3D grafeen gebaseerde polyhedrons via origami-achtige zelf vouwen.

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

Dit protocol maakt gebruik van origami-achtige zelfvouwende methoden om 3D-grafeen-gebaseerde polyhedrons te maken. Tweedimensionale grafeenplaten bezitten buitengewone optische, elektronische en mechanische eigenschappen. Door de vorm van tweedimensionaal grafeen aan te passen, kunnen de fysische, chemische en optische eigenschappen worden afgestemd, wat nieuw materiaalgedrag kan introduceren, waardoor nieuwe toepassingsmogelijkheden mogelijk zijn.In dit verband is de integratie van 2D-grafeen in de structuren van gefunctionaliseerde, goed gedefinieerde, driedimensionale polyhedrons de laatste tijd van groot belang geweest in de grafeengemeenschap. 3D grafeen polyhedrons kan gunstig zijn voor vele toepassingen. Voorbeelden hiervan zijn gas- en waterbestendige containers, moleculaire opslag, leveringssystemen, inkapseling van materialen op basis van vloeistof, voor gemakkelijk te observeren in elektronenmicroscopie, functionele opto-elektronische apparaten en materiematerialen.Er zijn een aantal chemische routes voor de productie van op 3D-grafeen gebaseerde structuren ingevoerd. Deze methoden vereisen echter meestal sterke chemische reacties, die de intrinsieke eigenschappen van het grafeen beïnvloeden en uitdagingen opleveren bij de bouw van vrijstaande, holle, 3D-grafeen polyhedrons. Om deze beperkingen te overwinnen, toont deze studie een methodologie voor het realiseren van 3D-microcuben met 2D-grafeen en grafeenoxide met behulp van origami-achtige zelfvouwen.Om context te geven aan het totale fabricageproces van de 3D-grafeenkubussen, wordt nu voorafgaand aan het gedetailleerde protocol een vereenvoudigd overzicht in zes stappen geïntroduceerd. Bereid eerst de beschermingslagen voor. Voer vervolgens grafeen-membraanoverdracht uit in patronen op de beschermingslagen.Maak vervolgens metalen oppervlaktepatronen op de grafeenmembranen. Definieer vervolgens polymeerframes en scharnieren. Zet vervolgens de 2D-netten om in 3D-kubussen via zelfvouwen.Verwijder ten slotte de beschermlagen. Met behulp van een elektronenbundel verdamper, deponeren 10 nanometer-dik chroom en 300 nanometer dikke koperlagen op het silicium substraat. Spin coat photoresist bij 2500 RPM gevolgd door bakken op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden.Stel de ontworpen 2D-netgebieden gedurende 15 seconden bloot aan UV-licht op een contactmasker aligner en ontwikkel je vervolgens gedurende 60 seconden in de ontwikkelaar. Spoel het monster met gedeïoniseerd water en föhn met een luchtbuks. Deponeren een 10 nanometer dikke chroomlaag en til de resterende fotoresist in aceton.Spoel het monster met gedeïoniseerd water en föhn met een luchtbuks. Om patroon 2D netten met zes vierkante aluminiumoxide en chroom bescherming lagen op de netten, spin coat fotoresist op 2, 500 RPM, gevolgd door bakken op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden. Stel de ontworpen zes vierkante beschermlagen gedurende 15 seconden bloot aan UV-licht op een contactmasker aligner en ontwikkel gedurende 60 seconden in de ontwikkelaar.Spoel het monster af met gedeïsized water en föhn met een luchtbuks. Deponeren een 100 nanometer dikke aluminiumoxide laag in een 10 nanometer dikke chroomlaag. Verwijder de resterende fotoresist in aceton.Spoel het monster af met gedeïsized water en föhn met een luchtbuks. Beginnend met het 15 millimeter vierkante stuk grafeen dat op koperfolie wordt vastgehouden, houdt spinlaag een dunne PMMA-laag bij 3000 RPM op het oppervlak van het grafeen. Bak op 180 graden Celsius gedurende 10 minuten.Plaats het PMMA-grafeen in koperfolielaag, zwevend koperzijde naar beneden in koper etchant gedurende 24 uur om de koperfolie weg te etden. Nadat de koperfolie volledig is opgelost, waardoor PMMA in grafeen, breng het zwevende PMMA-gecoate grafeen op het oppervlak van een plas gedeïmiseerd water met behulp van een microscoop schuifglas om koper etchant residu te verwijderen. Herhaal de overdracht van het met PMMA bedekte grafeen meerdere malen op nieuwe gedeïioneerde waterpoelen om adequaat te spoelen.Breng het zwevende PMMA-gecoate grafeen over op een ander stuk grafeen dat op koperfolie is bevestigd om een bilayer grafeenmembraan te verkrijgen. Behandel het dubbellaagse grafeen op koperfolie op een hete plaat op 100 graden Celsius gedurende 10 minuten. Verwijder de PMMA bovenop het dubbellaagse grafeen op de koperfolie in een acetonbad, waardoor een grafeen, grafeen en koperfolielaagstapel achterblijft, gevolgd door het overbrengen naar gedeïmiseerd water.Herhaal de grafeenoverdracht nog één keer om drie gestapelde lagen grafeenmembranen te krijgen. Plaats de PMMA, grafeen, grafeen, grafeen, grafeen, en koperfolie gelaagde plaat, zwevende koper kant naar beneden in koper etchant voor 24 uur weg te etneren van de koperfolie. Breng de pmma-gecoate drie lagen grafeenmembranen over op de geprefabriceerde aluminiumoxide- en chroombeschermingslagen.Verwijder na overdracht van het grafeen de PMMA met aceton. Vervolgens, dip het monster in gedeïstiseerd water en droog in de lucht. Behandel het meerlaagse grafeen op het substraat op een hete plaat op 100 graden Celsius gedurende een uur.Draai jas fotoresist op 2500 RPM en bak op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden. UV bloot de regio's van fotoresist direct boven de vierkante bescherming laag gebieden met behulp van een contactmasker aligner gedurende 15 seconden. Ontwikkel je dan 60 seconden.Verwijder de nieuw ontdekte ongewenste grafeengebieden via een zuurstofplasmabehandeling gedurende 15 seconden. Verwijder de overgebleven fotoresist in aceton. Spoel het monster af met gedeïsized water en droog in de lucht.Spin coat fotoresist op 1700 RPM gedurende 60 seconden op de top van de eerder vervaardigde aluminiumoxide en chroom bescherming lagen om een 10 micrometer dikke laag te verkrijgen. Bak de fotoresist op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden en wacht dan drie uur. Met hetzelfde masker dat wordt gebruikt voor het patroon van de aluminiumoxide- en chroomlagen, legt UV het monster gedurende 80 seconden bloot op een contactmasker aligner en ontwikkelt het gedurende 90 seconden.Spoel het monster met gedeïoniseerd water en föhn met een luchtbuks. Voer een UV-blootstelling aan overstromingen uit van het hele monster zonder masker gedurende 80 seconden. Spin coat de bereide grafeenoxide en water mengsel op het monster op 1000 RPM gedurende 60 seconden.Voer de spincoating in totaal drie keer uit. Dip het monster in ontwikkelaar om het opstijgen van ongewenste grafeenoxide mogelijk te maken. Het lift-off proces onder een microscoop wordt hier getoond met de beelden versneld.Spoel het monster met gedeïoniseerd water en blaas het monster voorzichtig op met een luchtbuks. Behandel het monster op een hete plaat op 100 graden Celsius gedurende een uur. Maak 20 nanometer dikke titanium patronen op de top van de patroon grafeen gebaseerde membranen.Behandel het monster op een hete plaat op 100 graden Celsius gedurende een uur. Bovenop de membranen op basis van grafeen met titaniumoppervlaktepatronen, draai jas fotoresist op 2500 RPM gedurende 60 seconden om een vijf micrometer dikke laag te vormen en bak op 90 graden Celsius gedurende twee minuten. UV-bloot de monsters voor 20 seconden, bak op 90 graden Celsius gedurende drie minuten, en ontwikkelen voor 90 seconden.Spoel het monster met gedeïoniseerd water en isopropylalcohol en blaas het monster voorzichtig op met een luchtbuks. Bak de monsters na 200 graden Celsius gedurende 15 minuten om de mechanische stijfheid van frames te verbeteren. Om het scharnierpatroon te maken, draait u gedurende 60 seconden 60 seconden met een fotoresist van 100 rpm om een 10 micrometer dikke film te vormen bovenop het geprefabriceerde substraat.Bak op 115 graden Celsius gedurende 60 seconden en wacht drie uur. UV-bloot het monster op een contactmasker aligner voor 80 seconden en ontwikkelen gedurende 90 seconden. Spoel het monster met gedeïoniseerd water en blaas het monster voorzichtig op met een luchtbuks.Los de koperofferte laag onder de 2D-netten in een koperen etchant op om de 2D-structuren vrij te geven. Breng de vrijgekomen structuren voorzichtig over in een gedeïstioneerd waterbad met behulp van een pipet en spoel een paar keer af om het resterende koper etchant te verwijderen. Plaats de 2D-structuren in gedeïioneerd water, verwarmd boven het smeltpunt van de polymeerscharnieren.Monitor het zelfvouwen in real time via optische microscopie en haal uit de warmtebron bij succesvolle montage in gesloten kubussen. Na zelfvouwen, verwijder de aluminiumoxide en chroom bescherming lagen met chroom etchant. Breng de blokjes voorzichtig over in een gedeïsized waterbad en spoel voorzichtig af.De optische beelden tonen de lithografische processen van het 2D grafeen en grafeenoxide netto structuren en de daaropvolgende zelfklapbare proces. Het zelfklapbare proces wordt in real time gemonitord via een microscoop met hoge resolutie. Beide soorten 3D grafeen gebaseerde kubussen zijn gevouwen op ongeveer 80 graden Celsius.De cijfers leggen video-vastgelegde sequenties uit die het zelfvouwen van 3D-grafeenkubussen op een parallelle manier weergeven. Onder een geoptimaliseerd proces laat deze aanpak een hoogste opbrengst van ongeveer 90 procent zien. De cijfers tonen optische beelden van het 3D geassembleerde grafeen en grafeenoxide-gebaseerde kubussen met en zonder oppervlaktepatronen.De totale grootte van de zelfgevouwen kubussen is 200 micrometer breed bij 200 micrometer lang bij 200 micrometer hoog. 20 nanometer-dikke titanium-patroon functies en UMN belettering worden gedefinieerd op elk gezicht van de 3D grafeen gebaseerde kubussen. De cijfers omvatten Raman spectroscopie van 2D grafeen-gebaseerde netten en 3D grafeen gebaseerde kubussen.De resultaten tonen geen merkbare veranderingen in Raman piekpositie en intensiteit voor zowel grafeen en grafeenoxide membranen na de zelf-vouwen. Wanneer echter geen beschermingslagen worden gebruikt, werden merkbare veranderingen in relatieve piekintensiteiten waargenomen, wat wijst op veranderingen of schade aan de eigenschappen van het grafeen tijdens het zelfvouwen. Deze methode maakt de ontwikkeling van biomedische, elektronische en optische apparaten mogelijk, waaronder sensoren en elektrische circuits met behulp van de vele voordelen van 3D-configuraties.Bovendien, aangezien het proces een vroeg beeld gebruikt om alleen op grafeen gebaseerde materialen, kan deze methode worden toegepast op andere tweedimensionale materiaal, zoals tren-ja-men-een ai chai-hus messen en zwarte paspoorten, waardoor deze mogelijkheid om te worden gebruikt bij de ontwikkeling van de volgende generatie 3D-configuraties van 2D-materialen.

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

Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een 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 of Spatially Confined Complex Oxides

Fabricage van plaatsgebonden complexe oxiden

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

Fabricage van uniforme nanoschaalholtes 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

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

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

Patroonvorming via Optical Verzadigbare Transitions - fabricage en karakterisering

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

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Atomair traceerbaar Nanostructuur 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

Met behulp van Synchrotron Radiation Microtomografie Multi-scale Driedimensionale Microelectronic pakketten Onderzoek

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

Driedimensionale Particle Tracking Velocimetry voor Turbulence Applications: Case van een 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

Driedimensionale ultrasone naald Tip Tracking met een glasvezel echografie-ontvanger

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