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

Ce matériel est basé sur le travail soutenu par un fonds de lancement à l’Université du Minnesota, Twin Cities et une bourse de carrière de la NSF (CMMI-1454293). Certaines parties de ce travail ont été effectuées dans l’installation de caractérisation à l’Université du Minnesota, membre de la NSF-financé matériaux recherche installations réseau (via le programme MRSEC. Parties de ce document ont été menées dans le centre de Nano de Minnesota, qui est soutenu par la Fondation nationale des sciences à travers le National Nano coordonnée Infrastructure réseau (NNCI) sous attribution numéro ECCS-1542202. C. D. reconnaît le soutien des 3 M Science et Technology Fellowship.

ATTENTION : Plusieurs des produits chimiques utilisés dans ces synthèses sont toxiques et peuvent causer des irritations et des dommages graves organes quand ils sont touchés ou inhalé. S’il vous plaît utiliser l’équipement de sécurité approprié et porter des équipements de protection individuelle lors de la manipulation de produits chimiques.
1. préparation de l’oxyde d’aluminium et de chrome Protection couches sur une couche sacrificielle cuivre
<ol><li>À l’aide d’...

<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. 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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. 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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. 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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>

Pour les glaçons fabriqués avec graphène CVD, car chaque face d’un cube donné est doté d’un cadre extérieur entourant une zone de2 ~ 160 × 160 µm de graphène autoportantes, une seule feuille de graphène monocouche n’a pas la force nécessaire pour permettre traitement parallèle des cubes. Pour cette raison, membranes de graphène constituée de trois couches de monocouche de graphène CVD feuilles sont produites via trois transferts de graphène distinct à l’aide de multiples étap...

Deux dimensions (2D) graphène feuilles possèdent des propriétés optiques, électroniques et mécaniques extraordinaires, ce qui les rend de modéliser des systèmes pour l’observation des phénomènes quantiques roman pour génération électronique, optoélectronique, électrochimique, les applications biomédicales et électromécanique1,2,3,4,5,6. En dehors de la production 2D structure en couches de graphène, récemment, diverses approches de modification ont été étudiés pour respecter les nouvelles fonctionnalités du graphène et chercher de nouvelles possibilités d’application. Par exemple, modulant (tuning) ses propriétés physiques (c.-à-d., dopage écart niveau et/ou bande) en adaptant les formes ou de structuration de la 2D des structurent ou à un unidimensionnelle (1D) ou sans dimension structure (0d) (e.g., graphène nanoribbon ou graphène points quantiques) a été étudiée pour obtenir de nouveaux phénomènes physiques, notamment des effets de confinement quantique modes plasmoniques localisées, distribution électron localisé et spin polarisé bord États7,8 ,9,10,11,12. En outre, variant la texture du graphène 2D par chiffonnant (souvent appelé kirigami), délaminage, flambage, torsion, superposition de plusieurs couches ou changer la forme de surface de graphène en transférant le graphène 2D sur le dessus une fonctionnalité 3D (substrat) a été démontré que pour changer du graphène mouillabilité, caractéristiques mécaniques et propriétés optiques13,14.
Au-delà de changer la morphologie de la surface et la structure en couches de graphène 2D, assemblage de graphène 2D dans des polyèdres (3D) fonctionnalisés, bien définies, en trois dimensions a été d’un grand intérêt récemment dans la communauté de graphène pour obtenir la nouvelle physique et phénomènes chimiques15. En théorie, l’élastique, électrostatique et de van der Waals, énergies de 2D structures axées sur le graphène peuvent être exploités pour transformer le graphène 2D en divers graphène-origami 3D configurations16,17. Basé sur ce concept, la modélisation théorique études ont examiné dessins de structure 3D de graphène, formés à partir de membranes de graphène 2D nanométriques, avec des utilisations possibles de médicaments et de stockage moléculaire générale16,17. Pourtant, l’évolution expérimentale de cette approche est encore loin de se rendre compte de ces demandes. En revanche, un certain nombre de méthodes de synthèse chimiques ont été développé pour réaliser des structures 3D via assistée par modèle assembly en anglais, flux-dirigé, levage assemblage et croissance des méthodes18,19 , 20 , 21 , 22. Toutefois, ces méthodes sont actuellement limitées qu’ils ne peuvent pas produire une structure 3D, creuse, clos sans perdre les propriétés intrinsèques des feuilles de graphène.
Ici, une stratégie pour la création 3D, creuse, axée sur le graphène microcubes (dimension hors-tout de ~ 200 µm) en utilisant comme origami pliage automatique est exposée ; surmonter les plus grands défis dans la construction de matériaux autoportantes, creux, 3D, polyédriques, axée sur le graphène. Dans les techniques de pliage automatique origami-like, mains-libres, caractéristiques planaires lithographically motifs 2D (c'est-à-dire, axée sur le graphène membranes) sont connectés avec charnières (c'est-à-dire thermique polymère, résine photosensible) à diverses articulations, ainsi formation 2D filets qui se replier lorsque les charnières sont chauffées à la température23,24,25,26de fusion. Les cubes axée sur le graphène sont réalisés avec des composants de membrane de fenêtre composées de quelques couches de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) cultivées graphène ou membranes de graphène oxyde (GO) ; a la fois avec l’utilisation de trames de polymère et charnières. La fabrication des cubes 3D basé sur le graphène implique : (i) préparation des couches de protection, le transfert de graphène (ii)-membrane et structuration, (iii) metal surface patterning sur graphène-membranes, cadre (iv) et charnières le patterning et le dépôt, (v). Pliage automatique et l’enlèvement (vi) les couches de protection (Figure 1). Cet article se concentre principalement sur les aspects se pliantes de la fabrication des cubes 3D basé sur le graphène. On trouvera des détails sur les propriétés physiques et optiques des cubes 3D basé sur le graphène dans nos autres récentes publications27,28.

<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

L’assemblage de deux dimensions (2D) graphène dans les structures polyédriques tridimensionnelles (3D) tout en conservant d’excellentes propriétés inhérentes du graphène a été d’un grand intérêt pour le développement d’applications smart device roman. Ici, fabrication de 3D, a petite Echelle, creusent les polyèdres (cubes), composé de plusieurs couches de graphène 2D ou graphène oxyde feuilles via un processus autonome pliage origami-like est décrite. Cette méthode implique l’utilisation de cadres de polymère et charnières et des couches de protection en oxyde d’aluminium/chrome qui réduisent la résistance à la traction, spatiales, des contraintes de tension superficielle sur les membranes axée sur le graphène lorsque les filets 2D sont transforment en cubes 3D. Le procédé offre le contrôle de la taille et la forme de la structures ainsi que la production parallèle. En outre, cette approche permet la création de modifications de surface en métal sur chaque face des cubes 3D le patterning. Études de spectroscopie de Raman montrent que la méthode permet la préservation des propriétés intrinsèques des membranes axée sur le graphène, ce qui démontre la solidité de notre méthode.

Figure 2 affiche les images optiques les procédés lithographiques du graphène 2D et GO nets structures et processus de pliage automatique subséquent. Le processus de pliage automatique est surveillé en temps réel via un microscope de haute résolution. Les deux types de 3D cubes axée sur le graphène sont pliées à ~ 80 ° C. Figure 3 présente les séquences capturées vidéo montrant le pliage automatique de 3D...

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

Fabrication de tridimensionnelles polyedres axée sur le graphène via Origami-Like se pliant

Nous présentons ici un protocole pour la fabrication de 3D basé sur le graphène polyedres via origami-comme se pliant.

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

Ce protocole utilise des méthodes d’auto-pliage en forme d’origami pour créer des polyédres 3D à base de graphène. Les feuilles de graphène bidimensionnelles possèdent des propriétés optiques, électroniques et mécaniques extraordinaires. En adaptant la forme du graphène bidimensionnel, ses propriétés physiques, chimiques et optiques peuvent être réglées, ce qui peut introduire de nouveaux comportements matériels, permettant de nouvelles possibilités d’application.À cet égard, l’intégration du graphène 2D dans les structures des polyédres tridimensionnels fonctionnalisés, bien définis et a été d’un grand intérêt récemment dans la communauté du graphène. Les polyédres de graphène 3D peuvent être bénéfiques pour de nombreuses applications. Par exemple, les contenants protégés par le gaz et l’eau, le stockage moléculaire, les systèmes de livraison, l’encapsulation de matériaux à base de liquide, pour faciliter l’observation en microscopie électronique, en dispositifs optoélectroniques fonctionnels et en matériaux de matière.Un certain nombre de voies chimiques pour la production de structures 3D à base de graphène ont été introduites. Cependant, ces méthodes nécessitent généralement de fortes réactions chimiques, qui affectent les propriétés intrinsèques du graphène et présentent des défis dans la construction de polyhédrons graphènes 3D auto-permanents, creux. Pour surmonter ces limitations, cette étude montre une méthodologie pour réaliser des microcubes 3D multi-face avec du graphène 2D et de l’oxyde de graphène en utilisant l’origami-comme l’auto-pliage.Pour aider à donner un contexte au processus global de fabrication des cubes à base de graphène 3D, une vue d’ensemble simplifiée en six étapes sera désormais introduite avant le protocole détaillé. Tout d’abord, préparer les couches de protection. Ensuite, effectuez le transfert graphène-membrane en modelant sur les couches de protection.Ensuite, créez des motifs de surface métallique sur les membranes de graphène. Ensuite, définissez les cadres et les charnières en polymère. Ensuite, transformez les filets 2D en cubes 3D par auto-pliage.Enfin, retirez les couches de protection. À l’aide d’un évaporateur de faisceau d’électrons, déposer 10 couches de chrome d’épaisseur nanométrique et 300 couches de cuivre d’épaisseur nanométrique sur le substrat de silicium. Spin coat photorésist à 2500 RPM suivie d’une cuisson à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes.Exposez les zones de filet 2D conçues à la lumière UV sur un gouttière de masque de contact pendant 15 secondes, puis développez-les pendant 60 secondes dans le développeur. Rincer l’échantillon à l’eau déionisée et sécher à l’aide d’un pistolet à air comprimé. Déposez une couche de chrome de 10 nanomètres d’épaisseur et soulevez le photorésistant restant dans l’acétone.Rincer l’échantillon à l’eau déionisée et sécher à l’aide d’un pistolet à air comprimé. Pour modeler les filets 2D avec des couches de protection contre l’oxyde d’aluminium et le chrome de six carrés sur les filets, tournez le photorésistant à 2 500 RPM, suivi de la cuisson à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes. Exposez les couches de protection six carrés conçues à la lumière UV sur un gouttière de masque de contact pendant 15 secondes et développez-les pendant 60 secondes en développeur.Rincer l’échantillon à l’eau déionisée et sécher à l’aide d’un pistolet à air comprimé. Déposez une couche d’oxyde d’aluminium de 100 nanomètres d’épaisseur dans une couche de chrome de 10 nanomètres d’épaisseur. Retirez le reste photorésist dans l’acétone.Rincer l’échantillon à l’eau déionisée et sécher à l’aide d’un pistolet à air comprimé. En commençant par le morceau carré de graphène de 15 millimètres adhéré sur du papier d’aluminium, faire tourner une fine couche PMMA à 3000 RPM à la surface du graphène. Cuire au four à 180 degrés Celsius pendant 10 minutes.Placez le graphène PMMA dans une feuille de cuivre en couches de papier d’aluminium, côté cuivre flottant vers le bas dans l’étchant en cuivre pendant 24 heures pour échoir la feuille de cuivre. Une fois que la feuille de cuivre est complètement dissoute, laissant pmma en graphène, transférer le graphène flottant enduit de PMMA sur la surface d’une piscine d’eau déionisée à l’aide d’un verre à glissière microscope pour enlever tout résidu d’échantage de cuivre. Répétez le transfert du graphène enduit de PMMA sur de nouvelles piscines d’eau déionisées à plusieurs reprises pour rincer adéquatement.Transférer le graphène flottant recouvert de PMMA sur un autre morceau de graphène adhéré sur du papier d’aluminium pour obtenir une membrane de graphène bicouche. Traiter thermiquement le graphène à double couche sur du papier d’aluminium sur une plaque chaude à 100 degrés Celsius pendant 10 minutes. Retirer la PMMA sur le graphène à double couche sur la feuille de cuivre dans un bain d’acétone, en laissant une pile de couche de graphène, de graphène et de papier d’aluminium de cuivre, suivie d’un transfert à l’eau déionisée.Répétez le transfert de graphène une fois de plus pour obtenir trois couches empilées de membranes de graphène. Placez la PMMA, le graphène, le graphène, le graphène et la feuille de papier d’aluminium en couches, côté cuivre flottant vers le bas dans l’étchant en cuivre pendant 24 heures pour échoir la feuille de cuivre. Transférez les trois couches de membranes de graphène recouvertes de PMMA sur les couches préfabriquées de protection contre l’oxyde d’aluminium et le chrome.Après le transfert du graphène, retirer le PMMA avec de l’acétone. Puis, trempez l’échantillon dans de l’eau déionisée et séchez-le dans l’air. Traiter thermiquement le graphène multicposition sur le substrat sur une plaque chaude à 100 degrés Celsius pendant une heure.Spin manteau photorésist à 2500 RPM et cuire au four à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes. Uv exposer les régions de photorésist directement au-dessus des zones de la couche de protection carrée à l’aide d’un gouttière masque de contact pendant 15 secondes. Ensuite, développez-vous pendant 60 secondes.Retirez les zones de graphène non désirées nouvellement découvertes par un traitement au plasma d’oxygène pendant 15 secondes. Retirez les restes photorésist dans l’acétone. Rincer l’échantillon à l’eau déionisée et sécher à l’air libre.Spin coat photorésist à 1700 RPM pendant 60 secondes sur le dessus des couches de protection contre l’oxyde d’aluminium et le chrome précédemment fabriqués pour obtenir une couche de 10 micromètres d’épaisseur. Cuire le photorésist à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes, puis attendre trois heures. Avec le même masque utilisé pour modeler les couches d’oxyde d’aluminium et de chrome, les UV exposent l’échantillon sur une gouttière de masque de contact pendant 80 secondes et se développent pendant 90 secondes.Rincer l’échantillon à l’eau déionisée et sécher à l’aide d’un pistolet à air comprimé. Effectuez une exposition aux inondations UV de l’échantillon entier sans masque pendant 80 secondes. Faire tourner le mélange préparé d’oxyde de graphène et d’eau sur l’échantillon à 1 000 RPM pendant 60 secondes.Effectuez le revêtement de spin un total de trois fois. Tremper l’échantillon dans le développeur pour permettre le décollage de l’oxyde de graphène indésirable. Le processus de décollage au microscope est montré ici avec les images accélérées.Rincer l’échantillon à l’eau déionisée et sécher soigneusement l’échantillon à l’aide d’un pistolet à air comprimé. Traiter thermiquement l’échantillon sur une plaque chaude à 100 degrés Celsius pendant une heure. Créez des motifs de titane de 20 nanomètres d’épaisseur au-dessus des membranes à base de graphène à motifs.Traiter thermiquement l’échantillon sur une plaque chaude à 100 degrés Celsius pendant une heure. Au-dessus des membranes à base de graphène avec des motifs de surface en titane, tournez le photorésistant à 2500 RPM pendant 60 secondes pour former une couche de cinq micromètres d’épaisseur et cuire au four à 90 degrés Celsius pendant deux minutes. Exposer les échantillons aux UV pendant 20 secondes, cuire au four à 90 degrés Celsius pendant trois minutes et se développer pendant 90 secondes.Rincez l’échantillon à l’eau déionisée et à l’alcool d’isopropyle, et séchez soigneusement l’échantillon à l’aide d’un pistolet à air comprimé. Post-cuisson des échantillons à 200 degrés Celsius pendant 15 minutes pour améliorer la rigidité mécanique des cadres. Pour faire le motif de charnière, spin coat photorésist à 1000 RPM pendant 60 secondes pour former un film de 10 micromètres d’épaisseur sur le dessus du substrat préfabriqué.Cuire au four à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes et attendre trois heures. Exposer l’échantillon aux UV sur un gouttière de masque de contact pendant 80 secondes et se développer pendant 90 secondes. Rincer l’échantillon à l’eau déionisée et sécher soigneusement l’échantillon à l’aide d’un pistolet à air comprimé.Pour libérer les structures 2D, dissoudre la couche sacrificielle de cuivre sous les filets 2D dans un etchant en cuivre. Transférer soigneusement les structures libérées dans un bain d’eau déionisé à l’aide d’une pipette et rincer à quelques reprises pour enlever l’étchant en cuivre résiduel. Placer les structures 2D dans de l’eau déionisée, chauffées au-dessus du point de fusion des charnières polymères.Surveillez l’auto-pliage en temps réel par microscopie optique et retirez de la source de chaleur lors de l’assemblage réussi en cubes fermés. Après l’auto-pliage, retirer les couches de protection contre l’oxyde d’aluminium et le chrome avec l’étchant de chrome. Transférer délicatement les cubes dans un bain d’eau déionisé et rincer soigneusement.Les images optiques montrent les processus lithographiques des structures nettes de graphène et d’oxyde de graphène 2D et le processus d’auto-pliage ultérieur. Le processus d’auto-pliage est surveillé en temps réel au microscope haute résolution. Les deux types de cubes 3D à base de graphène sont pliés à environ 80 degrés Celsius.Les chiffres présentent des séquences capturées par vidéo montrant l’auto-pliage des cubes à base de graphène 3D d’une manière parallèle. Dans le cadre d’un processus optimisé, cette approche affiche un rendement le plus élevé d’environ 90 p. 100. Les chiffres montrent des images optiques des cubes assemblés en 3D à base de graphène et d’oxyde de graphène avec et sans motifs de surface.La taille globale des cubes auto-pliés est de 200 micromètres de large par 200 micromètres de long par 200 micromètres de haut. Des caractéristiques de titane de 20 nanomètres d’épaisseur et le lettrage UMN sont définis sur chaque face des cubes à base de graphène 3D. Les chiffres incluent la spectroscopie Raman de filets à base de graphène 2D et de cubes 3D à base de graphène.Les résultats ne montrent aucun changement notable dans la position et l’intensité maximales de Raman pour les membranes de graphène et d’oxyde de graphène après l’auto-pliage. Toutefois, lorsque les couches de protection ne sont pas utilisées, des changements notables dans les intensités de pointe relatives ont été observés, indiquant des changements ou des dommages aux propriétés du graphène pendant l’auto-pliage. Cette méthode permet le développement d’appareils biomédicaux, électroniques et optiques, y compris des capteurs et des circuits électriques utilisant les nombreux avantages des configurations 3D.En outre, puisque le processus utilise une image précoce uniquement à base de graphène, cette méthode peut être appliquée à d’autres matériaux bidimensionnels, tels que tren-ja-men-a ai chai-hus couteaux et passeports noirs, permettant ainsi cette possibilité d’être utilisé dans le développement de la prochaine génération de configurations 3D de matériaux 2D.

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 ...

Recherche

Ingénierie

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

Processus de fabrication de microstructures tridimensionnelles en utilisant la vaporisation d&#39;un composant sacrificiel

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

Fabrication d&#39;oxydes complexes spatialement confinés

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

Fabrication de cavités uniformes à l’échelle nanométrique via la liaison directe de plaquettes de silicium

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

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

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

Patterning par Transitions Optical saturable - Fabrication et caractérisation

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

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Atomiquement traçable nanostructures 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

Utilisation de rayonnement synchrotron Microtomographie d&#39;enquêter sur Multi-échelle Forfaits microélectroniques en trois dimensions

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

Trois dimensions Velocimetry de suivi des particules pour Turbulence Applications: Cas d&#39;un débit de jet

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

Aiguille à ultrasons tridimensionnel Tip suivi avec un récepteur à ultrasons de la fibre optique

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