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

Dieses Material basiert auf Arbeit vom Anschubfonds an der University of Minnesota, Twin Cities und ein NSF CAREER Award (CMMI-1454293) unterstützt. Teile dieser Arbeit erfolgten in der Charakterisierung-Anlage an der University of Minnesota, ein Mitglied des NSF finanzierte Materialien Einrichtungen Forschungsnetzes (über das MRSEC-Programm. Teile dieser Arbeit wurden in der Minnesota-Nano-Mitte durchgeführt, die von der National Science Foundation durch die nationalen Nano abgestimmte Infrastruktur Netzwerk (NNCI) unter Preis Anzahl ECCS-1542202 unterstützt wird. C. D. räumt Unterstützung vom 3 M-Wissenschaft und Technologie-Stipendium.

Achtung: Einige der Chemikalien in diese Synthesen verwendet sind giftig und können zu Reizungen und schwere Organschäden wenn berührt oder inhaliert. Bitte verwenden Sie geeignete Sicherheitsausrüstung und tragen Sie persönlichen Schutzausrüstung zu, beim Umgang mit Chemikalien.
1. Vorbereitung von Aluminiumoxid und Chrom-Schutzschichten auf Kupfer Opferschicht
<ol><li>Mit einem Elektronenstrahl Verdampfer, 10 nm Dicke Chrom (Cr) und 300 nm dicke Kupfer (Cu) Schichten (Opferschicht) E...

<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. 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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=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. 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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=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>

Für die Würfel fabriziert mit CVD-Graphen weil jedes Gesicht von ein bestimmter Cube soll mit einem äußeren Rahmen Umgebung ein ~ 160 × 160 µm2 freistehende Graphen, ein einzelnes Blatt Monolage Graphen muss nicht die nötige Kraft zu ermöglichen parallele Verarbeitung der Würfel. Aus diesem Grund produziert Graphen Membranen bestehend aus drei Schichten von CVD Graphen Monolage, die Blätter sind über drei getrennte Graphen Transfers mit mehreren PMMA Beschichtung/Entfernung Schritte. Auf de...

Zweidimensionale (2D) Graphene Blätter besitzen außergewöhnliche optische, elektronische und mechanische Eigenschaften, so dass sie für die Beobachtung der neuartigen Quantenphänomene für die nächste Generation elektronischer, optoelektronische, elektrochemische Systeme zu modellieren, Elektromechanische und biomedizinische Anwendungen1,2,3,4,5,6. Neben als produziert 2D Schichtaufbau des Graphen vor kurzem wurden verschiedene Ansätze der Änderung um neue Funktionalitäten von Graphen zu beobachten und versuchen neue Anwendungsmöglichkeiten untersucht. Z. B. Modulation (oder tuning) seine physikalischen Eigenschaften (z. B. doping bzw. Band Gap) durch Anpassung der Formen oder Musterung der 2D auf eine eindimensionale (1D) oder nulldimensionale (0d) Struktur Struktur (zB., Graphen Nanoribbon oder Graphen Quantenpunkte) wurde untersucht, um neue physikalische Phänomene einschließlich Entbindung Quanteneffekte, lokalisierte plasmonische Modi, lokalisierte Elektronenverteilung und Spin-polarisierten Rand Staaten7,8 zu erhalten ,9,10,11,12. Darüber hinaus variieren die Textur von 2D Graphen durch zerknitterte (häufig genannt Kirigami), Delamination, Knicken, verdrehen, oder Stapeln von mehreren Schichten oder ändern die Oberflächenform des Graphen durch die Übertragung von 2D Graphen auf eine 3D-Funktion (Substrat) wurde gezeigt, dass die Graphen Benetzbarkeit, mechanischen Eigenschaften und optische Eigenschaften13,14ändern.
Darüber hinaus ändern die Oberflächenmorphologie und Schichtstruktur der 2D Graphen, Montage von 2D Graphen in funktionalisierten, genau definierten, dreidimensionalen (3D) Polyeder wurde vor kurzem in der Graphen-Gemeinschaft zu neuen physikalischen von großem Interesse und chemische Phänomene15. In Theorie, elastisch, elektrostatische, und van der Waals können Energien 2D Graphen-basierte Strukturen genutzt werden, um die 2D Graphen in verschiedenen Graphen 3D-Origami Konfigurationen16,17zu verwandeln. Basierend auf diesem Konzept, untersucht theoretische Modellierung Studien 3D Graphen Struktur Entwürfe, gebildet von nanoskaligen 2D Graphen Membranen mit Einsatzmöglichkeiten in Drug Delivery und allgemeine Molekulare Speicherung16,17. Die experimentelle Fortschritte dieses Ansatzes ist jedoch noch weit davon entfernt, diese Anwendungen zu realisieren. Auf der anderen Seite wurden eine Reihe von chemisch-synthetischen Methoden entwickelt, um 3D Strukturen über Vorlage-gestützte Montage, unter der Regie von Strömung, mit Treibmittel an Montage- und winkeltreue Wachstum Methoden18,19 zu erreichen , 20 , 21 , 22. diese Methoden sind jedoch derzeit beschränkt, dass sie eine 3D, hohle, geschlossene Struktur erzeugen können, ohne die wesentlichen Eigenschaften der Graphen Blätter.
Hier wird eine Strategie für den Aufbau von 3D, hohl, Graphen-basierte Microcubes (allgemeine Bemaßung von ~ 200 µm) mit Falten Origami-wie selbst beschrieben; die größten Herausforderungen beim Bau von freistehenden, hohl, 3D, polyedrischen, Graphen-basierte Materialien zu überwinden. In Origami-Like, Freisprech-Self Falttechniken sind 2D lithographically angeordneten flächige Elementen (z.B. Graphen-basierte Membranen) mit Scharnieren (d. h. thermisch empfindliche Polymer, Fotolack) an verschiedenen Gelenken, damit verbunden 2D bilden Netze die Hochklappen, wenn die Scharniere zu schmelzen Temperatur23,24,25,26erhitzt werden. Die Graphen-basierte Cubes sind mit Fenster Membran Komponenten bestehend aus ein paar Schichten der chemical Vapor Deposition (CVD) angebaut, Graphen oder Graphene oxid (GO) Membranen realisiert; beide mit dem Einsatz von Polymer-Rahmen und Scharniere. Die Herstellung der Graphen-basierte 3D Würfel beinhaltet: (i) Vorbereitung der Schutzschichten, (Ii) Graphen-Membran übertragen und Musterung, (Iii) Metalloberfläche Musterung auf Graphen-Membranen, (iv) Rahmen und Scharniere Musterung und Ablagerung, (V). selbst Falten, und (vi) Entfernung von Schutzschichten (Abbildung 1). Dieser Artikel konzentriert sich hauptsächlich auf die selbst Falten Aspekte der 3D Graphen-basierte Würfel Fabrikation. Informationen über physikalische und optische Eigenschaften der Graphen-basierte 3D Würfel finden Sie in unseren anderen jüngsten Publikationen27,28.

<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

Die Montage der zweidimensionalen (2D) Graphen in dreidimensionale (3D) polyedrischen Strukturen unter Beibehaltung der ausgezeichneten inhärenten Eigenschaften der Graphen ist von großem Interesse für die Entwicklung von Anwendungen für neuartige Geräte gewesen. Hier, Herstellung von 3D, Microscale, hohl Polyeder (Würfel), bestehend aus ein paar Schichten 2D Graphen oder Graphen oxid Blätter über eine Origami-wie selbst faltvorgang beschrieb. Diese Methode beinhaltet die Verwendung von Polymer-Rahmen und Scharniere, Aluminiumoxid/Chrom Schutzschichten, die Zugfestigkeit, räumliche reduzieren und Oberflächenspannung betont auf den Graphen-basierte Membranen, wenn die 2D Netze in 3D Würfel umgewandelt werden. Das Verfahren bietet Kontrolle über die Größe und Form der Strukturen sowie die parallele Fertigung. Darüber hinaus ermöglicht dieser Ansatz die Schaffung von Oberflächenmodifikationen von Metall auf jeder Seite der 3D Würfel-Strukturierung. Raman Spektroskopie Studien zeigen, dass die Methode ermöglicht die Erhaltung der inhärenten Eigenschaften der Graphen-basierte Membranen, demonstriert die Robustheit unserer Methode.

Abbildung 2 zeigt optische Bilder von lithografischen Prozessen der 2D Graphen und GO Netzstrukturen und anschließende selbst faltvorgang. Der selbst faltvorgang wird überwacht in Echtzeit über eine hochauflösende Mikroskop. Beide Arten von 3D Graphen-basierte Würfel gefaltet sind bei ~ 80 ° C. Abbildung 3 legt aufgenommenen Videosequenzen zeigen, die selbst Faltung des 3D Graphen-basierte Würfel in einer parallel...

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

Herstellung von dreidimensionalen Graphen-basierte Polyeder über Falten Origami gefällt mir selbst

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für die Herstellung von 3D Graphen-basierte Polyeder über Falten Origami gefällt mir selbst.

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

Dieses Protokoll verwendet origami-ähnliche Selbstfaltungsmethoden, um 3D-Graphen-basierte Polyeder zu erstellen. Zweidimensionale Graphenplatten besitzen außergewöhnliche optische, elektronische und mechanische Eigenschaften. Durch die Anpassung der Form von zweidimensionalem Graphen können seine physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften optimiert werden, was neue Materialverhalten einleiten kann, was neue Anwendungsmöglichkeiten ermöglicht.In dieser Hinsicht war die Integration von 2D-Graphen in die Strukturen funktionalisierter, klar definierter, dreidimensionaler Polyeder in letzter Zeit in der Graphen-Community von großem Interesse. 3D-Graphenpolyeder können für viele Anwendungen von Vorteil sein. Beispiele hierfür sind Gas- und wassergeschützte Behälter, molekulare Speicherung, Abgabesysteme, Verkapselung von flüssigen Materialien, zur einfachen Beobachtung in der Elektronenmikroskopie, funktionale optoelektronische Geräte und Materialmaterialien.Es wurden eine Reihe chemischer Wege für die Herstellung von 3D-Graphen-basierten Strukturen eingeführt. Diese Methoden erfordern jedoch in der Regel starke chemische Reaktionen, die die intrinsischen Eigenschaften des Graphens beeinflussen und Herausforderungen beim Bau freistehender, hohler 3D-Graphenpolyeder darstellen. Um diese Einschränkungen zu überwinden, zeigt diese Studie eine Methodik zur Realisierung von mehrgesichtigen 3D-Mikrowürfeln mit 2D-Graphen und Graphenoxid unter Verwendung von Origami-ähnlicher Selbstfaltung.Um den Gesamtherstellungsprozess der 3D-Graphen-basierten Cubes in Zusammenhang zu setzen, wird nun vor dem detaillierten Protokoll eine vereinfachte sechsstufige Übersicht eingeführt. Bereiten Sie zunächst die Schutzschichten vor. Führen Sie dann die Graphen-Membran-Übertragung in der Musterung auf die Schutzschichten durch.Erstellen Sie dann Metalloberflächenmuster auf den Graphenmembranen. Als Nächstes definieren Sie Polymerrahmen und Scharniere. Verwandeln Sie dann die 2D-Netze über die Selbstfaltung in 3D-Würfel.Entfernen Sie schließlich die Schutzschichten. Mit einem Elektronenstrahlverdampfer 10 Nanometer dicke Chrom- und 300 Nanometer dicke Kupferschichten auf das Siliziumsubstrat ablagern. Spin Mantel Fotowiderstand bei 2500 U/min gefolgt von Backen bei 115 Grad Celsius für 60 Sekunden.Setzen Sie die entworfenen 2D-Netzbereiche 15 Sekunden lang UV-Licht auf einem Kontaktmaskenausrichter aus und entwickeln Sie dann 60 Sekunden lang im Entwickler. Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und blasen Sie mit einer Luftpistole. Legen Sie eine 10 Nanometer dicke Chromschicht ab und heben Sie den verbleibenden Photoresist in Aceton ab.Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und blasen Sie mit einer Luftpistole. Um 2D-Netze mit sechs-Quadrat-Aluminiumoxid- und Chromschutzschichten auf den Netzen zu mustern, drehen Sie Die Schicht Photoresist bei 2, 500 U/min, gefolgt von Backen bei 115 Grad Celsius für 60 Sekunden. Setzen Sie die entworfenen sechsquadratischen Schutzschichten 15 Sekunden lang UV-Licht auf einem Kontaktmaskenausrichter aus und entwickeln Sie sie 60 Sekunden lang im Entwickler.Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und blasen Sie mit einer Luftpistole. Legen Sie eine 100 Nanometer dicke Aluminiumoxidschicht in einer 10 Nanometer dicken Chromschicht ab. Entfernen Sie den restlichen Photoresist in Aceton.Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und blasen Sie mit einer Luftpistole. Beginnend mit dem 15 Millimeter quadratischen Graphenstück, das auf Kupferfolie aufkleben wird, schichte eine dünne PMMA-Schicht bei 3000 U/min auf der Oberfläche des Graphens. Bei 180 Grad Celsius 10 Minuten backen.Legen Sie das PMMA-Graphen in Kupferfolien-Schichtblech, schwimmende Kupferseite nach unten in Kupfer-Etchant für 24 Stunden, um die Kupferfolie wegzuätzen. Nachdem die Kupferfolie vollständig aufgelöst wurde und PMMA in Graphen zurückbleibt, übertragen Sie das schwimmende PMMA-beschichtete Graphen auf die Oberfläche eines Pools aus entionisiertem Wasser mit einem Mikroskop-Diaglas, um eventuelle Kupfer-Etchant-Rückstände zu entfernen. Wiederholen Sie die Übertragung des PMMA-beschichteten Graphens auf neue deionisierte Wasserbecken mehrmals, um ausreichend zu spülen.Übertragen Sie das schwimmende PMMA-beschichtete Graphen auf ein anderes Stück Graphen, das auf Kupferfolie aufkleben, um eine bilayer Graphenmembran zu erhalten. Das doppellagige Graphen auf Kupferfolie auf einer Kochplatte bei 100 Grad Celsius 10 Minuten lang thermisch behandeln. Entfernen Sie das PMMA auf dem doppellagigen Graphen auf der Kupferfolie in einem Acetonbad, sodass ein Graphen-, Graphen- und Kupferfolienschichtstapel übrig bleibt, gefolgt von der Übertragung in entionisiertes Wasser.Wiederholen Sie den Graphentransfer noch einmal, um drei gestapelte Schichten von Graphenmembranen zu erhalten. Legen Sie die PMMA, Graphen, Graphen, Graphen und Kupferfolie geschichtet Blatt, schwimmende Kupferseite nach unten in Kupfer etchant für 24 Stunden, um die Kupferfolie zu ätzen. Übertragen Sie die PMMA-beschichteten drei Schichten Graphenmembranen auf die vorgefertigten Aluminiumoxid- und Chromschutzschichten.Entfernen Sie nach der Übertragung des Graphens das PMMA mit Aceton. Dann tauchen Sie die Probe in entionisiertes Wasser und trocknen sie in der Luft. Das mehrschichtige Graphen auf dem Substrat auf einer Kochplatte bei 100 Grad Celsius eine Stunde lang thermisch behandeln.Spin Mantel Fotowiderstand bei 2500 U/min und backen bei 115 Grad Celsius für 60 Sekunden. UV belichten die Bereiche des Photowiderstands direkt über den quadratischen Schutzschichtbereichen mit einem Kontaktmaskenausrichter für 15 Sekunden. Dann für 60 Sekunden entwickeln.Entfernen Sie die neu entdeckten unerwünschten Graphenbereiche über eine Sauerstoffplasmabehandlung für 15 Sekunden. Entfernen Sie den übrig gebliebenen Photoresist in Aceton. Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie in der Luft.Spin Coat Photoresist bei 1700 U/min für 60 Sekunden auf den zuvor hergestellten Aluminiumoxid- und Chromschutzschichten, um eine 10 Mikrometer dicke Schicht zu erhalten. Backen Sie den Photoresist bei 115 Grad Celsius für 60 Sekunden und warten Sie dann für drei Stunden. Mit der gleichen Maske, die für die Musterung der Aluminiumoxid- und Chromschichten verwendet wird, setzt UV die Probe 80 Sekunden lang auf einem Kontaktmaskenausrichter aus und entwickelt sich 90 Sekunden lang.Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und blasen Sie mit einer Luftpistole. Führen Sie eine UV-Flut-Exposition der gesamten Probe ohne Maske für 80 Sekunden durch. Drehen Sie das vorbereitete Graphenoxid und Wassergemisch auf der Probe bei 1000 U/min für 60 Sekunden.Führen Sie die Spin-Beschichtung insgesamt dreimal durch. Tauchen Sie die Probe im Entwickler, um das Abheben von unerwünschtem Graphenoxid zu ermöglichen. Der Abhebevorgang unter dem Mikroskop wird hier gezeigt, wobei das Filmmaterial beschleunigt wird.Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie die Probe vorsichtig mit einer Luftpistole. Die Probe eine Stunde lang auf einer Kochplatte bei 100 Grad Celsius thermisch behandeln. Erstellen Sie 20 Nanometer dicke Titanmuster auf den gemusterten Graphen-basierten Membranen.Die Probe eine Stunde lang auf einer Kochplatte bei 100 Grad Celsius thermisch behandeln. Oben auf den Graphen-basierten Membranen mit Titanoberflächenmustern, Spin-Coat Photoresist bei 2500 U/min für 60 Sekunden, um eine fünf Mikrometer dicke Schicht zu bilden und bei 90 Grad Celsius für zwei Minuten zu backen. UV-exponieren sie die Proben für 20 Sekunden, backen bei 90 Grad Celsius für drei Minuten und entwickeln für 90 Sekunden.Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und Isopropylalkohol und trocknen Sie die Probe sorgfältig mit einer Luftpistole. Nachbacken der Proben bei 200 Grad Celsius für 15 Minuten, um die mechanische Steifigkeit der Rahmen zu verbessern. Um das Scharniermuster zu erstellen, drehen Sie Mantel Photoresist bei 1000 RPM für 60 Sekunden, um einen 10 Mikrometer dicken Film auf dem vorgefertigten Substrat zu bilden.Bei 115 Grad Celsius 60 Sekunden backen und drei Stunden warten. UV-expose die Probe auf einem Kontaktmaskenausrichter für 80 Sekunden und entwickeln für 90 Sekunden. Spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie die Probe vorsichtig mit einer Luftpistole.Um die 2D-Strukturen freizugeben, lösen Sie die Kupferopferschicht unter den 2D-Netzen in einem Kupfer-Etchant auf. Übertragen Sie die freigesetzten Strukturen vorsichtig in ein deionisiertes Wasserbad, indem Sie eine Pipette verwenden und ein paar Mal abspülen, um die Restkupfer-Etchant zu entfernen. Platzieren Sie die 2D-Strukturen in entionisiertem Wasser, erhitzt über dem Schmelzpunkt der Polymerscharniere.Überwachen Sie die Selbstfaltung in Echtzeit über optische Mikroskopie und entfernen Sie die Wärmequelle bei erfolgreicher Montage in geschlossene Würfel. Nach dem Selbstfalten die Aluminiumoxid- und Chromschutzschichten mit Chrom-Etchant entfernen. Die Würfel vorsichtig in ein deionisiertes Wasserbad geben und vorsichtig abspülen.Die optischen Bilder zeigen die lithographischen Prozesse der 2D-Graphen- und Graphenoxidnetzstrukturen und den anschließenden Selbstfaltungsprozess. Der Selbstfaltprozess wird in Echtzeit über ein hochauflösendes Mikroskop überwacht. Beide Arten von 3D-Graphen-basierten Würfeln werden bei etwa 80 Grad Celsius gefaltet.Die Figuren zeigen videoaufgenommene Sequenzen, die die Selbstfaltung von 3D-Graphen-basierten Würfeln parallel zeigen. Bei einem optimierten Prozess weist dieser Ansatz eine höchste Ausbeute von rund 90 Prozent auf. Die Abbildungen zeigen optische Bilder der 3D-montierten Graphen- und Graphenoxid-basierten Würfel mit und ohne Oberflächenmuster.Die Gesamtgröße der selbstgefalteten Würfel ist 200 Mikrometer breit und 200 Mikrometer lang und 200 Mikrometer hoch. 20 Nanometer dicke Titan-gemusterte Merkmale und UMN-Schriftzüge sind auf jeder Fläche der 3D-Graphen-basierten Würfel definiert. Die Zahlen umfassen die Raman-Spektroskopie von 2D-Graphen-basierten Netzen und 3D-Graphen-basierten Würfeln.Die Ergebnisse zeigen keine spürbaren Veränderungen der Raman-Spitzenposition und -Intensität sowohl für Graphen- als auch für Graphenoxidmembranen nach der Selbstfaltung. Wenn jedoch keine Schutzschichten verwendet werden, wurden spürbare Veränderungen der relativen Spitzenintensitäten beobachtet, die auf Veränderungen oder Schäden an den Eigenschaften des Graphens während der Selbstfaltung hindeuten. Diese Methode ermöglicht die Entwicklung biomedizinischer, elektronischer und optischer Geräte, einschließlich Sensoren und Stromkreisen, unter Nutzung der zahlreichen Vorteile von 3D-Konfigurationen.Da das Verfahren ein frühes Bild nur für Graphen-basierte Materialien verwendet, kann dieses Verfahren auf andere zweidimensionale Materialien wie Tren-ja-men-a a ai chai-hus Messer und schwarze Pässe angewendet werden, wodurch diese Möglichkeit bei der Entwicklung von 3D-Konfigurationen der nächsten Generation von 2D-Materialien genutzt werden kann.

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

High-Auflösung, High-Speed-, Three-dimensional Imaging mit Digital-Video-Streifenprojektionstechnik

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Forschung

Ingenieurwesen

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

Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Mikrostrukturen mit Verdampfung eines Opferbauteil

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

Herstellung von räumlich getrennter komplexe Oxide

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

Herstellung von uniformen Nanoschuppen-Cavities über 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

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

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

Strukturierung via Optical Saturable Transitions - Herstellung und Charakterisierung

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

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Atomar Traceable Nanostrukturen

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

Mit Synchrotronstrahlung Mikrotomographie Mehrskalige Dreidimensionale Mikroelektronische Bauteile zur Untersuchung

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

Dreidimensionale Particle Tracking Velocimetry für Turbulence Anwendungen: Fall eines Jet Fluss

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

Dreidimensionale Ultraschall Nadel Tipp Tracking mit einem Glasfaser-Ultraschall-Empfänger

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