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

Questo materiale si basa su lavori sostenuta mediante un fondo iniziale presso l'Università del Minnesota, città gemellate e un premio alla carriera di NSF (CMMI-1454293). Parti di questo lavoro sono state effettuate nella struttura caratterizzazione presso l'Università del Minnesota, un membro della rete di strutture di ricerca finanziato dal NSF materiali (tramite il programma MRSEC. Parti di questo lavoro sono state condotte nel centro di Nano del Minnesota, che è sostenuto dalla National Science Foundation attraverso il National Nano coordinato infrastruttura rete (NNCI) sotto Premio numero ECCS-1542202. C. D. riconosce sostegno da 3 M scienza e tecnologia Fellowship.

Attenzione: Molte delle sostanze chimiche utilizzate in queste sintesi sono tossici e possono causare irritazione e danno d'organo grave quando toccato o inalato. Si prega di utilizzare adeguate dotazioni di sicurezza e indossare indumenti protettivi quando si maneggia le sostanze chimiche.
1. preparazione di ossido di alluminio e cromo tra gli strati di protezione su uno strato di rame sacrificale
<ol><li>Utilizzando un evaporatore a fascio di elettroni, depositare 10 nm spessore cromo (Cr)...

<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>

Per i cubi fabbricati con CVD grafene, perché ogni faccia di un cubo dato è stato progettato con un telaio esterno che circonda un'area di2 ~ 160 × 160 µm di grafene autoportante, un singolo foglio di grafene monostrato non ha la forza necessaria per consentire elaborazione parallela dei cubi. Per questo motivo, grafene membrane che consiste di tre strati di monostrato di grafene CVD fogli sono prodotte tramite tre trasferimenti separati grafene utilizzando più passaggi di rivestimento/rimozione ...

Fogli di grafene (2D) bidimensionali possiedono straordinarie proprietà ottiche, elettroniche e meccaniche, che li rende di sistemi per l'osservazione di fenomeni quantistici romanzo per generazione elettronica, optoelettronica, elettrochimica, modello applicazioni elettromeccaniche e biomedica1,2,3,4,5,6. A parte come prodotto 2D struttura stratificata del grafene, recentemente, vari approcci di modifica sono stati studiati per osservare nuove funzionalità del grafene e cercare nuove opportunità di applicazione. Ad esempio, modulante (o tuning) le sue proprietà fisiche (cioè, anti-doping livello e/o band gap) di sartoria le forme o patterning di 2D della struttura a un unidimensionale (1D) o zero-dimensionali (0d) struttura (ad es., grafene nanonastro o grafene punti quantici) è stato studiato per ottenere nuovi fenomeni fisici, tra cui effetti di confinamento quantistico, modalità plasmoniche localizzata, distribuzione localizzata dell'elettrone e polarizzata in spin bordo stati7,8 ,9,10,11,12. Inoltre, variando la texture del grafene 2D sgualcendo (spesso chiamato kirigami), delaminazione, instabilità, torsione, o sovrapposizione di strati multipli, o modificando la forma superficiale di grafene trasferendo 2D grafene su una funzionalità 3D (substrato) è stata indicato per cambiare il grafene bagnabilità, caratteristiche meccaniche e proprietà ottiche13,14.
Di là di cambiare la morfologia superficiale e la struttura a strati di grafene 2D, assemblaggio di grafene 2D in funzionalizzati, ben definiti, tridimensionale (3D) poliedri è stato di grande interesse recente nella comunità di grafene per ottenere nuova fisica e fenomeni chimici15. In teoria, l'elastico, elettrostatica e van der Waals energie di strutture 2D basate su grafene possono essere sfruttate per trasformare il grafene 2D in vari grafene-origami 3D configurazioni16,17. Basato su questo concetto, il modellizzazione teorica studi hanno studiato il graphene 3D disegni di struttura, formate da membrane di grafene 2D su scala nanometrica, con possibili utilizzi nella somministrazione di farmaci e archiviazione molecolare generale16,17. Eppure, i progressi sperimentali di questo approccio sono ancora lontana dal realizzare queste applicazioni. D'altra parte, un numero di metodi chimici sintetici è stato sviluppato per ottenere strutture 3D via assistita modello montaggio, flusso diretto, lievitazione assembly e crescita conformal metodi18,19 , 20 , 21 , 22. Tuttavia, questi metodi sono attualmente limitati in quanto non possono produrre una struttura 3D, cava, chiusa senza perdere le proprietà intrinseche di fogli di grafene.
Qui, si delinea una strategia per la costruzione di microcubes 3D, cava, basati sul grafene (dimensione generale di ~ 200 µm) utilizzando come origami auto-pieghevole; superare le sfide più importanti nella costruzione di materiali autoportante, vuoti, 3D, poliedrici, basati sul grafene. Nelle tecniche di auto-pieghevole come origami, mani libere, 2D litograficamente planare feature (cioè, basati sul grafene membrane) sono collegati con le cerniere (cioè, termo-sensibili polimero, photoresist) alle varie articolazioni, quindi 2D di formando reti che ripiegare quando le cerniere sono riscaldate a temperatura23,24,25,26di fusione. I cubi basati sul grafene sono realizzati con componenti di membrana finestra composti da pochi strati di deposizione chimica da vapore (CVD) coltivate grafene o membrane di grafene ossido (GO); entrambi con l'uso di polimeri telai e cerniere. La fabbricazione dei cubi 3D basati sul grafene comporta: (i) preparazione del trasferimento (ii) il grafene-membrana e patterning, strati di protezione, (iii) metallo superficie patterning il grafene-membrane, (iv) telaio e cerniere patterning e deposizione, (v). Self-pieghevole e (vi) rimozione degli strati di protezione (Figura 1). Questo articolo si concentra principalmente sugli aspetti self-pieghevoli di fabbricazione cubi 3D basati sul grafene. Dettagli sulle proprietà fisiche e ottiche dei cubi 3D basati sul grafene si trovano nel nostro altre recenti pubblicazioni27,28.

<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'assembly di bidimensionale (2D) grafene in tridimensionale (3D) strutture poliedriche, mantenendo eccellenti proprietà intrinseche di grafene è stato di grande interesse per lo sviluppo di applicazioni per dispositivi romanzo. Qui, fabbricazione di 3D, Microscala, cava poliedri (cubi) costituito da alcuni strati di grafene 2D o grafene ossido fogli tramite un processo di auto-piegatura origami-come è descritto. Questo metodo prevede l'uso di fotogrammi polimero e cerniere e strati di protezione di ossido di alluminio/cromo che riducono la resistenza alla trazione, spaziale e sollecitazioni di tensione superficiale sulle membrane basati sul grafene quando le reti 2D si trasformano in cubi 3D. Il processo offre controllo della dimensione e la forma delle strutture, nonché di produzione parallela. Inoltre, questo approccio consente la creazione di modifiche superficiali di metallo patterning su ogni faccia dei cubi 3D. Gli studi di spettroscopia Raman mostrano che il metodo permette la conservazione delle proprietà intrinseche delle membrane basati sul grafene, dimostrando la robustezza del nostro metodo.

Figura 2 Visualizza immagini ottiche dei processi litografici del grafene 2D e GO net interne e successivo processo di auto-pieghevole. Il processo di auto-pieghevole è monitorato in tempo reale tramite un microscopio ad alta risoluzione. Entrambi i tipi di cubi 3D basati sul grafene sono piegati a ~ 80 ° C. Figura 3 definisce sequenze catturate video mostrando la self-piegatura di cubi 3D basati sul grafene in modo pa...

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

Fabbricazione di poliedri tridimensionali basati sul grafene via come Origami auto-pieghevole

Qui, presentiamo un protocollo per la fabbricazione di 3D basati sul grafene poliedri via come origami auto-pieghevole.

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

Questo protocollo utilizza metodi autopiedi simili a origami per creare poliedri basati sul grafene 3D. I fogli bidimensionali di grafene possiedono straordinarie proprietà ottiche, elettroniche e meccaniche. Adattando la forma del grafene bidimensionale, è possibile ottimizzarne le proprietà fisiche, chimiche e ottiche, che possono introdurre nuovi comportamenti materiali, consentendo nuove opportunità di applicazione.A questo proposito, l'integrazione del grafene 2D nelle strutture di poliedri tridimensionali funzionalizzati, ben definiti è stata di grande interesse negli ultimi tempi nella comunità del grafene. I poliedri di grafene 3D possono essere utili per molte applicazioni. Esempi includono contenitori protetti da gas e acqua, stoccaggio molecolare, sistemi di consegna, incapsulamento di materiali a base liquida, per una facile osservazione in microscopia elettronica, dispositivi optoelettronici funzionali e materiali materiali.Sono state introdotte diverse vie chimiche per la produzione di strutture a base di grafene 3D. Tuttavia, questi metodi richiedono tipicamente forti reazioni chimiche, che influenzano le proprietà intrinseche del grafene e presentano sfide nella costruzione di poliedri di grafene 3D liberi, cavi. Per superare questi limiti, questo studio mostra una metodologia per realizzare microcubi 3D multi-faccia con grafene 2D e ossido di grafene utilizzando auto-folding simile agli origami.Per contribuire a dare contesto al processo di fabbricazione complessivo dei cubi basati sul grafene 3D, verrà ora introdotta una panoramica semplificata in sei passaggi prima del protocollo dettagliato. In primo luogo, preparare i livelli di protezione. Quindi, eseguire il trasferimento grafene-membrana nella creazione di modelli sugli strati di protezione.Quindi, creare una serie di superfici metalliche sulle membrane di grafene. Successivamente, definire i telai e le cerniere in polimero. Quindi, trasforma le reti 2D in cubi 3D tramite auto-piegatura.Infine, rimuovere i livelli di protezione. Utilizzando un evaporatore a fascio di elettroni, depositare 10 strati di cromo dello spessore di 10 nanometri e strati di rame spessi 300 nanometri sul substrato di silicio. Fotoresist spin coat a 2500 giri/min seguito da cottura a 115 gradi Celsius per 60 secondi.Esporre le aree di rete 2D progettate alla luce UV su un allineatore di maschere di contatto per 15 secondi e quindi svilupparlo per 60 secondi nello sviluppatore. Risciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugare con una pistola ad aria compressa. Deposita uno strato di cromo spesso 10 nanometri e solleva il fotoresist rimanente in acetone.Risciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugare con una pistola ad aria compressa. Per modellare reti 2D con ossido di alluminio a sei quadrati e strati di protezione del cromo sulle reti, spin coat fotoresist a 2.500 giri/min seguito da cottura a 115 gradi Celsius per 60 secondi. Esponi i livelli di protezione a sei quadrati progettati alla luce UV su un allineatore di maschere di contatto per 15 secondi e sviluppalo per 60 secondi nello sviluppatore.Risciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugare con una pistola ad aria compressa. Deposita uno strato di ossido di alluminio spesso 100 nanometri in uno strato di cromo spesso 10 nanometri. Rimuovere il fotoresist rimanente in acetone.Risciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugare con una pistola ad aria compressa. A partire dal pezzo quadrato di grafene di 15 millimetri aderito su un foglio di rame, girare rivestire un sottile strato di PMMA a 3000 giri/min sulla superficie del grafene. Cuocere a 180 gradi Celsius per 10 minuti.Posizionare il grafene PMMA in lamiera stratificata in rame, galleggiante lato rame verso il basso in incisione di rame per 24 ore per incidere via la lamina di rame. Dopo che il foglio di rame è stato completamente sciolto, lasciando il PMMA in grafene, trasferire il grafene galleggiante rivestito di PMMA sulla superficie di una pozza di acqua deionizzata utilizzando un vetro scorrevole al microscopio per rimuovere eventuali residui di incisione di rame. Ripetere più volte il trasferimento del grafene rivestito di PMMA su nuove pozze d'acqua deionizzate per risciacquare adeguatamente.Trasferire il grafene galleggiante rivestito di PMMA su un altro pezzo di grafene aderto su un foglio di rame per ottenere una membrana di grafene bistrato. Trattare termicamente il grafene a doppio strato su un foglio di rame su una piastra calda a 100 gradi Celsius per 10 minuti. Rimuovere il PMMA sopra il grafene a doppio strato sulla lamina di rame in un bagno di acetone, lasciando una pila di strati di grafene, grafene e foglio di rame, seguita dal trasferimento in acqua deionizzata.Ripetere il trasferimento del grafene ancora una volta per ottenere tre strati impilati di membrane di grafene. Posizionare il foglio stratificato di PMMA, grafene, grafene, grafene e rame, lato rame galleggiante verso il basso in incisione di rame per 24 ore per incidere via la lamina di rame. Trasferire i tre strati di membrane di grafene rivestiti in PMMA sugli strati prefabbrico di ossido di alluminio e protezione del cromo.Dopo il trasferimento del grafene, rimuovere il PMMA con acetone. Quindi, immergere il campione in acqua deionizzata e asciugare nell'aria. Trattare termicamente il grafene multistrato sul substrato su una piastra calda a 100 gradi Celsius per un'ora.Girare il fotoresist a 2500 giri/min e cuocere a 115 gradi Celsius per 60 secondi. I raggi UV espongono le regioni del fotoresist direttamente sopra le aree del livello di protezione quadrata utilizzando un allineatore di maschere di contatto per 15 secondi. Quindi sviluppare per 60 secondi.Rimuovere le aree di grafene indesiderate appena scoperte tramite un trattamento al plasma di ossigeno per 15 secondi. Rimuovere il fotoresist rimasto in acetone. Risciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugare all'aria.Fotoresist spin coat a 1700 giri/min per 60 secondi sopra gli strati di protezione dall'ossido di alluminio e dal cromo precedentemente fabbricati per ottenere uno strato spesso 10 micrometri. Cuocere il fotoresist a 115 gradi Celsius per 60 secondi e quindi attendere tre ore. Con la stessa maschera utilizzata per modellare gli strati di ossido di alluminio e cromo, i raggi UV espongono il campione su un allineatore di maschere di contatto per 80 secondi e si sviluppano per 90 secondi.Risciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugare con una pistola ad aria compressa. Eseguire un'esposizione alluvione UV dell'intero campione senza maschera per 80 secondi. Spin rivestire la miscela preparata di ossido di grafene e acqua sul campione a 1000 giri/min per 60 secondi.Eseguire il rivestimento di rotazione per un totale di tre volte. Immergere il campione nello sviluppatore per consentire il decollo dell'ossido di grafene indesiderato. Il processo di decollo al microscopio viene mostrato qui con il metraggio accelerato.Risciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugare accuratamente il campione con una pistola ad aria compressa. Trattare termicamente il campione su una piastra calda a 100 gradi Celsius per un'ora. Crea modelli di titanio spessi 20 nanometri sopra le membrane a base di grafene modellate.Trattare termicamente il campione su una piastra calda a 100 gradi Celsius per un'ora. Oltre alle membrane a base di grafene con motivi superficiali in titanio, spin coat photoresist a 2500 giri/min per 60 secondi per formare uno strato spesso cinque micrometri e cuocere a 90 gradi Celsius per due minuti. Esporre i campioni ai raggi UV per 20 secondi, cuocere a 90 gradi Celsius per tre minuti e svilupparlo per 90 secondi.Risciacquare il campione con acqua deionizzata e alcol isopropile e asciugare accuratamente il campione con una pistola ad aria compressa. Post-cuocere i campioni a 200 gradi Celsius per 15 minuti per migliorare la rigidità meccanica dei telai. Per realizzare il motivo della cerniera, ruotare il fotoresist a 1000 giri/min per 60 secondi per formare un film spesso 10 micrometri sopra il substrato prefabbricato.Cuocere a 115 gradi Celsius per 60 secondi e attendere tre ore. Esporre il campione ai raggi UV su un allineatore di maschere di contatto per 80 secondi e svilupparlo per 90 secondi. Risciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugare accuratamente il campione con una pistola ad aria compressa.Per rilasciare le strutture 2D, sciogliere lo strato sacrificale di rame sotto le reti 2D in un incisione di rame. Trasferire con cura le strutture rilasciate in un bagno d'acqua deionizzato utilizzando una pipetta e risciacquare alcune volte per rimuovere l'incisione residua di rame. Posizionare le strutture 2D in acqua deionizzata, riscaldata sopra il punto di fusione delle cerniere polimeriche.Monitorare l'autopiegamento in tempo reale tramite microscopia ottica e rimuovere dalla fonte di calore dopo un assemblaggio riuscito in cubi chiusi. Dopo l'autopiegamento, rimuovere gli strati di ossido di alluminio e protezione del cromo con incisione al cromo. Trasferire delicatamente i cubetti in un bagno d'acqua deionizzato e risciacquare con cura.Le immagini ottiche mostrano i processi litografici delle strutture a rete di grafene e ossido di grafene 2D e il successivo processo di auto-piegatura. Il processo di autopiegamento viene monitorato in tempo reale tramite un microscopio ad alta risoluzione. Entrambi i tipi di cubi a base di grafene 3D sono piegati a circa 80 gradi Celsius.Le figure stabiliscono sequenze catturate da video che mostrano l'autopiegamento dei cubi basati sul grafene 3D in modo parallelo. In un processo ottimizzato, questo approccio mostra una resa più elevata di circa il 90%. Le figure mostrano immagini ottiche dei cubi assemblati in 3D a base di grafene e ossido di grafene con e senza motivi superficiali.La dimensione complessiva dei cubi autopiegati è larga 200 micrometri per 200 micrometri di lunghezza per 200 micrometri di altezza. Su ogni faccia dei cubi a base di grafene 3D vengono definite caratteristiche a motivi di titanio spesse 20 nanometri e scritte UMN. Le figure includono la spettroscopia Raman di reti basate sul grafene 2D e cubi a base di grafene 3D.I risultati non mostrano cambiamenti evidenti nella posizione di picco e nell'intensità di Raman sia per le membrane di ossido di grafene che di grafene dopo l'auto-piegatura. Tuttavia, quando gli strati di protezione non vengono utilizzati, sono stati osservati cambiamenti evidenti nelle intensità di picco relative, indicando cambiamenti o danni alle proprietà del grafene durante l'autopiegamento. Questo metodo consente lo sviluppo di dispositivi biomedici, elettronici e ottici, inclusi sensori e circuiti elettrici utilizzando i numerosi vantaggi delle configurazioni 3D.Inoltre, poiché il processo utilizza un'immagine precoce solo per materiali a base di grafene, questo metodo può essere applicato ad altro materiale bidimensionale, come coltelli tren-ja-men-a ai chai-hus e passaporti neri, consentendo così di utilizzare questa opportunità nello sviluppo di configurazioni 3D di nuova generazione di materiali 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 ...

Ricerca

Ingegneria

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

Processo di creazione di microstrutture tridimensionali mediante vaporizzazione di un componente sacrificale

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

Fabbricazione di ossidi complessi spazialmente confinati

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

Fabbricazione di cavità uniformi su nanoscala tramite 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

Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

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 via ottici saturabili Transitions - fabbricazione e la caratterizzazione

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

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Atomicamente tracciabile nanostrutture

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

L&#39;utilizzo delle radiazioni al sincrotrone microtomografia a indagare multi-scala Pacchetti microelettronici tridimensionali

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

Tridimensionale Velocimetry monitoraggio di particelle per applicazioni Turbulence: caso di flusso 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

Tracking con un ricevitore di ultrasuono in fibra ottica a punta d'ago ad ultrasuoni tridimensionale

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