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

Dette materialet er basert på arbeid støttes av en oppstart fond ved University of Minnesota, Twin Cities og en NSF CAREER Award (CMMI-1454293). Deler av dette arbeidet ble utført i karakterisering anlegget ved University of Minnesota, medlem av NSF-finansierte materialer forskning fasiliteter nettverket (via MRSEC programmet. Deler av dette arbeidet ble utført i Minnesota Nano sentrum, som er støttet av National Science Foundation gjennom det nasjonale Nano koordinert infrastruktur nettverk (NNCI) under prisen nummer ECCS-1542202. C. D. anerkjenner støtte fra 3 M vitenskap og teknologi fellesskap.

FORSIKTIG: Flere av kjemikaliene som brukes i disse synteser er giftig og kan forårsake irritasjon og alvorlig orgel skade når rørt eller inhalert. Vennligst bruk riktig sikkerhetsutstyr og bruk personlig verneutstyr ved håndtering av kjemikaliene.
1. forberedelse av aluminiumoksid og krom beskyttelse lag på en kobber oppofrende lag
<ol><li>Bruker en elektronstråle fordamperen, innskudd 10 nm tykk krom (Cr) og 300 nm tykke kobber (Cu) lag (oppofrende layer) på silikon (Si) underlaget ...

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

For kubene fremstille med CVD Grafén, fordi hver ansikt en angitt kube er designet med en ytre ramme rundt et ~ 160 × 160 µm2 område i stående Grafén, ett stykke monolayer Grafén har ikke nødvendig styrke til å tillate parallell behandling av kuber. Derfor produsert Grafén membraner som består av tre lag av CVD Grafén monolayer ark er via tre separate Grafén overføringer med flere PMMA belegg/fjerning trinn. På den annen side, gå membran forberedelse, bruker vi gå enkeltark i vann, he...

Todimensjonal (2D) Grafén ark har ekstraordinære optisk, elektroniske og mekaniske egenskaper, gjør dem model systemer for observasjon av romanen quantum fenomener for neste generasjons elektronisk, Optoelektronisk, elektrokjemiske, Elektromekanisk biomedical programmer1,2,3,4,5,6. Bortsett fra som produserte 2D lagdelt oppbygning Grafén, nylig er ulike endring tilnærminger gransket for å observere nye funksjonaliteten av Grafén og søker nye programmet muligheter. For eksempel modulerende (eller tuning) fysiske egenskapene (dvs. doping nivå og/eller band gap) ved å skreddersy figurene eller mønstre til 2D struktur til en endimensjonal (1 D) eller null-dimensjonale (0 D) struktur (f.eks., Grafén nanoribbon eller Grafén kvante prikker) har blitt studert for å få nye fysiske fenomener inkludert quantum confinement effekter, lokalisert plasmonic moduser, lokaliserte elektron distribusjon og spinn-polarisert kanten stater7,8 ,9,10,11,12. I tillegg varierer teksturen i 2D Grafén ved crumpling (ofte kalt kirigami), delaminering, knekking, vri, eller stabling av flere lag eller endre Grafén overflaten figuren ved å overføre 2D Grafén på en 3D-funksjonen (substrat) har vært vist seg for å endre Grafén wettability, mekaniske karakteristikker og optiske egenskaper13,14.
Utover endre overflaten morfologi og lagdelt oppbygning 2D Grafén, montering av 2D Grafén i functionalized, veldefinerte, tredimensjonale (3D) polyhedrons har vært av stor interesse nylig i Grafén samfunnet å få nye fysiske og kjemisk fenomener15. I teorien, elastisk, elektrostatiske, og van der Waals kan energier av 2D Grafén-baserte strukturer utnyttes for å transformere den 2D Grafén til ulike 3D Grafén-origami konfigurasjoner16,17. Basert på dette konseptet, har teoretisk modellering studier undersøkt 3D Grafén struktur design, dannet fra nanoskala 2D Grafén membraner, med mulige bruksområder i narkotika-leveranser og generell molekylær lagring16,17. Likevel, eksperimentelle fremdriften av denne tilnærmingen er fortsatt langt fra realisere disse programmene. På den annen side, har en rekke kjemiske syntetiske metoder blitt utviklet for å oppnå 3D strukturer via mal-assistert montering, flyt-rettet montering, leavening montering og conformal vekst metoder18,19 , 20 , 21 , 22. men metodene er for tiden begrenset i at de ikke kan produsere en 3D, hul, lukket struktur uten å miste de iboende egenskapene Grafén ark.
Her markeres en strategi for å bygge 3D, hul, Grafén-baserte microcubes (samlet størrelse på ~ 200 µm) ved hjelp av origami-lignende selv folding; overvinne fremste utfordringene i bygging av frittstående, hul, 3D, polyhedral, Grafén-baserte materialer. I origami-lignende, håndfri selv folding teknikker, er 2D lithographically mønstrede planar funksjoner (dvs. Grafén-baserte membraner) forbundet med hengslene (dvs., termisk-sensitive polymer, photoresist) i ulike ledd, og dermed danner 2D garn som Brett opp når hengslene er oppvarmet til smelting temperatur23,24,25,26. Grafén-baserte kuber er realisert med vinduet membran komponenter består av mange lag kjemiske damp program (CVD) vokst Grafén eller Grafén oksid (gå) membraner; både med bruk av polymer rammer og hengsler. Fabrikasjon av 3D Grafén-baserte kubene innebærer: (i) utarbeidelse av beskyttelse lag, (ii) Grafén-membran overføring og mønstre, (iii) metalloverflate mønstre på Grafén-membraner, (iv) ramme og hengsler mønstre og deponering, (v). selv folding, og (vi) fjerning av beskyttelse lag (figur 1). Denne artikkelen fokuserer hovedsakelig på de selv sammenleggbare aspektene av 3D Grafén-baserte kuber fabrikasjon. Informasjon om fysiske og optiske egenskaper 3D Grafén-baserte kuber kan finnes i våre andre siste publikasjoner27,28.

<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

Montering av todimensjonal (2D) Grafén i tredimensjonale (3D) polyhedral strukturer samtidig bevare den Grafén utmerkede iboende egenskaper er av stor interesse for utvikling av ny enhet søknader. Her, hul fabrikasjon av 3D, Mikroskala, polyhedrons (kuber) som består av mange lag med 2D Grafén eller Grafén oksid ark via en origami-lignende selv folding fremgangsmåten beskrives. Denne metoden innebærer bruk av polymer rammer og hengsler, aluminiumoksid/krom beskyttelse lag som reduserer strekk, romlige og overflatespenning påkjenninger på Grafén-baserte membraner når 2D garn er forvandlet til 3D-kuber. Prosessen gir kontroll over størrelsen og formen på den strukturer samt parallell produksjon. I tillegg kan denne etableringen av overflaten modifikasjoner av metall mønstre på hver ansikt 3D-kuber. Raman spektroskopi studier viser den tillater bevaring av iboende egenskaper for Grafén-basert membraner, demonstrere robustheten av vår metode.

Figur 2 viser optisk bilder av litografiske prosessene av 2D Grafén og gå netto strukturer og etterfølgende selv folding prosessen. Selv folding prosessen overvåkes i sanntid via et høyoppløselig mikroskop. Begge typer 3D Grafén-baserte kuber brettes på ~ 80 ° C. Figur 3 legger ut fanget videosekvenser viser selv folding av 3D Grafén-baserte kuber på en parallell måte. Under en optimalisert prosess viser denn...

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

Fabrikasjon av tredimensjonale Grafén-baserte Polyhedrons via Origami-lignende selv Folding

Her presenterer vi en protokoll for fabrikasjon av 3D Grafén-baserte polyhedrons via origami-lignende selv folding.

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

Denne protokollen bruker origami-lignende selvfoldende metoder for å lage 3D grafenbaserte polyhedroner. Todimensjonale grafenark har ekstraordinære optiske, elektroniske og mekaniske egenskaper. Ved å skreddersy formen på todimensjonal grafen, kan dens fysiske, kjemiske og optiske egenskaper justeres, noe som kan introdusere nye materialatferd, slik at nye applikasjonsmuligheter.I denne forbindelse har integrering av 2D-grafen i strukturene til funksjonaliserte, veldefinerte, tredimensjonale polyhedroner vært av stor interesse nylig i grafensamfunnet. 3D grafen polyhedroner kan være gunstig for mange applikasjoner. Eksempler er gass- og vannbeskyttede beholdere, molekylær lagring, leveringssystemer, innkapsling av væskebaserte materialer, for lett observasjon i elektronmikroskopi, funksjonelle optoelektroniske enheter og materiematerialer.En rekke kjemiske ruter for produksjon av 3D grafenbaserte strukturer er innført. Imidlertid krever disse metodene vanligvis sterke kjemiske reaksjoner, noe som påvirker de indre egenskapene til grafen og presenterer utfordringer i konstruksjonen av frittstående, hule, 3D grafenpolyhedroner. For å overvinne disse begrensningene viser denne studien en metodikk for å realisere multi-faced 3D mikrocubes med 2D grafen og grafenoksid ved hjelp av origami-lignende selvfolding.For å bidra til å gi kontekst til den generelle fabrikasjonsprosessen til de 3D-grafenbaserte kuber, vil det nå bli innført en forenklet sekstrinns oversikt før den detaljerte protokollen. Først forberede beskyttelseslagene. Deretter utfører du grafenmembranoverføring i mønster på beskyttelseslagene.Deretter skaper du metalloverflatemønster på grafenmembranene. Deretter definerer du polymerrammer og hengsler. Deretter forvandler du 2D-nettene til 3D-kuber via selvfoldende.Til slutt fjerner du beskyttelseslagene. Ved hjelp av en elektronstråle fordamper, avsetning 10 nanometer-tykk krom og 300 nanometer-tykk kobber lag på silisium substrat. Spin coat photoresist ved 2500 RPM etterfulgt av baking ved 115 grader Celsius i 60 sekunder.Utsett de designede 2D-nettområdene for UV-lys på en kontaktmaskejuster i 15 sekunder, og utvikle deretter i 60 sekunder i utvikleren. Skyll prøven med deionisert vann og fø med en luftpistol. Deponer et 10 nanometer tykt kromlag og løft av de gjenværende fotoresisten i aceton.Skyll prøven med deionisert vann og fø med en luftpistol. For å mønstre 2D-nett med seks kvadratisk aluminiumoksid og krombeskyttelseslag på garnene, spin coat photoresist på 2, 500 RPM etterfulgt av baking på 115 grader Celsius i 60 sekunder. Utsett de utformede seks kvadratbeskyttelseslagene for UV-lys på en kontaktmaskejuster i 15 sekunder og utvikle i 60 sekunder i utvikleren.Skyll prøven med deionisert vann og fø med en luftpistol. Deponer et 100 nanometer tykt aluminiumoksidlag i et 10 nanometer tykt kromlag. Fjern den gjenværende fotoresisten i aceton.Skyll prøven med deionisert vann og fø med en luftpistol. Fra og med 15 millimeter kvadratisk stykke grafen festet på kobberfolie, spinn coat et tynt PMMA lag på 3000 RPM på overflaten av grafen. Stekes ved 180 grader Celsius i 10 minutter.Plasser PMMA-grafenen i kobberfolie-lagdelt ark, flytende kobber-side ned i kobber etchant i 24 timer for å etse bort kobberfolie. Etter at kobberfolie er fullstendig oppløst, slik at PMMA i grafen, overføre den flytende PMMA-belagte grafen på overflaten av et basseng av deionisert vann ved hjelp av et mikroskop lysbilde glass for å fjerne noen kobber etchant rester. Gjenta overføringen av den PMMA-belagte grafenen på nye deioniserte vannbassenger flere ganger for å skylle tilstrekkelig.Overfør den flytende PMMA-belagte grafenen til et annet stykke grafen festet på kobberfolie for å oppnå en bilayer grafenmembran. Behandle grafen med to lag på kobberfolie på en kokeplate ved 100 grader Celsius i 10 minutter. Fjern PMMA på toppen av tolagsgrafen på kobberfolie i et acetonbad, og la en grafen, grafen og kobberfolielagsstabel, etterfulgt av overføring til deionisert vann.Gjenta grafenoverføringen en gang til for å få tre stablede lag med grafenmembraner. Plasser PMMA, grafen, grafen, grafen og kobberfolie lagdelt ark, flytende kobber side ned i kobber etchant i 24 timer for å etse bort kobberfolie. Overfør PMMA-belagte tre lag grafenmembraner på de prefabrikkerte aluminiumoksid- og krombeskyttelseslagene.Etter overføring av grafen, fjern PMMA med aceton. Deretter dypper du prøven i avionisert vann og tørker i luft. Behandle grafen med flere lag på substratet på en kokeplate ved 100 grader Celsius i en time.Spin coat photoresist ved 2500 RPM og bake ved 115 grader Celsius i 60 sekunder. UV eksponerer områdene av fotoresisten rett over de firkantede beskyttelseslagområdene ved hjelp av en kontaktmaskejuster i 15 sekunder. Deretter utvikles i 60 sekunder.Fjern de nylig avdekkede uønskede grafenområdene via en oksygenplasmabehandling i 15 sekunder. Fjern restene photoresist i aceton. Skyll prøven med deionisert vann og tørk i luft.Spin coat photoresist ved 1700 RPM i 60 sekunder på toppen av det tidligere fabrikkerte aluminiumoksid- og krombeskyttelseslagene for å oppnå et 10 mikrometer tykt lag. Bake fotoresisten ved 115 grader Celsius i 60 sekunder og vent deretter i tre timer. Med samme maske som brukes til å mønstre aluminiumoksid og kromlag, UV utsette prøven på en kontaktmaske aligner i 80 sekunder og utvikle i 90 sekunder.Skyll prøven med deionisert vann og fø med en luftpistol. Utfør en UV-flomeksponering av hele prøven uten maske i 80 sekunder. Spinn coat forberedt grafenoksid og vannblanding på prøven ved 1000 RPM i 60 sekunder.Utfør spin belegget totalt tre ganger. Dypp prøven i utvikleren for å tillate oppskytning av uønsket grafenoksid. Oppskytningsprosessen under et mikroskop vises her med opptakene akselerert.Skyll prøven med deionisert vann og tørk forsiktig prøven forsiktig med en luftpistol. Behandle prøven termisk på en kokeplate ved 100 grader Celsius i en time. Lag 20 nanometer tykke titanmønstre på toppen av de mønstrede grafenbaserte membranene.Behandle prøven termisk på en kokeplate ved 100 grader Celsius i en time. På toppen av grafenbaserte membraner med titanoverflatemønstre, spin coat photoresist ved 2500 RPM i 60 sekunder for å danne et fem mikrometer-tykt lag og bake ved 90 grader Celsius i to minutter. UV-eksponere prøvene i 20 sekunder, bake ved 90 grader Celsius i tre minutter, og utvikle i 90 sekunder.Skyll prøven med deionisert vann og isopropylalkohol, og tørk forsiktig prøven med en luftpistol. Etter bake prøvene på 200 grader Celsius i 15 minutter for å forbedre den mekaniske stivheten av rammer. For å gjøre hengselmønsteret, spin coat photoresist ved 1000 RPM i 60 sekunder for å danne en 10 mikrometer-tykk film på toppen av prefabrikkerte substrat.Stekes ved 115 grader Celsius i 60 sekunder og vent i tre timer. UV-eksponer prøven på en kontaktmaskejuster i 80 sekunder og utvikle i 90 sekunder. Skyll prøven med deionisert vann og tørk forsiktig prøven forsiktig med en luftpistol.For å frigjøre 2D-strukturene, oppløs kobbers offerlaget under 2D-nettene i en kobberetchant. Overfør forsiktig de frigjorte strukturene til et deionisert vannbad ved hjelp av en pipette og skyll noen ganger for å fjerne den gjenværende kobberetchant. Plasser 2D-strukturene i avionisert vann, oppvarmet over smeltepunktet til polymerhengslene.Overvåk selvfoldingen i sanntid via optisk mikroskopi og fjern fra varmekilden ved vellykket montering i lukkede kuber. Etter selvfolding, fjern aluminiumoksid og krombeskyttelseslag med krometchant. Overfør terningene forsiktig til et deionisert vannbad og skyll forsiktig.De optiske bildene viser de litografiske prosessene til 2D grafen og grafenoksidnettstrukturer og den påfølgende selvfoldende prosessen. Selvfoldende prosess overvåkes i sanntid via et høyoppløselig mikroskop. Begge typer 3D grafenbaserte kuber brettes på ca 80 grader Celsius.Tallene legger ut videofangede sekvenser som viser selvfolding av 3D grafenbaserte kuber på en parallell måte. Under en optimalisert prosess viser denne tilnærmingen en høyeste avkastning på ca. 90 prosent. Tallene viser optiske bilder av 3D-montert grafen og grafenoksidbaserte kuber med og uten overflatemønstre.Den totale størrelsen på de selvfoldede kuber er 200 mikrometer bredt med 200 mikrometer lang med 200 mikrometer høy. 20 nanometer tykke titanmønstrede funksjoner og UMN-bokstaver er definert på hvert ansikt av de 3D grafenbaserte kuber. Tallene inkluderer Raman spektroskopi av 2D grafenbaserte garn og 3D grafenbaserte kuber.Resultatene viser ingen merkbare endringer i Raman toppposisjon og intensitet for både grafen og grafenoksidmembraner etter selvfoldingen. Men når beskyttelseslag ikke brukes, ble det observert merkbare endringer i relative toppintensiteter, noe som indikerer endringer eller skade på egenskapene til grafen under selvfoldingen. Denne metoden gjør det mulig å utvikling av biomedisinske, elektroniske og optiske enheter, inkludert sensorer og elektriske kretser ved hjelp av de mange fordelene med 3D-konfigurasjoner.Videre, siden prosessen bruker et tidlig bilde til bare grafenbaserte materialer, kan denne metoden brukes på annet todimensjonalt materiale, for eksempel tren-ja-men-a ai chai-hus kniver og svarte pass, og dermed tillate denne muligheten til å bli brukt til å utvikle neste generasjons 3D-konfigurasjoner av 2D-materialer.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

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

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

Prosessen med å lage tre-dimensjonale mikrostrukturene hjelp fordamping av en oppofrende Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Fabrikasjon av Romlig Trange kompleks oksid

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

Fabrikasjon av ensartede nanoskala hulrom via silisium direkte wafer binding

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

Fabrikasjon og testing av Microfluidic optomekaniske oscillatorer

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

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Mønster via Optiske mettes Transitions - Fabrikasjon og karakterisering

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

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Atomically Spornanostrukturen 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

Bruke Synchrotron Radiation microtomography å etterforske Multi-skala Tredimensjonal Mikro Pakker

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

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

Tredimensjonal Particle Tracking velocimetry for Turbulence Applications: Case av en Jet Flow

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

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

Tredimensjonale ultralyd nål tips sporing med fiberoptisk ultralyd mottaker

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