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

Este material é baseado em trabalho suportado por um fundo de arranque na Universidade de Minnesota, Twin Cities e um prémio de carreira NSF (CMMI-1454293). Partes deste trabalho foram realizadas nas instalações da Universidade de Minnesota, um membro da NSF-financiado materiais pesquisa instalações de rede (através do programa MRSEC caracterização. Partes deste trabalho foram realizados no centro de Nano de Minnesota, que é apoiado pela Fundação de ciência nacional através do nacional Nano coordenada infra-estrutura rede (NNCI) sob número de prémio ECCS-1542202. C. m. reconhece apoio de 3 M de ciência e tecnologia Fellowship.

Cuidado: Vários dos produtos químicos utilizados nestas sínteses são tóxicos e podem causar irritação e danos nos órgãos grave quando tocado ou inalado. Por favor use equipamento de segurança adequado e equipamentos de proteção individual ao manusear os produtos químicos.
1. preparação de óxido de alumínio e camadas de proteção de cromo em uma camada de cobre Sacrificial
<ol><li>Usando um evaporador de feixe de elétrons, deposite 10 nm grosso cromo (Cr) e 300 nm cobre (Cu...

<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>

Para os cubos fabricados com CVD grafeno, porque cada face de um cubo dado é projetado com um frame exterior em torno de uma área de2 ~ 160 × 160 µm de grafeno autônoma, uma única folha de grafeno monocamada não tem a força necessária para permitir processamento paralelo dos cubos. Por esta razão, membranas de grafeno consiste em três camadas de monocamadas de grafeno CVD folhas são produziram através de três transferências do grafeno separadas usando várias etapas de revestimento/remo...

Bidimensional (2D) grafeno folhas possuem propriedades extraordinárias de ópticas, eletrônicas e mecânicas, tornando-os sistemas para a observação de fenômenos quânticos romance para geração eletrônica, opto-electrónico, eletroquímica, do modelo eletromecânica, biomédica e aplicações1,2,3,4,5,6. Aparte a produzidos como 2D estrutura em camadas de grafeno, recentemente, várias abordagens de modificação foram investigadas para observar as novas funcionalidades do grafeno e procurar novas oportunidades de aplicação. Por exemplo, modulação (ou tuning) suas propriedades físicas (i.e., doping nível e/ou band gap) por alfaiataria as formas ou padronização da 2D estruturam para um unidimensional (1D) ou zero-dimensional (0D) de estrutura (EG., grafeno nanoribbon ou grafeno pontos quânticos) tem sido estudado para obter novos fenômenos físicos, incluindo efeitos de confinamento quântico, modos plasmônico localizados, distribuição de elétrons localizados e Estados de spin-polarizado borda7,8 ,9,10,11,12. Além disso, variando a textura do grafeno 2D amassando (muitas vezes chamado de kirigami), delaminação, flambagem, torção, ou empilhamento de camadas múltiplas, ou alterando a forma de superfície de grafeno através da transferência de grafeno 2D em cima de um recurso 3D (substrato) tem sido mostrados para alterar do grafeno molhabilidade, características mecânicas e propriedades óticas13,14.
Além de mudar a morfologia superficial e estrutura em camadas de grafeno 2D, montagem de grafeno 2D em funcionalizados, bem definidas, tridimensionais (3D) polyhedrons tem sido de grande interesse recentemente na Comunidade de grafeno para obter a nova física e fenômenos químicos15. Em teoria, o elástico, eletrostático e van der Waals energias de estruturas 2D baseados em grafeno podem ser aproveitadas para transformar o grafeno 2D em 3D de grafeno-origami várias configurações16,17. Com base neste conceito, modelagem teórica estudos têm investigado projetos de estrutura de grafeno 3D, formados a partir de membranas de grafeno 2D de nanoescala, com possíveis usos na entrega da droga e armazenamento molecular geral16,17. Ainda, o progresso experimental desta abordagem está ainda longe de perceber esses aplicativos. Por outro lado, um número de métodos químicos sintéticos foram desenvolvido para alcançar 3D através do modelo assistida montagem de estruturas, montagem de fluxo-dirigido, fermentação assembly e crescimento conformal métodos18,19 , 20 , 21 , 22. no entanto, esses métodos são atualmente limitados em que eles não podem produzir uma estrutura 3D, oca, fechada sem perder as propriedades intrínsecas das folhas de grafeno.
Aqui, uma estratégia para a construção de microcubes 3D, oca, com base em grafeno (dimensão total de ~ 200 µm), usando como origami dobradura self é descrita; superar os desafios mais importante na construção de materiais autônoma, ocos, 3D, poliédrico, baseadas no grafeno. Em técnicas de self dobradura origami-like, mãos-livres, características planares Litograficamente modeladas 2D (ou seja, com base em grafeno membranas) são conectadas com dobradiças (i.e., thermal-polímero sensível, fotorresiste) em várias articulações, assim formar 2D redes que dobrar quando as dobradiças são aquecidas a temperatura23,24,25,26a derreter. Os cubos baseados em grafeno são realizados com componentes da membrana janela compostas por algumas camadas de deposição de vapor químico (CVD) crescido grafeno ou membranas de grafeno óxido (GO); ambos com o uso de quadros de polímero e dobradiças. A fabricação dos cubos 3D baseados em grafeno envolve: (i) a preparação de camadas de proteção e padronização, transferência de grafeno-membrana (ii), (iii) metal superfície padronização no grafeno-membranas, quadro (iv) e dobradiças padronização e deposição, (v). Self de dobramento e (vi) remoção das camadas de proteção (Figura 1). Este artigo centra-se principalmente em aspectos Self dobráveis de fabricação cubos 3D baseados em grafeno. Detalhes sobre as propriedades físicas e ópticas dos cubos 3D baseados em grafeno podem ser encontrados em nossas outras recentes publicações27,28.

<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

A montagem de bidimensional (2D) grafeno em tridimensionais (3D) polyhedral estruturas preservando excelentes propriedades inerentes do grafeno tem sido de grande interesse para o desenvolvimento de aplicativos de dispositivo romance. Aqui, a fabricação de 3D, microescala, oca polyhedrons (cubos), composto por algumas camadas de grafeno 2D ou grafeno óxido folhas através de um processo de auto dobradura origami, como é descrito. Este método envolve o uso de quadros de polímero e dobradiças, camadas de proteção de óxido de alumínio/cromo que reduzem a resistência à tração, espaciais e estresses de tensão superficial sobre as membranas baseadas no grafeno, quando as redes 2D são transformadas em cubos 3D. O processo oferece controle do tamanho e forma das estruturas, bem como produção paralela. Além disso, esta abordagem permite a criação de modificações de superfície de metal padronização em cada rosto dos cubos 3D. Estudos de Espectroscopia Raman mostram que o método permite a preservação das propriedades intrínsecas das membranas baseadas no grafeno, demonstrando a robustez de nosso método.

Figura 2 exibe imagens ópticas dos processos litográficas do grafeno 2D e estruturas líquidas GO e subsequente processo de dobramento. O processo de auto dobra é monitorado em tempo real através de um microscópio de alta resolução. Ambos os tipos de cubos 3D baseados em grafeno são dobrados a ~ 80 ° C. Figura 3 estabelece sequências de vídeo capturadas mostrando o dobramento self de cubos 3D baseados em grafe...

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

Fabricação de Polyhedrons tridimensionais baseados em grafeno através do Origami, como self dobrável

Aqui, apresentamos um protocolo para a fabricação de polyhedrons 3D baseados em grafeno através do origami, como self dobrável.

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

Este protocolo usa métodos auto-dobráveis semelhantes a origami para criar poliedros à base de grafeno 3D. As folhas de grafeno bidimensionais possuem propriedades ópticas, eletrônicas e mecânicas extraordinárias. Ao adaptar a forma do grafeno bidimensional, suas propriedades físicas, químicas e ópticas podem ser ajustadas, o que pode introduzir novos comportamentos materiais, permitindo novas oportunidades de aplicação.Nesse sentido, a integração do grafeno 2D nas estruturas dos poliedros tridimensionais funcionalizados, bem definidos tem sido de grande interesse recentemente na comunidade do grafeno. Poliedros de grafeno 3D podem ser benéficos para muitas aplicações. Exemplos incluem recipientes protegidos por gás e água, armazenamento molecular, sistemas de entrega, encapsulamento de materiais à base de líquido, para fácil observação em microscopia eletrônica, dispositivos optoeletrônicos funcionais e materiais de matéria.Uma série de rotas químicas para a produção de estruturas baseadas em grafeno 3D foram introduzidas. No entanto, esses métodos normalmente requerem fortes reações químicas, que afetam as propriedades intrínsecas do grafeno e apresentam desafios na construção de poliedros de grafeno 3D de pé livre, ocos e grafeno. Para superar essas limitações, este estudo mostra uma metodologia para a realização de micúbios 3D multi-faced com grafeno 2D e óxido de grafeno usando o auto-dobrável semelhante ao origami.Para ajudar a dar contexto ao processo geral de fabricação dos cubos baseados em grafeno 3D, uma visão geral simplificada de seis etapas será agora introduzida antes do protocolo detalhado. Primeiro, prepare as camadas de proteção. Em seguida, realize a transferência de membrana de grafeno na padronização das camadas de proteção.Em seguida, crie padronagem de superfície metálica nas membranas de grafeno. Em seguida, defina quadros e dobradiças de polímero. Em seguida, transforme as redes 2D em cubos 3D através de auto-dobramento.Por último, remova as camadas de proteção. Usando um evaporador de feixe de elétrons, deposite cromo de 10 nanômetros de espessura e 300 camadas de cobre de espessura de nanômetros no substrato de silício. Fotoresist spin coat a 2500 RPM seguido de cozimento a 115 graus Celsius por 60 segundos.Exponha as áreas de rede 2D projetadas à luz UV em um alinhador de máscara de contato por 15 segundos e, em seguida, desenvolva por 60 segundos no desenvolvedor. Enxágüe a amostra com água deionizada e seque com uma pistola de ar. Deposite uma camada de cromo de 10 nanômetros de espessura e retire o fotoessista restante em acetona.Enxágüe a amostra com água deionizada e seque com uma pistola de ar. Para padronizar redes 2D com óxido de alumínio de seis quadrados e camadas de proteção de cromo nas redes, gire o fotoresist do casaco a 2.500 RPM seguido de cozimento a 115 graus Celsius por 60 segundos. Exponha as camadas de proteção projetadas de seis quadrados à luz UV em um alinhador de máscara de contato por 15 segundos e desenvolva por 60 segundos no desenvolvedor.Enxágüe a amostra com água deionizada e seque com uma pistola de ar. Deposite uma camada de óxido de alumínio de 100 nanômetros de espessura em uma camada de cromo de 10 nanômetros de espessura. Remova o fotoresist restante em acetona.Enxágüe a amostra com água deionizada e seque com uma pistola de ar. Começando com a peça quadrada de 15 milímetros de grafeno aderida à folha de cobre, gire uma fina camada pmma a 3000 RPM na superfície do grafeno. Asse a 180 graus Celsius por 10 minutos.Coloque o grafeno PMMA na folha de camadas de papel alumínio de cobre, flutuando de cobre para baixo em etchant de cobre por 24 horas para etch away a folha de cobre. Depois que a folha de cobre for completamente dissolvida, deixando o PMMA em grafeno, transfira o grafeno flutuante revestido de PMMA para a superfície de uma piscina de água deionizada usando um vidro de deslizamento de microscópio para remover qualquer resíduo de etchant de cobre. Repita a transferência do grafeno revestido de PMMA para novas piscinas de água desionizadas várias vezes para enxaguar adequadamente.Transfira o grafeno revestido de PMMA flutuante para outro pedaço de grafeno aderido à folha de cobre para obter uma membrana de grafeno bicamada. Trate termicamente o grafeno de camada dupla na folha de cobre em uma placa quente a 100 graus Celsius por 10 minutos. Remova o PMMA em cima do grafeno de camada dupla na folha de cobre em um banho de acetona, deixando uma pilha de camadas de grafeno, grafeno e papel alumínio, seguida pela transferência para água desionizada.Repita a transferência de grafeno mais uma vez para obter três camadas empilhadas de membranas de grafeno. Coloque o PMMA, grafeno, grafeno, grafeno e folha de cobre em camadas, flutuando lado de cobre para baixo em etchant de cobre por 24 horas para etch away a folha de cobre. Transfira as três camadas revestidas de PMMA de membranas de grafeno para as camadas de proteção de óxido de alumínio pré-fabricado e cromo.Após a transferência do grafeno, remova o PMMA com acetona. Em seguida, mergulhe a amostra em água deionizada e seque no ar. Trate termicamente o grafeno de várias camadas no substrato em uma placa quente a 100 graus Celsius por uma hora.Gire o fotoresist de casaco a 2500 RPM e asse a 115 graus Celsius por 60 segundos. UV expõe as regiões do fotoresist diretamente acima das áreas de camada de proteção quadrada usando um alinhador de máscara de contato por 15 segundos. Então desenvolvê-lo por 60 segundos.Remova as áreas de grafeno indesejadas recém-descobertas através de um tratamento de plasma de oxigênio por 15 segundos. Remova o fotoresist restante em acetona. Enxágüe a amostra com água deionizada e seque no ar.Fotoresist de spin coat a 1700 RPM por 60 segundos em cima das camadas de proteção de óxido de alumínio e cromo anteriormente fabricadas para obter uma camada de 10 micrômetros de espessura. Asse o fotoresistia a 115 graus Celsius por 60 segundos e depois espere por três horas. Com a mesma máscara usada para padronizar as camadas de óxido de alumínio e cromo, UV expõe a amostra em um alinhador de máscara de contato por 80 segundos e se desenvolve por 90 segundos.Enxágüe a amostra com água deionizada e seque com uma pistola de ar. Realize uma exposição de inundação UV de toda a amostra sem máscara por 80 segundos. Gire a mistura de óxido de grafeno e água preparada na amostra a 1000 RPM por 60 segundos.Realize o revestimento de giro um total de três vezes. Mergulhe a amostra no desenvolvedor para permitir a decolagem de óxido de grafeno indesejado. O processo de decolagem sob um microscópio é mostrado aqui com a filmagem acelerada.Enxágüe a amostra com água deionizada e seque cuidadosamente a amostra com uma pistola de ar. Trate termicamente a amostra em uma placa quente a 100 graus Celsius por uma hora. Crie padrões de titânio de 20 nanômetros de espessura em cima das membranas padronizadas à base de grafeno.Trate termicamente a amostra em uma placa quente a 100 graus Celsius por uma hora. Em cima das membranas à base de grafeno com padrões de superfície de titânio, gire o fotoresist de casaco a 2500 RPM por 60 segundos para formar uma camada de cinco micrômetros de espessura e assar a 90 graus Celsius por dois minutos. UV-expor as amostras por 20 segundos, assar a 90 graus Celsius por três minutos, e desenvolver-se por 90 segundos.Enxágüe a amostra com água deionizada e álcool isopropílico, e seque cuidadosamente a amostra com uma pistola de ar. Pós-asse as amostras a 200 graus Celsius por 15 minutos para aumentar a rigidez mecânica dos quadros. Para fazer o padrão da dobradiça, gire o fotoresist do casaco a 1000 RPM por 60 segundos para formar uma película de 10 micrômetros de espessura em cima do substrato pré-fabricado.Asse a 115 graus Celsius por 60 segundos e espere por três horas. Exponha a amostra em um alinhador de máscara de contato por 80 segundos e se desenvolva por 90 segundos. Enxágüe a amostra com água deionizada e seque cuidadosamente a amostra com uma pistola de ar.Para liberar as estruturas 2D, dissolva a camada de sacrifício de cobre sob as redes 2D em um etchant de cobre. Transfira cuidadosamente as estruturas liberadas para um banho de água deionizado usando uma pipeta e enxágue algumas vezes para remover o etchant de cobre residual. Coloque as estruturas 2D em água deionizada, aquecida acima do ponto de fusão das dobradiças de polímeros.Monitore a auto-dobra em tempo real através de microscopia óptica e remova da fonte de calor após o bom desempenho em cubos fechados. Após a auto-dobra, remova as camadas de proteção de óxido de alumínio e cromo com etchant de cromo. Transfira suavemente os cubos para um banho de água deionizado e enxágue cuidadosamente.As imagens ópticas mostram os processos litográficos das estruturas líquidas de grafeno e grafeno 2D e o processo subsequente de auto-dobramento. O processo de auto-dobramento é monitorado em tempo real através de um microscópio de alta resolução. Ambos os tipos de cubos 3D à base de grafeno são dobrados a cerca de 80 graus Celsius.As figuras estabelecem sequências capturadas por vídeo mostrando a auto-dobra de cubos baseados em grafeno 3D de forma paralela. Em um processo otimizado, essa abordagem mostra um maior rendimento de aproximadamente 90%. As figuras mostram imagens ópticas dos cubos 3D montados baseados em grafeno e óxido de grafeno com e sem padrões de superfície.O tamanho geral dos cubos auto-dobrados é de 200 micrômetros de largura por 200 micrômetros de comprimento por 200 micrômetros de altura. 20 características com padrão de titânio de espessura de nanômetro e letras UMN são definidas em cada face dos cubos 3D baseados em grafeno. As figuras incluem espectroscopia raman de redes baseadas em grafeno 2D e cubos 3D à base de grafeno.Os resultados não mostram mudanças perceptíveis na posição máxima de Raman e intensidade para as membranas de óxido de grafeno e grafeno após a auto-dobra. No entanto, quando as camadas de proteção não são utilizadas, foram observadas alterações perceptíveis nas intensidades relativas de pico, indicando alterações ou danos às propriedades do grafeno durante a auto-dobra. Este método permite o desenvolvimento de dispositivos biomédicos, eletrônicos e ópticos, incluindo sensores e circuitos elétricos usando as inúmeras vantagens das configurações 3D.Além disso, uma vez que o processo usa uma imagem inicial apenas para materiais baseados em grafeno, este método pode ser aplicado a outros materiais bidimensionais, como facas tren-ja-men-ai chai-hus e passaportes pretos, permitindo assim que esta oportunidade seja usada no desenvolvimento de configurações 3D de próxima geração de materiais 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

De alta resolução, de alta velocidade, de imagens de vídeo tridimensional com Franja Digital Técnicas de Projeção

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

Engenharia

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

Processo de fabricação de microestruturas tridimensionais usando vaporização de um componente sacrificial

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

Fabricação de óxidos complexos espacialmente confinados

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

Fabricação de cavidades de nanoescala uniformes via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Fabricação e Teste de microfluídicos optomechanical osciladores

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 ópticos de saturação Transitions - Fabricação e caracterização

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

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Atomicamente rastreável Fabrication Nanostructure

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

Usando Synchrotron Radiation microtomografia para investigar Multi-escala Pacotes de microeletrônicos tridimensionais

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

Tridimensional Velocímetro de Partículas de Rastreamento for Applications Turbulência: Case de um fluxo de Jet

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

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

Agulha de ultra-som tridimensional dica de rastreamento com um receptor de ultra-som de fibra óptica

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