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

Detta material bygger på arbete stöds av en startfond vid University of Minnesota, Tvilling-städer och en NSF karriär utmärkelse (CMMI-1454293). Delar av detta arbete genomfördes i karakterisering anläggningen vid University of Minnesota, medlem i NSF-finansierade material forskning faciliteter nätverket (via programmet MRSEC. Delar av detta arbete genomfördes i Minnesota Nano Center, som stöds av National Science Foundation genom den nationella Nano samordnad infrastruktur Network (NNCI) under Award nummer ECCS-1542202. C. D. erkänner stöd från 3 M vetenskap och teknik gemenskap.

FÖRSIKTIGHET: Flera av de kemikalier som används i dessa synteser är giftiga och kan orsaka irritation och allvarlig organskada när berört eller inhaleras. Använd lämplig säkerhetsutrustning och Använd personlig skyddsutrustning vid hantering av kemikalier.
1. beredning av aluminiumoxid och krom skyddslager på ett koppar uppoffrande lager
<ol><li>Använder en elektronstråle förångare, insättning 10 nm tjock krom (Cr) och 300 nm tjocka koppar (Cu) lager (uppoffrande skikt) på k...

<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>

För kuber tillverkade med CVD grafen, eftersom varje ansikte en viss kub är utformad med en yttre ram som omger ett ~ 160 × 160 µm2 område av fristående grafen, ett ark av grafen enskiktslager har inte den nödvändiga styrkan att tillåta parallell bearbetning av kuber. Därför produceras grafen membran som består av tre lager av CVD grafen enskiktslager ark är via tre separata grafen överföringar använder flera PMMA beläggning/avlägsnande steg. Däremot, för GO membran förberedelse, ...

Tvådimensionell (2D) grafen ark besitter utomordentliga optiska, elektroniska och mekaniska egenskaper, vilket gör dem modell system för observation av romanen kvantfenomen för nästa generations elektroniska, optoelektroniska, elektrokemiska, elektromekaniska och biomedicinska applikationer1,2,3,4,5,6. Förutom de som producerade 2D skiktad strukturen av grafen, nyligen, har olika metoder för modifiering undersökts för att observera nya funktioner av grafen och söka nya program möjligheter. Till exempel modulerande (eller tuning) dess fysiska egenskaper (dvs. dopning nivå och/eller band gap) av skräddarsy formerna eller mönstring av 2D struktur till en endimensionell (1 D) eller noll-dimensionell (0 D) struktur (t.ex., grafen nanoribbon eller grafen kvantprickar) har studerats för att få nya fysikaliska fenomen inklusive quantum nedkomsten effekter, lokaliserade plasmoniska lägen, lokaliserade elektron distribution och spin-polariserade kant har7,8 ,9,10,11,12. Dessutom variera texturen av 2D grafen av skrynkla (ofta kallad kirigami), delaminering, buckling, vridning, eller stapling av flera lager eller ändra formen grafen yta genom att överföra 2D grafen ovanpå en 3D funktion (substrat) har varit visat för att ändra Grafenet Vätbarheten, mekaniska egenskaper och optiska egenskaper13,14.
Bortom ändra ytan morfologi och skiktad struktur av 2D grafen, montering av 2D grafen till functionalized, väldefinierade, tredimensionella (3D) polyhedrons har varit av stort intresse nyligen i grafen gemenskapen för att erhålla nya fysiska och kemiska fenomen15. I teorin, elastisk, elektrostatisk, och van der Waals kan energier av 2D grafen-baserade strukturer utnyttjas för att omvandla 2D grafen till olika 3D grafen-origami konfigurationer16,17. Baserat på detta koncept, har teoretisk modellering studier undersökt 3D grafen struktur design, bildas från nanoskala 2D grafen membran, med möjliga användningsområden i drogen leverans och allmänna molekylär lagring16,17. Ändå är de experimentella framsteg med denna metod fortfarande långt ifrån att förverkliga dessa program. Däremot, har ett antal kemiska syntetiska metoder utvecklats för att åstadkomma 3D-strukturer via mall-assisted församling, flöde-regisserad församling, jäsnings montering och conformal tillväxt metoder18,19 , 20 , 21 , 22. men dessa metoder är för närvarande begränsad i att de inte kan producera en 3D, ihåliga, slutna struktur utan att förlora de inneboende egenskaperna hos grafen täcker.
Här beskrivs en strategi för att bygga 3D, ihåliga, grafen-baserade microcubes (övergripande dimensionen ~ 200 µm) med hjälp av origami-liknande själv vika; att övervinna de största utmaningarna i byggandet av fristående, ihåliga, 3D, polyedriska, grafen-baserat material. I origami-liknande, handsfree-själv fällbara teknik förbinds 2D lithographically mönstrade planar funktioner (dvs grafen-baserade membran) med gångjärn (dvs, thermal-känsliga polymer, fotoresist) vid olika lederna, därmed bildar 2D nät som viker upp när gångjärnen värms till smältning temperatur23,24,25,26. Grafen-baserade kuber realiseras med fönster membran komponenter består av några lager av kemisk förångningsdeposition (CVD) odlas grafen eller grafen oxid (gå) hinnor. båda med användningen av polymer ramar och gångjärn. Tillverkning av 3D grafen-baserade kuber omfattar: (i) beredning av skyddslager, (ii) grafen-membran överföring och mallning, (iii) metallyta mönstring på grafen-membran, (iv) ram och gångjärn mönstring och nedfall, (v). själv vikning, och (vi) borttagning av skyddslager (figur 1). Denna artikel fokuserar främst på de själv fällbara aspekterna av 3D grafen-baserade kuber tillverkning. Detaljer om fysiska och optiska egenskaper av 3D grafen-baserade kuber kan hittas i vår andra senaste publikationer27,28.

<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 tvådimensionella (2D) grafen i tredimensionella (3D) polyedriska strukturer samtidigt bevara den Grafenet utmärkta inneboende egenskaper har varit av stort intresse för utvecklingen av tillämpningar för romanen enhet. Här, tillverkning av 3D, hur provtagningsutrustningen skall, ihåliga polyhedrons (kuber) bestående av några lager av 2D grafen eller grafen oxid lakan via en origami-liknande själv vikningsprocessen beskrivs. Denna metod innebär användning av Polymera ramar och gångjärn, och aluminiumoxid/krom skyddslager som minskar drag, rumsliga och ytspänning påfrestningarna på grafen-baserade membranen när 2D näten omvandlas till 3D-kuber. Processen erbjuder kontroll över storleken och formen på de strukturer samt parallellproduktion. Detta tillvägagångssätt kan dessutom skapandet av ytmodifieringar metal mönstring på varje ansikte 3D kuber. Raman spektroskopi studier visar metoden gör det möjligt för bevarandet av de inneboende egenskaperna hos grafen-baserade membranen, visar robustheten av vår metod.

Figur 2 visar optiska bilder av litografiska processerna av 2D grafen och gå net strukturer och efterföljande själv vikningsprocessen. Själv fällbara processen övervakas i realtid via ett högupplöst Mikroskop. Båda typerna av 3D grafen-baserade kuber är vikta på ~ 80 ° C. Figur 3 lägger ut fångade videosekvenser som visar själva vikningen av 3D grafen-baserade kuber på en parallell sätt. Under en optimer...

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

Tillverkning av tredimensionella grafen-baserade Polyhedrons via Origami-liknande själv vikning

Här presenterar vi ett protokoll för tillverkning av 3D grafen-baserade polyhedrons via origami-liknande själv vikning.

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

Detta protokoll använder origami-liknande självvikningsmetoder för att skapa 3D-grafen-baserade polyeder. Tvådimensionella grafen ark har extraordinära optiska, elektroniska och mekaniska egenskaper. Genom att skräddarsy formen på tvådimensionell grafen kan dess fysiska, kemiska och optiska egenskaper stämmas, vilket kan introducera nya materialbeteenden, vilket möjliggör nya tillämpningsmöjligheter.I detta avseende har integrera 2D grafen i strukturerna av funktionaliserade, väldefinierade, tredimensionella polyeder varit av stort intresse nyligen i grafen samhället. 3D-grafenpolyheder kan vara till nytta för många tillämpningar. Exempel är gas- och vattenskyddade behållare, molekylär lagring, leveranssystem, inkapsling av vätskebaserade material, för lätt att observation i elektronmikroskopi, funktionella optoelektroniska enheter, och material materia.Ett antal kemikalievägar för framställning av 3D-grafenbaserade strukturer har införts. Dessa metoder kräver dock vanligtvis starka kemiska reaktioner, som påverkar grafenets inneboende egenskaper och utgör utmaningar i byggandet av fristående, ihåliga, 3D-grafenpolyheder. För att övervinna dessa begränsningar, denna studie visar en metod för att förverkliga multi-faced 3D-mikrocuber med 2D grafen och grafenoxid med hjälp av origami-liknande självvikning.För att bidra till att ge sammanhang till den övergripande tillverkningsprocessen av 3D-grafen-baserade kuber, en förenklad sexstegsöversikt kommer nu att införas före det detaljerade protokollet. Förbered först skyddsskikten. Utför sedan grafen-membranöverföring i mönstring på skyddsskikten.Skapa sedan metallyta mönstning på grafenmembranen. Därefter definiera polymerramar och gångjärn. Sedan, förvandla 2D näten till 3D-kuber via självvikning.Ta slutligen bort skyddslagren. Med hjälp av en elektronstråleförångare, deponera 10 nanometer-tjock krom och 300 nanometer-tjock koppar lager på kisel substrat. Spin coat photoresist på 2500 RPM följt av bakning vid 115 grader Celsius i 60 sekunder.Exponera de designade 2D-nätområdena för UV-ljus på en kontaktmask aligner i 15 sekunder och utvecklas sedan i 60 sekunder i developer. Skölj provet med avjoniserat vatten och föna med en luftpistol. Deponera en 10 nanometer-tjock krom lager och lyfta av de återstående fotoresist i aceton.Skölj provet med avjoniserat vatten och föna med en luftpistol. För att mönster 2D-nät med sex kvadrat aluminiumoxid och krom skyddslager på näten, spin coat fotoresist på 2, 500 RPM följt av bakning på 115 grader Celsius i 60 sekunder. Exponera de utformade sex kvadratiska skyddsskikten för UV-ljus på en kontaktmask aligner i 15 sekunder och utveckla i 60 sekunder i utvecklare.Skölj provet med avjoniserat vatten och föna med en luftpistol. Deponera en 100 nanometer-tjock aluminiumoxid skikt i en 10 nanometer-tjock krom skikt. Ta bort den återstående fotoresisten i aceton.Skölj provet med avjoniserat vatten och föna med en luftpistol. Från och med 15 millimeter kvadrat bit grafen som följs på kopparfolie, spinn coat ett tunt PMMA lager vid 3000 RPM på ytan av grafen. Grädda i 180 grader Celsius i 10 minuter.Placera PMMA-grafen i kopparfolieskiktad plåt, flytande kopparsida ner i kopparsetatan i 24 timmar för att etsa bort kopparfolien. Efter att kopparfolien är helt upplöst, vilket lämnar PMMA i grafen, överför den flytande PMMA-belagd grafen på ytan av en pool av avjoniserat vatten med hjälp av ett mikroskopglas för att avlägsna eventuella kopparsetaner. Upprepa överföringen av pmma-belagda grafen på nya avjoniserade vattenpooler flera gånger för att tillräckligt skölja.Överför den flytande PMMA-belagd grafen på en annan bit grafen som följs på kopparfolie för att få ett bilayergratenmembran. Termiskt behandla dubbelskikts grafen på kopparfolie på en värmeplatta vid 100 grader Celsius i 10 minuter. Ta bort PMMA ovanpå den dubbla lager grafen på kopparfolie i ett aceton bad, lämnar en grafen, grafen och kopparfolie lager stack, följt av överföring till avjoniserat vatten.Upprepa grafenöverföringen en gång till för att få tre staplade lager av grafenmembran. Placera PMMA, grafen, grafen, grafen och kopparfolie skiktad plåt, flytande koppar sida ner i koppar etsning i 24 timmar för att etsa bort kopparfolie. Överför de PMMA-belagda tre lagren av grafenmembran på de pre-fabricerade aluminiumoxid- och kromskyddslagren.Efter överföring av grafen, ta bort PMMA med aceton. Därefter doppa provet i avjoniserat vatten och torka i luft. Termiskt behandla flerskiktsgrafen på substratet på en värmeplatta vid 100 grader Celsius i en timme.Snurra kappa fotoresist på 2500 RPM och grädda i 115 grader Celsius i 60 sekunder. UV exponera regionerna av fotoresist direkt ovanför kvadratiska skydd lager områden med hjälp av en kontaktmask aligner i 15 sekunder. Utveckla sedan i 60 sekunder.Ta bort de nyligen avslöjade oönskade grafenområdena via en syreplasmabehandling i 15 sekunder. Ta bort den överblivna fotoresisten i aceton. Skölj provet med avjoniserat vatten och torka i luft.Spin coat photoresist på 1700 RPM i 60 sekunder ovanpå de tidigare tillverkade aluminiumoxid- och kromskyddslagren för att få ett 10 mikrometert tjockt lager. Grädda fotoresisten i 115 grader Celsius i 60 sekunder och vänta sedan i tre timmar. Med samma mask som används för mönstring av aluminiumoxid och krom lager, UV exponera provet på en kontaktmask aligner för 80 sekunder och utvecklas i 90 sekunder.Skölj provet med avjoniserat vatten och föna med en luftpistol. Utför en UV-översvämningsexponering av hela provet utan mask i 80 sekunder. Spinnlack den beredda grafenoxiden och vattenblandningen på provet vid 1000 RPM i 60 sekunder.Utför spinnbeläggningen totalt tre gånger. Doppa provet i utvecklare för att möjliggöra lyft av oönskad grafenoxid. Lyftprocessen under ett mikroskop visas här med filmen accelererad.Skölj provet med avjoniserat vatten och föna försiktigt provet med en luftpistol. Termiskt behandla provet på en värmeplatta vid 100 grader Celsius i en timme. Skapa 20 nanometertjocka titanmönster ovanpå de mönstrade grafenbaserade membranen.Termiskt behandla provet på en värmeplatta vid 100 grader Celsius i en timme. På toppen av grafen-baserade membran med titan ytmönster, snurra coat photoresist på 2500 RPM i 60 sekunder för att bilda en fem mikrometer tjockt lager och baka i 90 grader Celsius i två minuter. UV-exponera proverna i 20 sekunder, grädda i 90 grader Celsius i tre minuter, och utvecklas i 90 sekunder.Skölj provet med avjoniserat vatten och isopropylalkohol, och föna försiktigt provet med en luftpistol. Post-baka proverna på 200 grader Celsius i 15 minuter för att förbättra den mekaniska styvheten i ramar. För att göra gångjärnsmönstret, snurra coat photoresist på 1000 RPM i 60 sekunder för att bilda en 10 mikrometer tjock film ovanpå det prefabricerade substratet.Grädda i 115 grader Celsius i 60 sekunder och vänta i tre timmar. UV-exponera provet på en kontaktmask aligner i 80 sekunder och utveckla i 90 sekunder. Skölj provet med avjoniserat vatten och föna försiktigt provet med en luftpistol.För att frigöra 2D-strukturerna, lös kopparoffrande skiktet under 2D-näten i en kopparsmest. Överför försiktigt de frisläppta strukturerna i ett avjoniserat vattenbad genom att använda en pipett och skölj några gånger för att avlägsna den kvarvarande kopparsmejonsmedlet. Placera 2D-strukturerna i avjoniserat vatten, uppvärmt ovanför polymergångjärnens smältpunkt.Övervaka självvikningen i realtid via optisk mikroskopi och ta bort från värmekällan vid lyckad montering i slutna tärningar. Efter självvikning, ta bort aluminiumoxid och krom skyddsskikt med kromsemedlet. För försiktigt över kuberna till ett avjoniserat vattenbad och skölj försiktigt.De optiska bilderna visar litografiska processer av 2D-grafen och grafen oxid nettostrukturer och den efterföljande självvikningsprocessen. Självvikningsprocessen övervakas i realtid via ett högupplöst mikroskop. Båda typerna av 3D-grafen-baserade kuber viks vid ca 80 grader Celsius.Siffrorna lägger ut videofångade sekvenser som visar självvikningen av 3D-grafenbaserade kuber på ett parallellt sätt. Under en optimerad process visar detta tillvägagångssätt en högsta avkastning på cirka 90 procent. Siffrorna visar optiska bilder av 3D-monterade grafen och grafenoxid-baserade kuber med och utan ytmönster.Den totala storleken på de självvikta kuberna är 200 mikrometer breda med 200 mikrometer långa med 200 mikrometer höga. 20 nanometertjocka titanmönstrade funktioner och UMN-bokstäver definieras på varje ansikte av de 3D-grafenbaserade kuberna. Siffrorna inkluderar Raman spektroskopi av 2D grafen-baserade nät och 3D grafen-baserade kuber.Resultaten visar inga märkbara förändringar i Raman toppposition och intensitet för både grafen och grafen oxid membran efter den själv-vikning. När skyddsskikt inte används observerades dock märkbara förändringar i relativa toppintensiteter, vilket indikerar förändringar eller skador på grafenens egenskaper under självvikningen. Denna metod möjliggör utveckling av biomedicinska, elektroniska och optiska enheter, inklusive sensorer och elektriska kretsar med hjälp av de många fördelarna med 3D-konfigurationer.Eftersom processen använder en tidig bild till endast grafenbaserade material kan denna metod dessutom tillämpas på annat tvådimensionellt material, såsom tren-ja-men-a ai chai-hus knivar och svarta pass, och därigenom kan denna möjlighet att användas vid utvecklingen av nästa generations 3D-konfigurationer av 2D-material.

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

Högupplöst, hög hastighet, tredimensionell video Imaging med Digital Fringe Projection Tekniker

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

Processen att göra tredimensionella mikrostrukturer med förångning av en Sacrificial 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

Tillverkning av Rumsligt Självindragande komplexa oxider

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

Tillverkning av enhetliga håligheter i nanoskala 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

Tillverkning och testning av Microfluidic optomechanical 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

Mönstring via Optiska mätt Transitions - tillverkning och karakterisering

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

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Atomically Spårbar nanostruktur 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

Använda Synchrotron Radiation Microtomography att undersöka Multi skala Tredimensionella Microelectronic paket

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

Tredimensionell Partikel Tracking Velocimetry för turbulens Applications: Fallet med 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

Tredimensionellt ultraljud nål spets spårning med en fiberoptisk ultraljud mottagare

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