Name: procedure for the transfer of polymer films onto porous substrates with minimized defects
Uploaded: 2019-06-22T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects at JoVE.com

Dette arbejde blev understøttet som en del af de avancerede materialer til Energy-Water Systems (AMEWS) Center, en energi Frontier Forskningscenter finansieret af U.S. Department of Energy, Office of Science, grundlæggende energi videnskab. Vi anerkender taknemmeligt nyttige diskussioner med Mark Stoykovich og Paul Nealey.

1. fabrikation af Transfer værktøj og afløb kammer system
<ol><li>Vedlagte (supplerende filer 1, 2) er den tekniske tegning for dræn kammer samling består af to dele: top og bund. Modellere denne enhed i henhold til specifikationerne for det ønskede system (f. eks. den ydre diameter af det modtagende substrat) og Eksporter som en STL-fil til 3D-udskrivning.</li>
	<li>For den øverste del, udnytte en glødetråd printer af valg og udskrive i den lavest mulige opløsning, herunder ...

<ol>
	<li>Shah, A., Torres, P., Tscharner, R., Wyrsch, N., Keppner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photovoltaic+technology:+the+case+for+thin-film+solar+cells.">Photovoltaic technology: the case for thin-film solar cells.</a> Science. 285 (5428), 692-698 (1999).</li><li>Kim, T. H., 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=Full-colour+quantum+dot+displays+fabricated+by+transfer+printing.">Full-colour quantum dot displays fabricated by transfer printing.</a> Nat. Photon. 5 (3), 176 (2011).</li><li>Nomura, 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=Room-temperature+fabrication+of+transparent+flexible+thin-film+transistors+using+amorphous+oxide+semiconductors.">Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors.</a> Nature. 432 (7016), 488 (2004).</li><li>Pirkle, A., 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=The+effect+of+chemical+residues+on+the+physical+and+electrical+properties+of+chemical+vapor+deposited+graphene+transferred+to+SiO2.">The effect of chemical residues on the physical and electrical properties of chemical vapor deposited graphene transferred to SiO2.</a> Applied Physics Letters. 99 (12), 122108-122110 (2011).</li><li>Chae, S. J., 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=Synthesis+of+large-area+graphene+layers+on+poly-nickel+substrate+by+chemical+vapor+deposition:+wrinkle+formation.">Synthesis of large-area graphene layers on poly-nickel substrate by chemical vapor deposition: wrinkle formation.</a> Advanced Materials. 21 (22), 2328-2333 (2009).</li><li>Zhu, 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=Structure+and+electronic+transport+in+graphene+wrinkles.">Structure and electronic transport in graphene wrinkles.</a> Nano Letters. 12 (7), 3431-3436 (2012).</li><li>Paronyan, T. M., Pigos, E. M., Chen, G., Harutyunyan, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+ripples+in+graphene+as+a+result+of+interfacial+instabilities.">Formation of ripples in graphene as a result of interfacial instabilities.</a> ACS Nano. 5 (12), 9619-9627 (2011).</li><li>Stadermann, M., 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=Fabrication+of+large-area+free-standing+ultrathin+polymer+films.">Fabrication of large-area free-standing ultrathin polymer films.</a> Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52832 (2015).</li><li>Zhou, C., 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=Fabrication+of+Nanoporous+Alumina+Ultrafiltration+Membrane+with+Tunable+Pore+Size+Using+Block+Copolymer+Templates.">Fabrication of Nanoporous Alumina Ultrafiltration Membrane with Tunable Pore Size Using Block Copolymer Templates.</a> Advanced Functional Materials. 27 (34), 1701756 (2017).</li><li>Meitl, M. A., 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=Transfer+printing+by+kinetic+control+of+adhesion+to+an+elastomeric+stamp.">Transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp.</a> Nature Materials. 5 (1), 33 (2006).</li><li>Suk, J. 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=Transfer+of+CVD-grown+monolayer+graphene+onto+arbitrary+substrates.">Transfer of CVD-grown monolayer graphene onto arbitrary substrates.</a> ACS Nano. 5 (9), 6916-6924 (2011).</li><li>Chen, Y., Gong, X. L., Gai, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+and+Challenges+in+Transfer+of+Large-Area+Graphene+Films.">Progress and Challenges in Transfer of Large-Area Graphene Films.</a> Advanced Science. 3 (8), 1500343 (2016).</li></ol>

Mens mange af de skridt, der er anført i denne protokol er afgørende for succesen af den tynde film overførsel, karakteren af den specialdesignede 3D trykte dræn kammer giver mulighed for bred fleksibilitet, i henhold til brugerens specifikke krav. For eksempel, hvis modtageren substrat har en større diameter end de 25-mm-diameter AAO skiver anvendes i denne undersøgelse, afløbs kammeret kan ændres korrekt til at passe de nye specifikationer. Der er dog visse aspekter af protokollen, der er nødvendige for at sik...

Tynde film og nanomembrane-baserede enheder har for nylig høstet bred interesse på grund af deres potentielle brug i en bred vifte af applikationer, der spænder fra fleksibel fotovoltaik og fotonika, sammenfoldelige displays, og bærbar elektronik1, 2 af , 3. et krav til fremstilling af disse forskellige typer af udstyr er overførsel af tynde film til overfladen af vilkårlige substrater, som fortsat er udfordrende på grund af disse Films skrøbelighed og den hyppige produktion af makro skala defekt strukturer, såsom rynker, revner og tårer, inden for filmene efter overførsel4,5,6,7. Manuel overførsel i hånden, pincet, og wire loops er almindelige metoder til tynd film overførsel, men uundgåeligt resultere i strukturelle uoverensstemmelser og plastisk deformation8,9. Forskellige typer af metoder til overførsel af tynde film er blevet undersøgt, såsom: 1) stempel overførsel af Polydimethylsiloxan (PDMS), som indebærer anvendelse af et elastomer stempel til at opnå den tynde film fra donor substratet og derefter overføres til den modtagende substrat10, og 2) offer lag overførsel11, hvor en ætsemidlet bruges til selektivt opløse et offer lag mellem støtte substratet og den tynde film, og dermed løfte den tynde film. Men, disse teknikker alene ikke nødvendigvis giver mulighed for tynd film overførsel uden at pådrage sig skade eller defekt dannelse i de tynde film12.
Her præsenterer vi en ny, billig, og generaliserbar facile metode baseret på offer lag løft-off og meniscus-guidet overførsel inden for et specialdesignet, 3D-trykt dræn kammer system, til mekanisk sted blok copolymer (BCP) tynde film på Centre af porøse substrater såsom anodiseret aluminiumoxid (AAO) diske med lidt-til-ingen opstået makro skala defekt strukturer, såsom rynker, tårer, og revner. I den foreliggende sammenhæng kan disse overførte tynde film derefter anvendes som udstyr i vand filtrerings undersøgelser, potentielt efter sekventiel infiltration syntese (SIS) behandling9. Billedanalyse af overførte film opnået fra Optisk mikroskopi viser, at det meniscus-styrede, dræn kammer system giver glatte, robuste og rynke frie prøver. Desuden viser billederne også systemets evne til pålideligt at placere de tynde film membraner på centrene af de modtagende substrater. Vores resultater har betydelige konsekvenser for enhver form for anordning ansøgning kræver overførsel af tynde film strukturer på overfladerne af vilkårlige porøse substrater.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:631px;" width="631">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:264px;">35% sodium polyacrylic acid solution</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">9003-01-4&#160;&#160;</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Amicon Stirred Cell model 8010 10mL</td>
			<td style="width:73px;">Millipore</td>
			<td style="width:123px;">5121</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:264px;">Anodized aluminum oxide, 0.2u thickness, 25mm diameter</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">WHA68096022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">o ring neoprene 117</td>
			<td style="width:73px;">Grainger</td>
			<td>1BUV7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Objet500 Connex3 3D Printer</td>
			<td style="width:73px;">Stratasys</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Onshape 3D software</td>
			<td style="width:73px;">onshape</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Polylactic acid filament</td>
			<td style="width:73px;">Ultimaker</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">ultimaker3 3d filament printer</td>
			<td style="width:73px;">Ultimaker</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Vero Family printable materials</td>
			<td style="width:73px;">Stratasys</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

procedure for the transfer of polymer films onto porous substrates with minimized defects

Fremstillingen af anordninger, der indeholder tynde film komposit membraner, nødvendiggør overførsel af disse film på overfladen af vilkårlige støtte substrater. Gennemførelse af denne overførsel i en meget kontrolleret, mekaniseret og reproducerbar måde kan eliminere oprettelsen af makro skala defekt strukturer (f. eks tårer, revner og rynker) i den tynde film, der kompromitterer enhedens ydeevne og det brugbare område pr. prøve. Her beskriver vi en generel protokol for den stærkt styrede og mekaniserede overførsel af en polymert tynd film på en vilkårlig porøs støtte substrat til eventuel brug som en vand filtrerings membran enhed. Specifikt, vi fabrikere en blok copolymer (BCP) tynd film på toppen af et offer, vandopløselige poly (akrylsyre) (PAA) lag og silicium wafer substrat. Vi bruger derefter en specialdesignet, 3D-trykt Transfer værktøj og dræn kammer system til at deponere, løft-off, og overføre BCP tynd film på midten af en porøs anodiseret aluminiumoxid (AAO) støtte disk. Den overførte BCP tynd film er vist at være konsekvent placeret på midten af støttefladen på grund af vejledning af menisk dannet mellem vandet og det 3D-trykte plastik afløb kammer. Vi sammenligner også vores mekaniserede Transfer-forarbejdede tynde film til dem, der er blevet overført i hånden med brug af pincet. Optisk inspektion og billedanalyse af de overførte tynde film fra den mekaniserede proces bekræfter, at der kun produceres lidt-til-ingen makro skala inhomogeniteter eller plastiske deformationer, sammenlignet med de mange tårer og rynker, der er fremstillet af manuelle overførsel i hånden. Vores resultater tyder på, at den foreslåede strategi for tynd film overførsel kan reducere defekter i forhold til andre metoder på tværs af mange systemer og applikationer.

BCP-membran prøverne blev fabrikeret i henhold til den tidligere beskrevne procedure9. Prøverne blev anbragt på læben på læssearmen på det 3D-trykte overførings værktøj (figur 1, venstre) og derefter sænket med et laboratorie stik på indgangs rampen til det 3D-trykte dræn kammer værktøj (figur 1, højre). Et offer lag af poly (akrylsyre) (PAA) mellem BCP-membranen og det underliggende donor ...

Watch this Scientific Journal Video about Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects at JoVE.com

Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects

Vi præsenterer en procedure for stærkt kontrolleret og rynke-fri overførsel af blok copolymer tynde film på porøse støtte substrater ved hjælp af et 3D-trykt dræn kammer. Dræn kammer designet er af generel relevans for alle procedurer, der involverer overførsel af makromolekylære film på porøse substrater, som normalt udføres i hånden på en ureproducerbar måde.

Procedure for overførsel af polymer film på porøse substrater med minimerede defekter

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support ...

For at studere polymer tynde film i membran applikationer, materialer skal overføres fra en poleret, glat substrat til porøse substrater på en måde, der ikke folde, rynke, rive, eller plastisk deformere filmen. Denne video beskriver en 3D printable afløb kammer designet til at nå dette mål og vedrører trin fire gennem seks i processen flow vist her. Prøver, der anvendes i dette arbejde består af silicium wafer substrater, hvori der spinlægges en stak vandopløselig polyakrylsyre efterfulgt af en tilfældig copolymer mat og en polystyren blok polymethyl methacrylat blok copolymer.Formålet med trin fire til seks er at overføre denne pore-dannende blok copolymer fra silicium wafer på en porøs anodiseret aluminiumoxid membran for at muliggøre efterfølgende omdannelse til en funktionel filtrering enhed. Afløbskammeret består af en toprampe, der gør det muligt at indføre polymerfilmstakken og en bunddel, der holder det porøse substrat og deioniseret vand. Den øverste del udskrives fra PLA fra en filamentprinter, og den nederste del blev udskrevet fra en inkjet 3D-printer.Der udskrives også et eksempeloverførselsværktøj fra PLA ved hjælp af glødetrådprinteren. Den første del tillægger et laboratorium jack, så prøven kan hæves og sænkes jævnt og uden vibrationer fra håndbevægelser. Den anden del holder BCP wafer stykke på plads.Med det kan overførselsprocessen begynde. For det første samles BCP-værktøjet. Klemmedelen er gevind, så en skrue kan fastgøre den til laboratoriestikket.Den anodiserede aluminiumoxid substrat er derefter placeret inde i den nederste del af afløbskammeret ved hjælp af snævlad. Dernæst indsættes en gummi-O-ring for at sikre en vandtæt forsegling. Rampen del af afløbskammeret er skruet på stramt.Sidst, klar vinyl slanger er knyttet til tuden i den nederste del af afløbskammeret og den anden ende til sprøjten, som er inde i en sprøjte pumpe for at kunne styre dræning sats. Dernæst er siliciumwaferen med polymerstakken placeret på overførselsværktøjet, og afløbskammeret er også fyldt med deioniseret vand. Siliciumwaferen sænkes derefter langsomt ned i vandet, hvilket får polyakrylsyrelaget til at begynde at opløses.Denne opløsning delaminates polymer film fra silicium wafer forlader det til at flyde på vandoverfladen. Overførselsværktøjet fjernes derefter, og dræningen aktiveres ved at starte sprøjtepumpen. Vandet suges gennem aluminiumoxid substrat og ud af kammeret ved pumpen.Vist her er dræning finder sted med en hastighed på en milliliter per minut. Vinklen på rampen og design af kammeret dirigerer polymerfilm mod midten af cylinderen. Her har membranen og vandstanden nået enhedens cylindriske krop, hvilket skaber en mere fremtrædende menisk, som holder membranen stram og centreret, da den er lavere end den underliggende, anodiserede aluminiumoxidmembran.Når vandet er drænet, og polymeren er i kontakt med membranen, kan kammeret skrues af, så det resterende vand fordamper. Den samlede proces, herunder opsætning og vandafløb, tager ca. 15 minutter, men denne gang kan forkortes ved at øge dræningshastigheden og ved at konstruere kammeret til at kræve et mindre vandvolumen. Vist her er film udarbejdet ved direkte at øse dem ud af et vandbad overflade ved hjælp af den porøse membran.Rive af membranen og placeringen off center er indlysende. Afstanden mellem membrancentret og substratet center vises til højre for forskellige placerede membraner. Her ser vi en forbedring i reproducerbarhed udnytte afløbskammeret.De intakte film er indlysende, og afstanden mellem membran center til substrat center er vist sig at være minimeret. Afløbskammeret har reduceret risikoen for, at filmen river og folder sig ud over den manuelle metode. Et rent laboratoriemiljø uden støv vil begrænse utilsigtet forurening.Denne metode til overførsel af tyndfilmmembranen reducerer definitivt membranskaden og forbedrer nøjagtigheden og reproducerbarheden af dens placering på underlaget. Ved at fjerne den vanskelige opgave at manipulere tynde film på vandoverfladen i hånden, kan ændringer af de grundlæggende afløb kammer design giver mulighed for gennemførelse af forskellige polymer prøve størrelser og porøse substrat typer.

Research

JoVE Journal

Engineering

Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

Micropunching Litografi for Generering Mikro-og submikrometer-mønstre på polymersubstrater

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

Integration en Triplet-triplet Annihilation Opkonvertering System til Enhance Dye-sensibiliserede Solar celle respons til Sub-båndgab Light

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

SSVEP-based Experimental Procedure for Brain-Robot Interaction with Humanoid Robots

SSVEP-baserede Eksperimentel Procedure for Brain-robot Interaktion med menneskelignende robotter

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Elektroaktiv Polymer Nanopartikler udstiller fototermisk Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

Fremstilling af polymere mikrosfærer til optisk resonator og laser applikationer

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Fabrikation af ultra-tynde farve film med meget absorberende medier bruger skråt Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

Forberedelse af store område lodret 2D Crystal Hetero-strukturer for gennem Sulfurization af overgangen Metal film for enheden fabrikation

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

Opdigte reaktive overflader med børste-agtig og Crosslinked film af Azlactone-Functionalized blok Co polymerer

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 (STO) Single-crystal Substrates

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

Radio Frequency Magnetron Sputtering af GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi tolagede film på SrTiO3 (STO) Single-krystal substrater

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

Synthesis, Functionalization, and Characterization of Fusogenic Porous Silicon Nanoparticles for Oligonucleotide Delivery

Syntese, Functionalization og karakterisering af Fusogenic porøs silicium nanopartikler til oligonukleotid levering

With the advent of gene therapy, the development of an effective in vivo nucleotide-payload delivery system has become of parallel import. Fusogenic ...