Name: procedure for the transfer of polymer films onto porous substrates with minimized defects
Uploaded: 2019-06-22T14:00:00
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この研究は、米国エネルギー省科学部基礎エネルギー科学局が出資するエネルギーフロンティア研究センター「エネルギー・ウォーター・システム先端材料(AMEWS)センター」の一環として支援されました。マーク・ストイコビッチとポール・ニーリーとの有益な話し合いに感謝します。

1.搬送ツールと排水室システムの製造
<ol><li>添付 (補足ファイル 1, 2)は、上部と下部の 2 つの部分からなる排水室アセンブリのエンジニアリング図面です。目的のシステム(例えば、受信基板の外径)の仕様に従ってこのデバイスをモデル化し、3D印刷用のSTLファイルとしてエクスポートします。</li>
	<li>上部には、必要に応じて足場を含め、可能な限り低い解像度で選...

<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>

このプロトコルに記載されている手順の多くは、薄膜転送の成功のために重要ですが、カスタム設計された3Dプリントドレインチャンバーの性質は、ユーザーの特定の要件に応じて、幅広い柔軟性を可能にします。例えば、レシーバ基板の直径が本研究で利用される25mm径AAOディスクよりも大きな直径を有する場合、排水室は新しい仕様に合わせて適切に変更することができる。ただし、効果?...

薄膜やナノ膜ベースのデバイスは、近年、フレキシブルな太陽光発電やフォトニクス、折りたたみ式ディスプレイ、ウェアラブルエレクトロニクスなど、幅広い用途に応用できる可能性を秘めており、幅広い関心を集めています。2,3.これらの様々なタイプのデバイスの製造のための要件は、これらのフィルムの脆弱性とマクロスケール欠陥の頻繁な生産のために困難なまま、任意の基板の表面に薄膜の転送ですシワ、ひび割れ、涙などの構造は、転写後のフィルム内4、5、6、7.手、ピンセット、およびワイヤループによる手動転送は、薄膜転写の一般的な方法であるが、必然的に構造的な不一致および塑性変形8、9をもたらす。1)ポリジメチルシロキサン(PDMS)スタンプ転送など、様々なタイプの薄膜転写方法が検討されており、これは、ドナー基板から薄膜を得るためにエラストマースタンプを使用し、その後受信に転送することを含む。基板10、及び2)犠牲層転写11は、エチャントが支持基板と薄膜との間に犠牲層を選択的に溶解するために使用され、それによって薄膜を持ち上げる。しかしながら、これらの技術だけでは、必ずしも薄膜12内の損傷や欠陥形成に損傷を与えることなく薄膜転写を可能にするわけではない。
ここでは、カスタム設計の3Dプリントドレインチャンバーシステム内の犠牲層リフトオフとメニスカス誘導転送に基づく新規、低コスト、一般化可能な顔の方法を提示し、ブロック共重合体(BCP)薄膜を機械的に配置します。陽極酸化アルミニウム(AAO)ディスクなどの多孔質基板の中心で、しわ、涙、ひび割れなどのマクロスケールの欠陥構造がほとんど発生しません。現在の文脈では、これらの転移された薄膜は、次いで、水濾過研究における装置として使用することができ、潜在的に順次浸潤合成(SIS)処理9の後である。光学顕微鏡から得られた転写フィルムの画像分析は、メニスカス誘導、排水室システムが滑らかで、堅牢で、しわのないサンプルを提供することを示しています。さらに、画像はまた、受信基板の中心に薄膜膜を確実に配置するシステムの能力を示しています。我々の結果は、任意の多孔質基板の表面に薄膜構造の転送を必要とするあらゆるタイプのデバイスアプリケーションに重要な意味を持ちます。

<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

薄膜複合膜を含むデバイスの製造は、任意の支持基板の表面にこれらのフィルムの転送を必要とする。高度に制御され、機械化され、再現可能な方法でこの転送を達成すると、デバイスの性能と使用可能な領域を損なう薄膜内のマクロスケールの欠陥構造(涙、ひび割れ、しわなど)の作成を排除できます。サンプルごとに。ここでは、水ろ過膜装置として最終的に使用するための任意の多孔質支持基板上にポリマー薄膜の高度に制御され機械化された転送のための一般的なプロトコルを説明する。具体的には、犠牲的な水溶性ポリ(アクリル酸)(PAA)層とシリコンウエハ基板の上にブロック共重合体(BCP)薄膜を製造する。その後、カスタム設計の3Dプリント転送ツールとドレインチャンバシステムを使用して、BCP薄膜を多孔質陽極酸化アルミニウム(AAO)サポートディスクの中心に堆積、リフトオフ、および転送します。転写されたBCP薄膜は、水と3Dプリントプラスチック排水室との間に形成されたメニスカスの導きにより、支持面の中心に一貫して配置されることが示されている。また、機械化された転写加工薄膜と、ピンセットを使用して手で移送されたものと比較します。機械化プロセスから移された薄膜の光学検査と画像解析は、手動で生成された多数の涙やしわと比較して、ほとんどマクロスケールの不均一性または塑性変形が生成されていないことを確認します。手で転送します。我々の結果は、薄膜転写のための提案された戦略は、多くのシステムおよびアプリケーション間で他の方法と比較した場合の欠陥を減らすことができることを示唆している。

BCP膜試料は、前述の手順9に従って製造された。サンプルは、3Dプリント転送ツール(図1、左)のローディングアームのリップ上に置かれ、その後、3Dプリントドレインチャンバツールの入り口ランプに実験室ジャックで下げました(図1、右)。BCP膜と基礎となるドナーシリコン基板との間のポリ(アクリル酸)(PA...

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

3Dプリントドレインチャンバーを用いた多孔質支持基板上のブロック共重合体薄膜の高度に制御され、しわのない転写の手順を提示する。排水室の設計は多孔質基板への高分子フィルムの移動を含むすべてのプロシージャに一般的に関連している、通常は取り返しのつかない方法で手で行われる。

欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順

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

膜用途でポリマー薄膜を研究するには、フィルムを折り畳んだり、しわ、涙を起こしたり、プラスチックで変形したりしない方法で、材料を研磨された、滑らかな基質から多孔質基板に移す必要があります。このビデオでは、この目的を達成するために設計された3D印刷可能なドレインチャンバーについて説明し、ここで示すプロセスフローのステップ4から6に関するものです。この研究で使用されるサンプルは、水溶性ポリアクリル酸のスタックに続いてランダムコポリマーマットとポリスチレンブロックポリメチルメタクリレートブロック共重合体をスピンコートされたシリコンウエハー基板で構成されています。ステップ4から6の目的は、この孔形成ブロックコポリマーをシリコンウエハから多孔性陽極酸化アルミニウム膜に移し、その後の機能性ろ過装置への変換を可能にすることである。ドレインチャンバーは、ポリマーフィルムスタックの導入を可能にするトップランプと、多孔質基板と脱イオン水を保持する底部で構成されています。上部はフィラメントプリンタからPLAから印刷され、下側部分はインクジェット3Dプリンタから印刷されています。サンプル転写工具もフィラメントプリンタを使用してPLAから印刷されます。最初の部分は実験室のジャッキに取り付け、サンプルを手の動きからの振動なしでスムーズに上げ、下げることができる。2 番目の部分は、BCP ウェハピースを所定の位置に保持します。この場合、転送プロセスを開始できます。まず、BCPツールを組み立てます。クランプ部分はネジでネジを通してラボジャックに固定します。陽極酸化アルミニウム基板は、次いで鉗子を使用してドレインチャンバーの底部の内側に配置されます。次に、ゴム製のOリングを挿入して防水シールを確保します。ドレンチャンバのランプ部分はしっかりとねじ込まれています。最後に、透明なビニルチューブは、排水管の底部のスパウトに取り付けられ、もう一端はシリンジポンプの内側にあるシリンジに付着し、排水速度を制御することができる。次に、ポリマースタックを備えたシリコンウェーハを移送ツールに配置し、排水室にも脱イオン水を充填します。シリコンウエハは、その後、水にゆっくりと下げ、ポリアクリル酸層が溶解し始めます。この溶解は、シリコンウエハからポリマーフィルムを剥離し、水面に浮遊させる。次に移動ツールを取り外し、シリンジポンプを起動して排水を作動させます。水は、ポンプによって、酸化アルミニウム基板を通って、チャンバーの外に吸引されます。ここに示されているのは、毎分1ミリリットルの速度で行われている排水です。チャンバーの傾斜角と設計は、ポリマーフィルムをシリンダーの中心に向けて導きます。ここで、膜と水位はデバイスの円筒形の体に達しており、より顕著な半月板を作り出し、膜トートを保持し、下層の陽極酸化アルミニウム膜に対して低いほど中心となる。水が排水され、ポリマーが膜に接触すると、チャンバーを緩めて残りの水を蒸発させることができます。セットアップと水の排水を含む総プロセスは約15分かかりますが、この時間は、排水速度を増加させ、より小さな水量を必要とするチャンバーを構築することによって短縮することができます。ここで示されているのは、多孔質膜を用いて水浴表面から直接すくい取って作製したフィルムである。膜の裂け目と中心外の配置は明らかです。膜中心から基材中心までの距離は、様々な配置された膜の右側に示されています。ここでは、ドレンチャンバーを利用した再現性の向上を見る。無傷のフィルムは明らかであり、膜中心から基材中心までの距離は最小限に抑えられることを示している。ドレンチャンバーは、手動の方法でフィルムが引き裂かれ、折り畳む可能性を減らしました。ほこりのない清潔な実験室環境は、偶発的な汚染を制限します。薄膜膜移動のためのこの方法は、膜に与えるダメージを確実に減少させ、基板上の配置の精度と再現性を向上させます。水面上の薄膜を手作業で操作するという困難な作業を取り除くことで、基本的なドレインチャンバー設計への変更により、異なるポリマーサンプルサイズと多孔質基板タイプの実装が可能になります。

Research

JoVE Journal

Engineering

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

ポリマー基板上へのマイクロ·サブミクロンのパターンを生成するためのリソグラフィMicropunching

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

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

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

ヒューマノイドロボットと脳とロボットのインタラクションのための実験手順をSSVEPベース

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

電気活性ポリマーナノ粒子出展光熱プロパティ

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

光共振器およびレーザ応用のためのポリマーマイクロスフェアの作製

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

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラー フィルムの作製

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

大面積垂直 2次元結晶ヘテロ構造デバイス作製のための遷移金属薄膜の硫化からの準備

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

ブラシのような反応性表面を加工し、アズラクトン官能基化ブロック共重合体の架橋膜

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

高周波マグネトロンスパッタ リングによる GdBa2Cu3O7−δ/チタン酸ストロンチウム3 (STO) 単結晶基板上 La0.67Sr0.33MnO3準二層フィルム

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

合成、機能化、およびオリゴヌクレオチド配信の融合性ポーラス シリコンのナノ粒子のキャラクタリゼーション

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