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

Эта работа была поддержана в рамках Центра перспективных материалов для энергетических водных систем (AMEWS), Научно-исследовательского центра energy Frontier, финансируемого Министерством энергетики США, Управлением по науке, фундаментальным энергетическим наукам. Мы с благодарностью отмечаем полезные беседы с Марком Стойковичем и Полом Нили.

1. Изготовление инструмента передачи и дренажной камеры системы
<ol><li>Прилагается(Дополнительные файлы 1, 2) является инженерный чертеж для сборки дренажной камеры, состоящей из двух частей: верхней и нижней. Моделируй это устройство в соответствии со спецификациями ж?...

<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>

Хотя многие из шагов, перечисленных в этом протоколе имеют решающее значение для успеха тонкой передачи пленки, характер специально разработанных 3D печатной дренажной камеры позволяет широкую гибкость, в соответствии с конкретными требованиями пользователя. Например, если субстрат п...

Тонкая пленка и наномембранные устройства в последнее время получили широкий интерес из-за их потенциального использования в широком диапазоне приложений, начиная от гибкой фотоэлектрической и фотоники, складные дисплеи, и носимой электроники1, 2 , 3. Требование для изготовления этих различных типов приспособлений будет перенос тонких пленок к поверхностям произвольных субстратов, которые остают challenging из-за хрупкости этих пленок и частого продукции макромасштабного дефекта структуры, такие как морщины, трещины и слезы,в пленках после передачи 4,5,6,7. Ручная передача вручную, пинцет, и проводпета являются общими методами тонкой передачи пленки, но неизбежно приводят к структурным несоответствиям и пластиковой деформации8,9. Были изучены различные типы тонкой методологии передачи пленки, такие как: 1) полидиметилсилоксан (PDMS), что предполагает использование эластомической марки для получения тонкой пленки из донорского субстрата и последующего перевода на получение субстрат10, и 2) жертвенный слой передачи11, в котором etchant используется для выборочнорастворя жертвенный слой между подпортом поддержки и тонкой пленкой, тем самым снимая тонкую пленку. Тем не менее, эти методы сами по себе не обязательно позволяют тонкой передачи пленки без повреждения или образования дефекта в тонких пленках12.
Здесь мы представляем новый, недорогой и обобщенный легкий метод, основанный на жертвенных подъемах слоя и переносе мениска в рамках специально разработанной 3D-печатной системы дренажной камеры, чтобы механически разместить блок кополимера (BCP) тонких пленок на центры пористых субстратов, таких как анодированные оксид алюминия (ААО) диски с практически не понесенных макромасштабных дефектных структур, таких как морщины, слезы и трещины. В данном контексте эти переданные тонкие пленки могут быть использованы в качестве устройств в исследованиях фильтрации воды, потенциально после последовательного синтеза инфильтрации (SIS) обработки9. Анализ изображений переданных пленок, полученных с оптической микроскопии, показывает, что система сводной камерой с мениска обеспечивает гладкие, надежные и без морщин образцы. Кроме того, изображения также демонстрируют способность системы надежно размещать тонкопленочные мембраны на центры принимающих субстратов. Наши результаты имеют значительные последствия для любого типа устройства приложения, требующего передачи тонкопленочных конструкций на поверхности произвольных пористых субстратов.

<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

Изготовление устройств, содержащих тонкопленочные композитные мембраны, требует переноса этих пленок на поверхности произвольных вспомогательных субстратов. Выполнение этой передачи в высоко контролируемой, механизированной и воспроизводимой манере может устранить создание макромасштабных дефектных структур (например, слезы, трещины и морщины) в тонкой пленке, которая ставит под угрозу производительность устройства и пригодную для узла область на образец. Здесь мы описываем общий протокол для высококонтролируемой и механизированной передачи полимерной тонкой пленки на произвольный пористый опорный субстрат для последующего использования в качестве мембранного устройства фильтрации воды. В частности, мы изготавливаем блок кополимера (BCP) тонкую пленку поверх жертвенного, водорастворимого поли (акриловой кислоты) (PAA) слоя и кремниевого вафелова. Затем мы используем специально разработанный, 3D-печатный инструмент передачи и системы дренажной камеры для депонирования, подъема, и передачи BCP тонкой пленки на центр пористой анодированного оксида алюминия (AAO) поддержки диска. Передаваемый БЦП тонкая пленка, как показано, постоянно помещается на центр опорной поверхности из-за наведения мениска, образовавого между водой и 3D-печатной пластиковой дренажной камерой. Мы также сравниваем наши механизированные обработанные тонкие пленки с теми, которые были переданы вручную с использованием пинцета. Оптический осмотр и анализ изображений переданных тонких пленок из механизированного процесса подтверждают, что практически нет макромасштабового неоднородности или пластических деформаций производятся, по сравнению с множеством слез и морщин, произведенных из ручного передачи вручную. Наши результаты показывают, что предлагаемая стратегия переноса тонкого пленки может уменьшить дефекты по сравнению с другими методами во многих системах и приложениях.

Образцы мембраны BCP были изготовленыв соответствии с ранее описанной процедурой 9. Образцы были помещены на губу погрузочной руки 3D-печатного инструмента передачи(рисунок 1, слева) и затем опущены, с лабораторным домкратом, на входную рампу...

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

Мы представляем процедуру для строго контролируемой и без морщин передачи блока copolymer тонких пленок на пористые подпоры поддержки с помощью 3D-печатной дренажной камеры. Конструкция дренажной камеры имеет общее отношение ко всем процедурам, связанным с передачей макромолекулярных пленок на пористые субстраты, что обычно делается вручную невосполнимым способом.

Процедура передачи полимерных пленок на пористые субстраты с минимичными дефектами

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

Для изучения полимерных тонких пленок в мембранных приложениях материалы должны передаваться из полированного, гладкого субстрата в пористые субстраты таким образом, чтобы они не складывались, не морщались, не разрывались или пластично деформируют пленку. Это видео описывает 3D печати дренажной камеры, предназначенные для достижения этой цели и касается шагов от четырех до шести в процессе потока показано здесь. Образцы, используемые в этой работе состоят из кремниевых пластин субстратов, в которые вращаются покрытием стопку водорастворимой полиакриловой кислоты с последующим случайным кополимерным ковриком и полистиреновой блоком полиметилметила метакрилатного блока кополимера.Цель шагов от четырех до шести является передача этого порообразующего блока copolymer из кремниевой пластины на пористой анодированной мембраны оксида алюминия, чтобы обеспечить последующее преобразование в функциональное устройство фильтрации. Дренажная камера состоит из верхнего пандуса, который позволяет ввести стек полимерной пленки и нижней части, которая держит пористый субстрат и деионизированной воды. Верхняя часть напечатана из НОАК с нитей принтера, а нижняя часть была напечатана с струйного 3D принтера.Инструмент передачи образцов также печатается из НОАК с помощью нитей принтера. Первая часть крепится к лабораторному разъему, чтобы образец можно было подняты и опущены плавно и без вибраций от движений рук. Вторая часть держит кусок BCP на месте.С этим может начаться процесс передачи. Во-первых, собран инструмент BCP. Часть зажима резьбовая, так что винт может закрепить его в лаборатории гнездо.Асодированный субстрат оксида алюминия помещается внутри нижней части дренажной камеры с помощью щипца. Далее, резиновое O-кольцо вставляется для обеспечения водонепроницаемого уплотнения. Рампа часть дренажной камеры привинчена плотно.Наконец, четкие виниловые трубки крепится к носику в нижней части дренажной камеры, а другой конец шприца, который находится внутри шприц насоса, чтобы иметь возможность контролировать скорость дренажа. Далее кремниевая пластина с полимерным стеком помещается на инструмент передачи, а дренажная камера также заполнена деионизированной водой. Силиконовая пластина затем медленно опускается в воду, что приводит к полиакриновой кислоты слой, чтобы начать растворяться.Это растворение delaminates полимерной пленки из кремниевой пластины оставляя его плавать на поверхности воды. Инструмент передачи затем удаляется, и дренаж активируется, начиная шприц насоса. Вода всасывания через субстрат оксида алюминия и из камеры насосом.Здесь показана дренажная утечка со скоростью один миллилитр в минуту. Угол рампы и конструкция камеры направляет полимерную пленку к центру цилиндра. Здесь мембрана и уровень воды достигли цилиндрического тела устройства, создавая более заметный мениск, который держит мембрану тугой и по центру, поскольку она ниже основной, анодированной мембраны оксида алюминия.После того, как вода сливается и полимер находится в контакте с мембраной, камера может быть отвинчена, чтобы позволить оставшейся воде испаряться. Общий процесс, включая установку и слив воды, занимает около 15 минут, но это время может быть сокращено за счет увеличения скорости стока и путем строительства камеры, чтобы требовать меньшего объема воды. Здесь показаны пленки, подготовленные непосредственно черпая их из поверхности водяной ванны с помощью пористой мембраны.Разрыв мембраны и размещение от центра очевидны. Расстояние мембранного центра до центра субстрата показано справа для различных размещенных мембран. Здесь мы видим улучшение воспроизводимости с использованием дренажной камеры.Нетронутыми пленки очевидны, и расстояние мембранного центра до центра субстрата показано, чтобы быть сведены к минимуму. Дренажная камера уменьшила вероятность разрыва пленки и складывания по ручному методу. Чистая лабораторная среда, свободная от пыли, ограничит случайное загрязнение.Этот метод передачи тонкой мембраны пленки окончательно уменьшает ущерб, нанесенный мембране и повышает точность и воспроизводимость ее размещения на субстрате. Удалив сложную задачу манипулирования тонкими пленками на поверхности воды вручную, изменения в основной конструкции дренажной камеры могут позволить реализацию различных размеров образцов полимера и пористых типов субстрата.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Микроперфорацией литографии для генерации микро-и субмикронных структур на полимерные подложки

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

Интеграция триплет-триплетного Annihilation системы ап-конверсии для повышения сенсибилизированных красителем солнечные сотовый Ответ на Sub-запрещенной Света

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 основе экспериментальной процедуры для мозгов Robot взаимодействия с человекоподобных роботов

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

Свойства Электроактивный полимер наночастицы Участие фототермические

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

Изготовление полимерных микросфер для оптического резонатора и лазерных приложений

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

Изготовление ультра-тонкий цветной фильмов с сильно поглощающих средств массовой информации с использованием угла наклона осаждения

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

Подготовка большой площади вертикальной 2D кристалл гетеро-структур через Sulfurization переходных металлов фильмов для изготовления устройства

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

Изготовления реактивных поверхностей с кисти как и высокоструктурированные фильмов совместно блок Azlactone функционализированных полимеров

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

Радио частоты магнетронного распыления GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0,33MnO3 квази бислой фильмы на SrTiO3 (STO) монокристаллических подложек

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

Синтез, функционализации и характеристика Fusogenic пористого кремния наночастиц для доставки олигонуклеотида

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