Name: proof-of-concept for gas-entrapping membranes derived from water-loving sio2/si/sio2 wafers for green desalination
Uploaded: 2020-03-01T14:00:00
Duration: 9 min 39 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Proof-of-Concept for Gas-Entrapping Membranes Derived from Water-Loving SiO2/Si/SiO2 Wafers for Green Desalination at JoVE.com

एचएम ने बास/1/1070-01-01 के तहत किंग अब्दुल्ला विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय से वित्तपोषण और नैनोफैब्रिकेशन कोर लैब सुविधाओं के लिए कौस्तुभ का उपयोग स्वीकार किया ।

आर.डी., एसए, और एचएम ने एक अंतरराष्ट्रीय पेटेंट दायर किया है, आवेदन नहीं । पीसीटी/IB2019/054548 ।

यह काम सिलिका-जीईएम के डिजाइन और निर्माण को प्रस्तुत करता है, जो हाइड्रोफिलिक सामग्रियों से प्राप्त पहली बार डीसीएमडी झिल्ली है। एसआईओ2/एसआईप्रणाली के साथ माइक्रोफैब्रिकेशन रचनात्मक विचारों का परीक्षण करने के लिए माइक्रोटेक्सचर बनाने के लिए अपार लचीलापन प्रदान करता है । बेशक, इस काम का दायरा जीईएम के लिए प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट तक सीमित है, क्योंकि एसआईओ 2/एसआई/एसआईओ2 वेफर्स और क्लीनरूम माइक्रोफैब्रिकेशन प्रोटोकॉल विलवणीकरण झिल्ली के लिए अव्यावहारिक हैं ।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, भले ही जीईएम वास्तुकला विसर्जन पर पानी की घुसपैठ को रोक सकता है जब आंतरिक संपर्क कोण 40 डिग्री होता है, यह रणनीति विफल रहती है यदि सतह को सुपरहाइड्रोफिलिक बनाया जाता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन प्लाज्मा के संपर्क में आने के बाद, सिलिका सतहों में 5 डिग्री का प्रदर्शन होता है, और ये सिलिका-जीईएम हवा खो देते हैं जो छिद्रों के अंदर अनायास बुलबुले के रूप में फंस जाता है, क्योंकि तरल मेनिस्कस अब पुनः प्रवेशी किनारों पर टिकी नहीं है। हालांकि, पॉलीविनाइल अल्कोहल(ओ, 51 डिग्री) और पॉली (एथिलीन टेरेफ्थैलेट) (एथिलीन टेरेफ्थैलेट)(72 डिग्री) जैसे आम प्लास्टिक को इस दृष्टिकोण के लिए उत्तरदायी होना चाहिए। इस प्रकार, सिलिका-जीईएम से सीखे गए डिजाइन सिद्धांतों को 3-डी प्रिंटिंग44,योजक विनिर्माण45,लेजर माइक्रोमाकिनिंग46और सीएनसी मिलिंग37आदि का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है।
इसके बाद सिलिका-जीईएम के माइक्रोफैब्रिकेशन के कुछ महत्वपूर्ण पहलुओं पर चर्चा की जाती है, जिन पर विशेष ध्यान देने की जरूरत होती है । सुविधाओं के मैनुअल बैक अलाइनमेंट (सेक्शन 8) को खड़ी गठबंधन छिद्रों को प्राप्त करने के लिए यथासंभव सावधानी के साथ किया जाना चाहिए। ऑफसेट के परिणामस्वरूप ताकना-गला हो सकता है, और सबसे खराब स्थिति में, गलत संरेखण दोनों तरफ केवल गुहाओं (कोई छिद्र नहीं) का कारण बन सकता है। इस प्रकार, यह बहु पैमाने पर संरेखण चिह्नों का उपयोग करने का सुझाव दिया जाता है, जिसमें सबसे छोटा संरेखण चिह्न ताकना व्यास से कम से कम चार गुना छोटा होता है।
सी4एफ8 और ओ2 (चरण 10.1) के साथ सिलिका परत की नक़्क़ाशी के दौरान, प्रतिक्रिया कक्ष का पूर्व उपयोग (यानी, स्वच्छता) नक़्क़ाशी दरों को प्रभावित कर सकता है। यह प्रतिक्रिया कक्ष में संदूषकों की उपस्थिति के कारण है, जो विश्वविद्यालयों जैसी साझा उपयोगकर्ता सुविधाओं में एक आम घटना है। इस प्रकार, यह सिफारिश की जाती है कि यह कदम पहले डमी वेफर पर किया जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सिस्टम स्वच्छ और स्थिर है। इसके अलावा, नक़्क़ाशी के लिए कम अवधि का उपयोग करने की सलाह दी जाती है (उदाहरण के लिए, रिफ्लेक्टोमेट्री का उपयोग करके सिलिका परत की मोटाई की निगरानी करते समय 5 से अधिक नहीं) । उदाहरण के लिए, यदि एक एसआईओ 2/एसआई/एसआईओ2 वेफर से2 माइक्रोन एसआईओ 2 परत को पूरी तरह से हटाने के लिए 16 मिन लेता है, तो नक़्क़ाशी प्रक्रिया को चार चरणों में विभाजित किया जाना चाहिए जिसमें तीन 5 मिन चक्र शामिल हैं, जिसके बाद रिफ्लेक्टोमेट्री, और एक 1 मिन (वैकल्पिक) नक़्क़ाशी कदम, रिफ्लेक्टोमेट्री परिणामों के आधार पर ।
बॉश प्रक्रिया के दौरान सिलिका पुनः प्रवेशसुविधासुविधाओं को संरक्षित करने के लिए जिसका उपयोग सिलिकॉन परत (चरण 10.4) को नक़्क़ाशी करने के लिए किया जाता है, यह महत्वपूर्ण है कि क्रोमियम हार्ड मास्क का उपयोग किया जाता है। बॉश प्रक्रिया में एनिसोट्रोपिक प्रोफाइल सुनिश्चित करने के लिए सी4एफ8 का बयान आवश्यक है। हालांकि, लंबे नक़्क़ाशी चक्रों पर, यह परत बहुत मोटी और दूर करने के लिए मुश्किल हो सकती है। इस प्रकार, यह सिफारिश की जाती है कि बॉश प्रक्रिया को ~ 200 से अधिक चक्रों के लिए नहीं चलाया जाना चाहिए, और इसका पालन पिरान्हा सफाई द्वारा किया जाना चाहिए। यह भी देखा गया है कि क्रोमियम हार्ड मास्क की उपस्थिति के बावजूद गहरी नक़्क़ाशी के लंबे चक्र सिलिका परत की मोटाई को भी कम करते हैं।
अधिकांश शुष्क नक़्क़ाशी उपकरण नक़्क़ाशी दरों के मामले में स्थानिक एकरूपता प्राप्त करने में विफल रहते हैं। इस प्रकार, एक एसआईओ 2/एसआई/एसआईओ2 वेफर के केंद्र में प्राप्त विशेषताएं वेफर की सीमा पर समान नहीं हो सकती हैं । यहां, 4 "वेफर्स" के केंद्र में उच्च गुणवत्ता वाली विशेषताओं का एहसास किया गया था, और नमूने समय-समय पर माइक्रोस्कोप के नीचे देखे गए थे। इस मामले में कि कुछ क्षेत्रों को दूसरों की तुलना में अधिक नक़्क़ाशी पर ध्यान दिया जाता है, वेफर को टुकड़ों में तोड़दिया जाना चाहिए जिन्हें अलग से नक़्क़ाशी पर ध्यान दिया जाना चाहिए।
यह निर्माण प्रोटोकॉल किसी भी मोटाई के एसआईओ 2/एसआई/एसआईओ2 वेफर्स पर लागू किया जा सकता है; हालांकि, एक मोटी परत का मतलब है कि नक़्क़ाशी चक्र की एक उच्च संख्या की जरूरत है। यह सुझाव दिया जाता है कि जब तक यह हैंडलिंग और लक्षण वर्णन के दौरान वेफर की यांत्रिक अखंडता से समझौता नहीं करता है, तब तक <300 μm मोटाई के सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग करें।

जैसे-जैसे जल/खाद्य/ऊर्जा/पर्यावरणीय संसाधनों पर जोर बढ़ता है, हरियाली प्रौद्योगिकियों और विलवणीकरण के लिए सामग्रियों की आवश्यकता1,2है । इस संदर्भ में, प्रत्यक्ष संपर्क झिल्ली आसवन (DCMD) प्रक्रिया सौर-थर्मल ऊर्जा का उपयोग कर सकती है या पानी विलवणीकरण3,4के लिए औद्योगिक गर्मी बर्बाद कर सकती है। DCMD गर्म समुद्री जल और ठंडे deionized पानी की प्रतिप्रवाह धाराओं को अलग करने के लिए पानी से बचाने वाली झिल्ली का शोषण करता है, जिससे गर्म से ठंडे पक्ष5,6,7,8,9तक केवल शुद्ध जल वाष्प परिवहन की अनुमति होती है। वाणिज्यिक डीसीएमडी झिल्ली लगभग विशेष रूप से अपनी पानी की प्रतिरोधी के कारण परफ्लोरोकार्बन का दोहन करती है, जो पानी के आंतरिक संपर्क कोण की विशेषता है,ओ 110 °10। हालांकि, परफ्लोरोकार्बन महंगे होते हैं, और वे11 और कठोर रासायनिक सफाई12,13पर क्षतिग्रस्त हो जाते हैं। उनकी गैर-बायोडिग्रेडेबिलिटी भी पर्यावरण संबंधी चिंताओं को उठाती है14। इस प्रकार, डीसीएमडी के लिए नई सामग्रियों का पता लगाया गया है, उदाहरण के लिए, पॉलीप्रोपाइलीन15,कार्बन नैनोट्यूब16,और ऑर्गेनोसिलिका17,प्रक्रिया की विविधताओं के साथ, उदाहरण के लिए, इंटरफेशियल हीटिंग18 और फोटोवोल्टिक-एमडी19। फिर भी, डीसीएमडी झिल्ली के लिए जांच की गई सभी सामग्रियों को आंतरिक रूप से पानी से बचाने वाली क्रीम की जांच की गई है, जिसकी विशेषता पानी के लिए 90 डिग्री है।'
यहां, झिल्ली छिद्रों के अंदर हवा को मजबूती से फंसाकर पानी से बचाने वाली DCMD झिल्ली यानी, दोनों तरफ पानी को अलग करने की दिशा में पानी से प्यार करने वाली (हाइड्रोफिलिक) सामग्रियों का शोषण करने के लिए एक प्रोटोकॉल वर्णित किया गया है। प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रदर्शन की ओर, दोनों पक्षों (एसआईओ 2/एसआई/एसआईओ2;2माइक्रोन/300 माइक्रोन/2 माइक्रोन, क्रमशः) पर सिलिका परतों (2 माइक्रोन मोटी) के साथ दो तरफा पॉलिश सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग किया जाता है । माइक्रोफैब्रिकेशन प्रक्रियाएं गैस एनट्रैपिंग झिल्ली (जीईएम) को प्राप्त करने के लिए लागू की जाती हैं, जो सतह रसायन की परवाह किए बिना तरल पदार्थों को छिद्रों में प्रवेश करने से रोकने के लिए एक विशिष्ट वास्तुकला का दोहन करती हैं।
जीईएम वास्तुकला के लिए प्रेरणा स्प्रिंगटेल (कोलेम्बोला) से उत्पन्न हुई, मिट्टी में रहने वाले हेक्सापोड्स जिनके क्यूटिकल्स में मशरूम के आकार के पैटर्न20,21और समुद्री स्केटर्स(हेलोबेट्स जर्मनस),खुले महासागर में रहने वाले कीड़े हैं जिनके शरीर पर मशरूम के आकार के बाल हैं22,23। सतह वास्तुकला, स्वाभाविक रूप से स्रावित मोम के साथ, इन कीड़ों को "सुपर" पानी की प्रतिकार के साथ प्रदान करती है, जो पानी के लिए स्पष्ट संपर्क कोणों(आर 150 डिग्री)24की विशेषता है। नतीजतन, उनके विश्राम की स्थिति में, समुद्र-स्केटर्स अनिवार्य रूप से समुद्र-वायु इंटरफेस22,25पर हवा में तैर रहे हैं। यदि पानी में डूबे, तो वे तुरंत अपने शरीर के चारों ओर हवा की एक परत को जाल में फंसाते हैं (जिसे प्लास्ट्रॉन के रूप में भी जाना जाता है), जो श्वसन और उछाल20,23की सुविधा प्रदान करता है। स्प्रिंगटेल से प्रेरित होकर, किम और सहकर्मियों ने दिखाया कि मशरूम के आकार के स्तंभों की सरणी के साथ सिलिका सतहों कम सतह तनाव26के साथ तरल पदार्थ की बूंदों को पीछे हटाना कर सकते हैं । यह एक उल्लेखनीय खोज थी; हालांकि, यह पाया गया कि इन सतहों के तरल प्रतिकार स्थानीयकृत दोषों या सीमाओं27,28के माध्यम से भयावह रूप से खो सकता है । इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने गुहाओं के साथ सिलिका सतहों को माइक्रोफैब्रिकेटेड किया, जिनके इनलेट्स में व्यास अचानक छोटे थे (यानी, 90 डिग्री मोड़ के साथ) बाकी गुहा27की तुलना में। इन सुविधाओं को "पुनःप्रवेशी" किनारों के रूप में भी जाना जाता है, और गुहाओं को "पुनःप्रवेशी गुहा" के रूप में संदर्भित किया जाता है।
पुनः प्रवेशी गुहातरल बूंदों के संपर्क में या पनडुब्बी27पर हवा को मजबूती से फंसाते हैं । विभिन्न आकृतियों (परिपत्र, वर्ग, और षट्कोणीय), प्रोफाइल (पुनः प्रवेशी और दोगुना पुनः प्रवेशी) के गुहाओं के प्रदर्शन और समय के साथ फंसी हवा की स्थिरता के संबंध में कोनों के तीखेपन की तुलना29की गई है। यह पाया गया है कि गोलाकार पुनः प्रवेश गुहा गीले तरल पदार्थों के तहत हवा में फंसाने के लिए उनकी मजबूती और विनिर्माण से जुड़ी जटिलता के मामले में सबसे इष्टतम हैं। इसके अलावा, यह प्रदर्शित किया गया है कि पुनः प्रवेशति गुहाओं के साथ आंतरिक रूप से गीला सामग्री गीला तरल पदार्थ में विसर्जन पर हवा फंसाने कर सकते हैं, और इस प्रकार, ओमनीफोबिक सतहों के कार्य को प्राप्त कर सकते हैं। काम27,28,29,30 और DCMD31के साथ पिछले अनुभव के इस शरीर के आधार पर, हम झिल्ली है कि पुनः प्रवेशी inlets और दुकानों के साथ छिद्रों है बनाने का फैसला किया । यह कल्पना की गई थी कि इस तरह की झिल्ली अपने माइक्रोटेक्सरी के कारण गीले तरल पदार्थों में विसर्जन पर हवा को फंसा सकती है, जिससे जीईएम के विचार को जन्म दिया जा सकता है।
सरल बेलनाकार छिद्रों को शामिल करते हुए हाइड्रोफिलिक सामग्री से बनी झिल्ली पर विचार करें: पानी में डूबे होने पर, यह झिल्ली अनायास पानी को आत्मसात कर लेगी(चित्रा 1ए, बी)पूरी तरह से भरे हुए, या वेनज़ेल राज्य32तक पहुंच जाएगी। दूसरी ओर, यदि छिद्रों के इनलेट ्स और आउटलेट में पुनःप्रवेशी प्रोफाइल (जैसे, "टी" के आकार का होता है), तो वे गीले तरल को छिद्र को भेदने और हवा को अंदर फंसाने से रोक सकते हैं, जिससे Cassieराज्य333 (चित्रा 1C, डी)। एक बार जब हवा पोर के अंदर फंस जाती है, तो यह34,35के साथ पानी में अपनी संपीड़नता और कम घुलनशीलता के कारण तरल घुसपैठ को और रोक देगा।
इस तरह की प्रणाली धीरे-धीरे कैसियन से वेनज़ेल राज्य में संक्रमण करेगी, और इस प्रक्रिया के काइनेटिक्स को पोर के आकार, आकार और प्रोफ़ाइल, तरल के वाष्प दबाव और तरल29,34,36में फंसी हवा की घुलनशीलता से ट्यून किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने परीक्षण सब्सट्रेट्स के रूप में सिलिकॉन वेफर्स और पॉलीमेथिलमेथेक्रिलेट शीट का उपयोग कर GEMs का एहसास करने में सक्षम किया गया है, और एक क्रॉस-फ्लो विन्यास में DCMD के लिए प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया गया है३७। यहां, सिलिका-जीईएम की पीढ़ी के लिए एक विस्तृत माइक्रोफैब्रिकेशन प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया जाता है, जो दोनों पक्षों (एसआईओ2/एसआई/एसआईओ2;2 μm/300 μm/2 μm, क्रमशः) पर सिलिका परतों (2 माइक्रोन मोटी) के साथ डबल साइड पॉलिश सिलिकॉन वेफर्स से शुरू होता है । इसके अलावा, सिलिका-जीईएमएस की हवा के नीचे पानी को फंसाने की क्षमता का आकलन कस्टम-निर्मित दबाव सेल और कॉन्फोकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके किया जाता है।
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60583/60583fig1.jpg">
चित्रा 1: सरल बेलनाकार छिद्रों (ए, बी) के साथ एक झिल्ली का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व और एक पुनःप्रवेशी छिद्रों (सी, डी) के साथ। सरल बेलनाकार छिद्रों के विपरीत, इनलेट/आउटलेट के बाद पुनः प्रवेशी छिद्र तेजी से व्यापक हो जाते हैं, और यह यह विच्छेदन (या पुनः प्रवेशी किनारों) है जो तरल पदार्थों को छिद्रों में घुसपैठ करने से रोकता है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60583/60583fig1large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
विशेष रूप से, यह खंड दो तरफा पॉलिश सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग करके रिएंबिएबल इनलेट्स और आउटलेट्स के साथ छिद्रों की सरणी को तराशने के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन प्रोटोकॉल का वर्णन करता है जो 300 माइक्रोन मोटी (पी-डॉप्ड, एंड एलटी; 100> ओरिएंटेशन, 4" व्यास, 2 माइक्रोन मोटी थर्मल रूप से बढ़ी हुई ऑक्साइड परतें दोनों तरफ)। यह इसके बाद एसआईओ2(2 μm) /Si (300 μm) /SiO2(2 μm)(चित्रा 2)के रूप में संदर्भित किया जाता है ।
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60583/60583fig2.jpg">
चित्रा 2: सिलिका-जीईएम के माइक्रोफैब्रिकेशन में शामिल प्रमुख चरणों को सूचीबद्ध करने वाला फ्लोचार्ट। <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60583/60583fig2alarge.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>BCN3D</td>
			<td>020.180510.3103</td>
			<td>BCN3D Sigma 3D printer for printing test module with PLA (polylactic acid) filament.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>BASF</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ-5214 E photoresist</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ-726 MIF developer</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chrome Etchant</td>
			<td>MicroChemicals</td>
			<td>TechniEtch Cr01</td>
			<td>To remove chromium from silicon wafer and mask</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductivity Meter</td>
			<td>Hanna</td>
			<td>HI98192</td>
			<td>To measure conductivity of pure water during leak testing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>ZEISS LSM 710</td>
			<td>For fluorescence imaging of water.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Contact Aligner</td>
			<td>EVG</td>
			<td>EVG6200</td>
			<td>Mask aligner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deep ICP-RIE</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td>Plasmalab system100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DI water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Direct writer</td>
			<td>Heidelberg Instruments</td>
			<td>&#181;PG501 direct-writing system</td>
			<td>UV exposure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Food Dye</td>
			<td>Kroger</td>
			<td></td>
			<td>Green food dye to label salty water.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Petri dish</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HMDS vapor prime</td>
			<td>Yield Engineering systems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td>Cost effective equipments</td>
			<td>Model 1300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide 30%</td>
			<td>VWR chemicals</td>
			<td></td>
			<td>To prepare piranha solution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imaris software</td>
			<td>Bitplane</td>
			<td>Version 8</td>
			<td>Postprocess confocal microscopy images</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical surface profiler</td>
			<td>Zygo</td>
			<td>Zygo newview 7300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photomask</td>
			<td>Nanofilm</td>
			<td></td>
			<td>5-inch soda lime glass mask</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Profilometer</td>
			<td>Veeco</td>
			<td>Detak 8</td>
			<td>Stylus profilometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reactive Sputter</td>
			<td>Equipment Support Company Ltd</td>
			<td></td>
			<td>Chromium sputtering</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reactive-Ion Etching (RIE)</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td>Plasmalab system100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reflectometer</td>
			<td>Nanometrics</td>
			<td>Nanospec 6100</td>
			<td>To check remaining oxide layer thickness.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine B</td>
			<td>Merck</td>
			<td>81-88-9</td>
			<td>Dye for imaging water meniscus under confocal microscope.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM stub</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM-Quanta 3D</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Quanta 3D FEG Dual Beam (SEM/FIB)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer</td>
			<td>Silicon Valley Microelectronics</td>
			<td></td>
			<td>Double side polished, 4&#34; diamater, 300 &#181;m thickness, 2 &#181;m thick oxide layer, p-doped, &#60;100&#62; orientation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Merck</td>
			<td>7647-14-5</td>
			<td>For preparing NaCl solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonicator</td>
			<td>Branson</td>
			<td>1510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater</td>
			<td>Headway Research,Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin dryer</td>
			<td>MicroProcess</td>
			<td>Avenger Ultra Pure 6</td>
			<td>Spin drying in Nitrogen environment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sputter</td>
			<td>Quorum Technologies</td>
			<td>Q150T S</td>
			<td>Iridium sputter for SEM.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid 96%</td>
			<td>Technic</td>
			<td>764-93-9</td>
			<td>To prepare piranha solution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tanner EDA L-Edit software</td>
			<td>Tanner EDA, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>For designing photomask</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>Excelta</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Cure</td>
			<td>Tamarack Scientific Co. Inc.</td>
			<td>PRX-2000-20</td>
			<td>For flood exposure of wafer and photomask</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaccum oven</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>13-258-13</td>
			<td>Lindberg/Blue M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wet bench</td>
			<td>JST Manufacturing Inc.</td>
			<td>17391-015-00</td>
			<td>Wet bench used for piranha cleaning</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

proof-of-concept for gas-entrapping membranes derived from water-loving sio2/si/sio2 wafers for green desalination

सीधे संपर्क झिल्ली आसवन (DCMD) के माध्यम से विलवणीकरण ठंड और शुद्ध पानी से गर्म और नमकीन समुद्री जल की मजबूती से अलग-अलग प्रवाहित करने के लिए पानी से बचाने वाली झिल्ली का शोषण करता है, इस प्रकार केवल शुद्ध जल वाष्प को पारित करने की अनुमति देता है। इस उपलब्धि को प्राप्त करने के लिए, वाणिज्यिक डीसीएमडी झिल्ली पानी से बचाने वाली परफ्लोरोकार्बन जैसे पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (पीटीएफई) और पॉलीविनिलिडीन डिफ्लोराइड (पीवीडीएफ) से प्राप्त या लेपित होती हैं। हालांकि, परफ्लोरोकार्बन का उपयोग उनकी उच्च लागत, गैर-बायोडिग्रेडेबिलिटी और कठोर परिचालन स्थितियों के प्रति संवेदनशीलता के कारण सीमित हो रहा है। यहां अनावरण किया झिल्ली का एक नया वर्ग गैस-entrapping झिल्ली (GEMs) के रूप में संदर्भित है जो पानी में विसर्जन पर हवा को मजबूती से फंसा सकता है। जीईएम अपने रासायनिक मेकअप के बजाय अपने माइक्रोस्ट्रक्चर द्वारा इस समारोह को प्राप्त करते हैं। यह काम जीईएम के लिए एक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट को दर्शाता है, जो मॉडल सिस्टम के रूप में आंतरिक रूप से गीला एसआईओ 2/एसआई/एसआईओ2 वेफर्स का उपयोग कर रहा है; एसआईओ2 पर पानी का संपर्क कोण 40 डिग्रीहै। सिलिका-जीईएम में 300 माइक्रोन-लंबे बेलनाकार छिद्र थे जिनके व्यास (2 μm-लंबे) इनलेट और आउटलेट क्षेत्रों में काफी छोटे थे; इनलेट्स और आउटलेट्स पर 90 डिग्री के साथ यह ज्यामितीय रूप से असतत संरचना, जिसे "पुनःप्रवेशी माइक्रोटेक्सचर" के रूप में जाना जाता है। सिलिका-जीईएम के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन प्रोटोकॉल में डिजाइनिंग, फोटोलिथोग्राफी, क्रोम स्पंदन, और आइसोट्रोपिक और एनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी पर जोर दिया गया है। सिलिका के पानी से प्यार प्रकृति के बावजूद, पानी पनडुब्बी पर सिलिका-जीईएम में घुसपैठ नहीं करता है। वास्तव में, वे मजबूती से हवा के पानी के नीचे फंसाने और छह सप्ताह (>106 सेकंड) के बाद भी इसे बरकरार रखते हैं । दूसरी ओर, सरल बेलनाकार छिद्रों के साथ सिलिका झिल्ली अनायास पानी (और एलटी; 1 एस) को आत्मसात करती है। ये निष्कर्ष अलगाव प्रक्रियाओं के लिए जीईएम वास्तुकला की क्षमता को उजागर करते हैं। जबकि जीईएम के लिए एसआईओ 2/एसआई/एसआईओ2 वेफर्स का चुनाव प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट का प्रदर्शन करने तक सीमित है, यह उम्मीद की जाती है कि यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल और अवधारणाएं विलवणीकरण और उससे आगे सस्ती आम सामग्रियों का उपयोग करके स्केलेबल जीईएम के तर्कसंगत डिजाइन को आगे बढ़ाएंगे ।

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Proof-of-Concept for Gas-Entrapping Membranes Derived from Water-Loving SiO2/Si/SiO2 Wafers for Green Desalination

यहां प्रस्तुत एकीकृत सर्किट माइक्रोफैब्रिकेशन प्रौद्योगिकी का उपयोग करके एसआईओ2/एसआईवेफर्स से गैस-ट्रैपिंग झिल्ली (जीईएम) को साकार करने के लिए एक कदमका प्रोटोकॉल है । सिलिका-जीईएम पानी में डूबे होने पर सिलिका की पानी से प्यार करने वाली संरचना के बावजूद पानी की घुसपैठ को रोका जाता है।

ग्रीन विलवणीकरण के लिए पानी से प्यार करने वाले एसआईओ 2/एसआई/एसआईओ2 वेफर्स से प्राप्त गैस-एनट्रैपिंग झिल्ली के लिए प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट

Desalination through direct contact membrane distillation (DCMD) exploits water-repellent membranes to robustly separate counterflowing streams of hot and ...

गैस फंसाने झिल्ली, या GEMs, मजबूती से गीला तरल पदार्थ में विसर्जन पर हवा फंसाने कर सकते हैं । नतीजतन, वे अपनी संरचना के कारण इस कार्य को प्राप्त करते हैं, जो उपयोग का हो सकता है, उदाहरण के लिए, झिल्ली आसवन द्वारा विलवणीकरण में। फोटोलिथोग्राफी ने हमें सिलिकॉन वेफर के दोनों किनारों पर जटिल ओवरहैंगिंग आर्किटेक्चर बनाने की अनुमति दी जिसके परिणामस्वरूप रत्न।इसने पारंपरिक सूक्ष्म निर्माण तकनीकों का उपयोग करके रत्नों को गढ़ने का मार्ग प्रदान किया। खड़ी गठबंधन पदों को प्राप्त करने के लिए फोटो मास्क पर उचित संरेखण चिह्न रखे जाने चाहिए। हम कम से कम चार बार ध्रुव व्यास के सबसे छोटे आकार के साथ बहु पैमाने पर संरेखण निशान का उपयोग करने का सुझाव देते हैं।सिलिका रत्नों के निर्माण में जटिल डिजाइन पैटर्न और एक बहु-चरण प्रक्रिया शामिल है, और इसलिए यह प्रोटोकॉल को समझने में मदद करेगा पर्याप्त सूक्ष्म-निर्माण कदम प्रदर्शित करेगा। पाठ प्रोटोकॉल में वर्णित सरणी और मुखौटा विकास के डिजाइन के साथ इस प्रक्रिया को शुरू करें। सिलिकॉन वेफर को एक हौसले से तैयार पिरान्हा समाधान में विसर्जित करें।10 मिनट के लिए 388 केल्विन के तापमान पर बनाए रखें। गीले बेंच में दो चक्रों के लिए डिएकोनाइज्ड पानी के साथ वेफर कुल्ला, फिर स्पिन ड्रायर में नाइट्रोजन वातावरण के तहत वेफर को सुखाएं। सिलिका सतह के साथ फोटोरेसिस्ट के आसंजन में सुधार करने के लिए एचएमडीएस के वाष्प के लिए वेफर का पर्दाफाश करें।वेफर को फोटोरेसिस्ट को स्पिन करने के लिए स्पिन कोटर के वैक्यूम चक पर स्थानांतरित करें। फोटोरेसिस्ट की 1.6 माइक्रोन मोटी फिल्म को प्राप्त करने के लिए एक नकारात्मक स्वर के रूप में AZ 5214 फोटोरेसिस्ट का उपयोग करें। फोटोरेसिस्ट-लेपित वेफर को दो मिनट के लिए गर्म प्लेट पर १०५ डिग्री सेल्सियस पर बेक करें ।यह फोटोरेसिस्ट फिल्म को सूख जाता है और कठोर बनाता है, जो अन्यथा ग्लास मास्क से चिपक जाता है और यूवी एक्सपोजर के दौरान संदूषण के मुद्दों का कारण बनता है। यह सिलिका सतह के लिए फोटोरेसिस्ट के आसंजन में भी सुधार करता है। फोटोरेसिस्ट पर वांछित डिजाइन प्राप्त करने के लिए मास्क-अलाइनमेंट सिस्टम का उपयोग करके क्रोम मास्क के माध्यम से 15 सेकंड के लिए यूवी एक्सपोजर के तहत वेफर का पर्दाफाश करें।फिर, दो मिनट के लिए एक गर्म थाली पर १२० डिग्री सेल्सियस पर एहसास वेफर सेंकना । इस कदम के दौरान, उजागर नकारात्मक फोटोरेसिस्ट फिल्म आगे क्रॉस लिंक। नतीजतन, फोटोरेसिस्ट के यूवी-उजागर हिस्से अब डेवलपर समाधान में घुलनशील नहीं हैं, जबकि उजागर क्षेत्र घुलनशील हैं।इसके अलावा एक यूवी इलाज प्रणाली में 15 सेकंड के लिए यूवी प्रकाश के तहत वेफर का पर्दाफाश । इस चरण के दौरान, फोटोरेसिस्ट क्षेत्र जो पहले उजागर नहीं किए गए थे, उजागर होते हैं, और बाद में डेवलपर में भंग किए जा सकते हैं। इसके बाद, सिलिकॉन वेफर पर वांछित फोटोरेसिस्ट पैटर्न को प्राप्त करने के लिए 60 सेकंड के लिए AZ 726 फोटोरेसिस्ट डेवलपर के 50 एमएल स्नान में वेफर विसर्जित करें।बाद में डिएकॉलिज्ड पानी का उपयोग करके वेफर को साफ करें, और इसे नाइट्रोजन गैस के साथ सूखते हैं। 50 नैनोमीटर मोटी क्रोमियम परत प्राप्त करने के लिए 200 सेकंड के लिए वेफर पर स्पैटर क्रोमियम। बयान एक आर्गन वातावरण में एक मानक दो इंच दौर लक्ष्य स्रोत के साथ एक मैग्नेट्रॉन प्रकार डीसी प्रतिक्रियाशील धूम का उपयोग कर किया जाता है ।एक क्रोमियम हार्ड मास्क के साथ वांछित सुविधाओं को पीछे छोड़ते हुए, वेफर से शेष फोटोरेसिस्ट को उठाने के लिए पांच मिनट के लिए एक एसीटोन स्नान में स्पंदित वेफर को सोनिकेट करें। एसीटोन और इथेनॉल की प्रचुर मात्रा के साथ वेफर के पीछे की ओर धोने के बाद, एक नाइट्रोजन बंदूक के साथ सूखी उड़ा। फिर, वेफर के पीछे की ओर स्पिन कोटिंग, बेकिंग और यूवी-एक्सपोजर चरणों को दोहराएं।यूवी एक्सपोजर के लिए, मास्क में संरेखण चिह्नों का उपयोग करके वेफर के सामने की ओर वांछित सुविधाओं को संरेखित करने के लिए संपर्क संरेखण में क्रॉसहेयर मॉड्यूल के साथ मैनुअल बैक अलाइनमेंट का उपयोग करें। वेफर के पीछे की ओर के लिए, वेफर के दोनों किनारों पर क्रोमियम हार्ड मास्क के साथ आवश्यक डिजाइन उत्पन्न करने के लिए स्पटर और फोटोरेसिस्ट लिफ्ट ऑफ कदम जारी रखें। क्रोमियम से ढकी सतह नक़्क़ाशी से नहीं गुजरती है।इस प्रकार, जिन स्थानों में क्रोमियम वेफर पर अनुपस्थित है, वेलेट्स और डालना के आउटलेट को परिभाषित करते हैं। वेफर के दोनों किनारों पर उजागर सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत की नक़्क़ाशी से गुजरना एक प्रेरक-युग्मित प्लाज्मा प्रतिक्रियाशील आयन ईथर जो फ्लोरीन और ऑक्सीजन रसायन को नियोजित करता है। प्रत्येक पक्ष के लिए अवधि 16 मिनट है।सिलिकॉन परत में एक पायदान बनाने के लिए बॉश प्रक्रिया का उपयोग करके एनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी के पांच चक्रों के साथ वेफर को संसाधित करें। इस प्रक्रिया को ऑक्टाफ्लोइक्लोबुटेन और सल्फर हेक्साफ्लोराइड गैसों के बारी-बारी से जमावों का उपयोग करके एक फ्लैट साइड वॉल प्रोफाइल की विशेषता है। एनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी और बहुलक जमाव को बारी-बारी से, सिलिकॉन सीधे नीचे जाता है।यह कदम वेफर के हर तरफ किया जाता है। इसके बाद, 10 मिनट के लिए 388 केल्विन के तापमान पर बनाए गए पिरान्हा समाधान के स्नान में वेफर विसर्जित करें। इससे एनिसोट्रोपिक स्टेप में जमा पॉलीमर निकल जाते हैं।अंडरकट बनाने के लिए, जो पुनः प्राप्त प्रोफ़ाइल की पैदावार करता है, 165 सेकंड की अवधि के लिए सल्फर हेक्साफ्लोराइड-आधारित नुस्खा का उपयोग करके आइसोट्रोपिक वक़्के से गुजरना पड़ता है। यह कदम वेफर के हर तरफ किया जाता है। एनिसोट्रोपिक सिलिकॉन नक़्क़ाशी करने के लिए, वेफर को एक गहरे प्रेरक-युग्मित प्लाज्मा-प्रतिक्रियाशील आयन ईथर को सिलिकॉन के 150 माइक्रोन में स्थानांतरित करें।बॉश प्रक्रिया का उपयोग कर गहरी नक़्क़ाशी के 200 चक्र प्रदर्शन करते हैं। इस स्टेप को वेफर के पीछे की तरफ से दोहराएं। अब, नक़्क़ाशी प्रक्रिया से जमा पॉलीमेरिक संदूषकों को हटाने के लिए गीले बेंच में वेफर की सफाई से गुजरना, जो समान नक़्क़ाशी दरों को सुनिश्चित करता है।इन नक़्क़ाशी और सफाई कदम दोहराने के लिए वेफर में छिद्रों के माध्यम से एहसास करने के लिए फिर सेरेंट inlets और दुकानों होने । क्रोम एचेनेट के 100 एमएल बाथ में 60 सेकंड तक डुबोकर क्रोमियम को वेफर से निकाल दें। माइक्रोफैब्रिकेशन प्रक्रिया के बाद, 10 मिनट के लिए एक ग्लास कंटेनर में ताजा तैयार पिरान्हा समाधान के 100 एमएल के साथ वेफर को साफ करें।फिर, आगे एक ९९% शुद्ध नाइट्रोजन गैस दबाव बंदूक के साथ सूखी उड़ा । नमूनों को ३२३ केल्विन में एक स्वच्छ वैक्यूम ओवन के अंदर एक ग्लास पेट्री डिश में रखें जब तक कि चिकनी सिलिकॉन डाइऑक्साइड पर पानी का आंतरिक संपर्क कोण ४८ घंटे के बाद ४० डिग्री के बराबर एक आंतरिक संपर्क कोण थीटा पर स्थिर न हो जाए । नाइट्रोजन कैबिनेट में प्राप्त सूखे नमूनों को स्टोर करें, जो सिलिका जीईएम हैं।सिलिका जीईएम के इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ स्कैन करने से एक झुका हुआ क्रॉस-सेक्शनल दृश्य, एक ही पोर का एक बढ़ाया हुआ क्रॉस-सेक्शनल दृश्य, और पोर के इनलेट्स और आउटलेट्स पर पुनर्प्रजेंटल किनारों के बढ़ाया दृश्य दिखाई देते हैं। इन जीईएम के छिद्रों को लंबवत रूप से संरेखित किया गया था। इनलेट और आउटलेट व्यास 100 माइक्रोन था।छिद्रों के बीच केंद्र-से-केंद्र की दूरी 400 माइक्रोन थी। पुनर्प्रजेंट किनारों और पोर की दीवार के बीच अलगाव 18 माइक्रोन था, और छिद्रों की लंबाई 300 माइक्रोन थी। यहां दिखाया गया है कि सिलिका जीईएम के पानी के नीचे के इनलेट्स पर एयर-वॉटर इंटरफेस के कंप्यूटर-एन्हांस्ड 3डी पुनर्निर्माण हैं ।इसके अलावा दिखाया गया है सफेद बिंदीदार लाइनों के साथ पार अनुभागीय विचार कर रहे हैं । पुनर्प्रजेंट गुहाओं के मामले में, गुहाओं के अंदर जल वाष्प के संघनन ने फंसे हुए हवा को विस्थापित कर दिया, जिसके कारण हवा-पानी के इंटरफेस को ऊपर की ओर उभड़ा दिया गया और सिस्टम को अस्थिर कर दिया गया। इसके विपरीत, सिलिका GEMs एक बहुत लंबी अवधि के लिए उभड़ा से मुक्त रहे, भले ही हीटिंग की दर समान था ।इन परिणामों को दूसरी तरफ के ठंडे हवा-पानी इंटरफेस पर लेजर-गर्म जलाशय से जल वाष्प के तरजीही संघनन के आधार पर युक्तिसंगत बनाया गया था । हालांकि, इस प्रायोगिक विन्यास में बड़े पैमाने पर हस्तांतरण की दर को मापना संभव नहीं था। बॉश प्रक्रिया के दौरान सिलिका पुनर्प्रजेंट संरचनाओं को हटाने से रोकें, इसका उपयोग सिलिकॉन जोड़ने के लिए किया जाता है।क्रोमियम हार्ड मास्क होना बहुत महत्वपूर्ण है। ये निष्कर्ष उन अनुप्रयोगों के लिए सामान्य सामग्रियों की क्षमता को अनलॉक कर सकते हैं जिन्हें वर्तमान में परफ्लोरिनेटेड कोटिंग्स की आवश्यकता होती है, जैसे कि ड्रैग रिडक्शन के लिए या दमन और शुद्धिकरण के लिए।

Research

JoVE Journal

Engineering

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का पता लगाने और पैलेडियम की वसूली, शहरी खान से सोने और कोबाल्ट धातु नेनो वैगन-पहिया के आकार का pores के साथ मनोनीत उपन्यास सेंसर / Adsorbents का उपयोग

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

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Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

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स्कैनिंग लाइट स्कैटरिंग प्रोफेलेटर (एसएलपीएस) इन्टरकोऑक्लियर लेंस से अग्रेषित और पिछड़े लाइट स्कैटरिंग का मात्रात्मक मूल्यांकन करने के लिए आधारित पद्धति

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Micro/Nano-scale Strain Distribution Measurement from Sampling Moir&#233; Fringes

सूक्ष्म / नैनो-स्तरीय वितरण मापन नमूनाकरण से Moire Finges

This work describes the measurement procedure and principles of a sampling moir&#233; technique for full-field micro/nano-scale deformation measurements. ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

चुंबकीय Nanostructures संचरण माइक्रोस्कोप तकनीक का उपयोग कर अध्ययन के लिए सिलिकॉन नाइट्राइड झिल्ली पर चुंबकीय का निर्माण

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...