Save 20% On a Jenway 7315 Spectrophotometer from Bibby Scientific

There is 1 related live offer.

20% Off Jenway Spectrophotometer
OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0125

Производящ Контролируемые Картины Решетки Блоков Nanotube для Усиливать Смеси Полимера

 

DESYGN ИТ - Экстренный Выпуск

Конструкция, Синтез и Рост Nanotubes для Промышленной Технологии

 
 

Emer Lahiff, Kentaro Nakajima, A.I. Minett и W.J. Blau

Pty Ltd. AZoM.com Авторского Права

Это статья Системы Вознаграждениями Открытого Доступа AZo (AZo-ВЕСЕЛ) распределенная в соответствии с AZo-ВЕСЕЛ http://www.azonano.com/oars.asp которым польза разрешений неограниченная предусмотрела первоначально работу правильно процитирована но ограничена к общественный распределению и воспроизводству.

Представлено: 6-ое ноября 2007th

Вывешено: 16-ое ноября 2007th

Покрытые Темы

Конспект

Введение

Экспириментально

Делать По Образцу Фотолитографии

Photomask

Штемпеля Эластомера

Штемпеля Эластомера PDMS

Делать По Образцу Катализатора

Результаты и Обсуждение

Заключения

Подтверждения

Справки

Детали Контакта

Конспект

Увеличить влияние подкрепления nanotube (CNT) углерода на фильме полимера тонком, пока уменьшая содержание nanotube, controllable путь менять объемную долю CNTs внутри смесь необходимо. Здесь мы описываем изготовление controllable картин решетки CNT на субстрате окиси кремния Низложением Химического Пара (CVD). Путем менять разъединения решетки мы можем манипулировать количество CNTs присутствующее на субстратах. Эти, котор как-росли блоки nanotube можно легко включать в фильм свободного стоящего полимера тонкий как продемонстрировано недавно [1]. Врезанные nanotubes механически усиливают полимер и также обеспечивают сеть тропа кондукции через изолируя матрицу полимера. Механически проводимости подкрепления, электрических и термальных быть в зависимости от композиционного материала расположение и концентрация этих каналов кондукции.

Мягкий делать по образцу литографирования катализатора используемого во время продукции nanotube позволяет для селективный располагать блоков CNT. Multi-Огороженные nanotubes углерода рослись разложением диссугаза в камере CVD.

Введение

Оно документирован что nanotubes углерода имеют огромное разнообразие потенциальных применений. Это должно к их высоким электрическим и термальным проводимостям, исключительнейшей прочности, жесткости и способности возвратить их первоначально форму после обжатия [2-5]. Nanotubes Углерода могут вырастись различными процессами которые включают; разрядка дуги, удаление лазера и низложение химического пара. Самое перспективнейшее этих методов CVD который позволяет CNTs вырастись в situ на pre-сделанных по образцу субстратах [6]. Пока делать по образцу обычно сделан фотолитографией, недавно был продемонстрированы, что будет новый вызванный метод мягкий делать по образцу литографирования эффективне, экономичен и разностороннь [7-10]. Nanotubes большущего интереса обоих в их первоначально форме, и также как часть композиционного материала. Врезанные nanotubes в матрицах полимера увеличивают материальные свойства путем увеличивать механически прочность и проводимость [11-13]. Однако, когда составное образование будет унесено в разрешении, CNTs компоситы формы обычно которые имеют уменьшенные свойства по сравнению с индивидуальными пробками. Также, ибо оптимальный переход нагрузки от полимера к врезанному CNTs, должно быть сильный интерфейс между пробками и матрицей. Эти но 2 из проблем связанных с продукцией и ими CNT-полимера составной были адресованы много исследовательских групп. Возможные разрешения включают обработку плазмы водя к увеличенному рассеиванию [14] и functionalisation CNTs [15]. Успешное внесение CNTs в матрицах полимера смогло вести к применениям включая; плоские экраны, датчики, гибкие электронные устройства, и приводы [16-18]. Перед осуществлять их полную мощность, вопросы controllable и хозяйственной продукции nanotubes и их последующих смесей, необходимо отжать.

Мы ранее сообщали эффективный и рентабельный метод включать nanotubes в поли (dimethylsiloxane), PDMS углерода, матрицу полимера [1]. Используя этот метод мы могли включать, котор как-росли блоки CNT в смесь. Это исключает потребность разметать CNTs до составного образования. Оно также позволяет управлению над положением и плотностью врезанных nanotubes. Словотолкование врезанных nanotubes может быть проконтролировано путем изменять условия CVD используемые для того чтобы вырасти CNTs [19].

Здесь мы описываем последующее направление нашего исследования которое поменять объемную долю CNTs в усиленном полимере. Это сделано путем блоки CNT в картинах решетки. Ранее мы сообщили используя параллельные линии блоков CNT которые усиливают только в направлении параллельном к линиям. Картины Решетки однако прибавлять на механически подкрепление и в y-плоскости x- и смеси тонкого фильма. Вообще измерительные линии 5μm широкое и разъединение между линиями увеличено для того чтобы поменять объемную долю CNTs, котор росли на поверхности субстрата. Мы после этого будем использовать эти, котор как-росли CNTs для того чтобы усилить фильмы полимера тонкие закруткой покрывая curable полимер на решетки nanotube.

Экспириментально

Nanotubes Углерода рослись CVD используя диссугаз, CH22, как источник углерода. Субстраты используемые для роста nanotube были подготовлены мягким литографированием делая по образцу как описано в другом месте [20-22]. Этот метод использует пользу штемпеля эластомера, сделать по образцу разрешение катализатора на субстрат окиси кремния. Штемпель брошен от оригинала кремния сделанного по образцу обычными методами фотолитографии (Диаграммой 1A).

Диаграмма 1. (a): Схема делать по образцу оригинал кремния используя традиционную фотолитографию. (b): Схема бросать штемпель эластомера от оригинала кремния. Штемпель можно после этого использовать для мягкий делать по образцу литографирования. Много штемпелей можно бросить от такого же оригинала.

Делать По Образцу Фотолитографии

Первый шаг в делать по образцу фотолитографии оригинала был конструировать положительный кром на кварце высокой ранга, 4inch x 4inch x photomask 0.06inch. Маска была конструирована используя ПО Kic 2,4 [23] и после этого была изготовлена Ltd Photronics (Уэльса). Конструкция мы выбрали были картинами решетки с дифференциальным дистанционированием между измерительными линиями. Положение измерительных линий соответствует к окончательному расположению блоков CNT. Следовательно, мы систематически уменьшаем объемную долю CNTs, котор росл на поверхности субстрата путем увеличивать дистанционирование взаимо--решетки. Предназначено, чтобы эти картины решетки CNT были включены в смеси тонкого фильма. Мы поэтому будем иметь метод контролировать объемную долю nanotubes врезанных внутри матрица полимера. Расположение и плотность врезанных сетей nanotube которые определяют механически, электрические и термальные свойства композиционного материала. Gridlines было конструировано для того чтобы быть 5ƒÊm широко с разъединениями от 5μm до 75μm.

Photomask

Этот photomask после этого был использован для того чтобы перенести картину решетки на оригинал кремния. Вафля кремния сперва была очищена используя перекись/серный кислый раствор (HSO24: HO22 в коэффициенте 3: 1) и pre-испечено для того чтобы извлечь любую остаточную воду. Затем слой HMDS (hexamethyldisilazane), промоутера прилипания было бросанием закрутки на кремний следовать фоторезистом позитва Shipley 1813. Photomask был помещен над фоторезистом и демаскированные области были деполимеризованы подвержением к UV. После UV выдержки, проявитель Shipley MF 319 был использован для того чтобы извлечь зоны фоторезиста которые ухудшили. Картина была перенесена реактивным вытравливанием иона, RIE, котор подвергли действию кремния. RIE включило пользу газа4 CF на расход потока 50 стандартных кубических сантиметров в минуту (sccm), силу rf на 100W и давление 1 Торр. Время etch было 15min. Вытравленный оригинал был imaged Электронной Микроскопией Скеннирования Излучения Поля (FESEM) и профиль высоты был получен интерферометрией.

Штемпеля Эластомера

Следующий шаг был бросить штемпеля эластомера от этого оригинала кремния. Используемый эластомер поли (dimethylsiloxane), PDMS, (Dow Corning). Это гидродобный полимер и будет придерживаться сильно к оригиналу кремния. Причина для этого необратимого запечатывания образование ковалентный - скрепления O-Si-O реакцией конденсации групп silanol на PDMS и - OH-содержать функциональные группы на кремнии. Следовательно мы должны сделать оригинал гидродобной перед бросать штемпеля. Это сделано используя fluorosilane как промоутер отпуска. Во Первых оригинал кремния очищен и активирован UV/ozone для 30mins. Немедленно после активации, субстрат помещен в dessicator вместе с около 0.3-0.5 ml (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) - trichlorosilane, (Oakwood Продукты Inc.). Dessicator нагнетен вниз к давлению 2,0 mbar. После 60 минут dessicator провентилирован с воздухом. Субстрат после этого введен в подогретую печь на 60ºC для 45min.

Штемпеля Эластомера PDMS

Штемпеля эластомера PDMS были брошены от гидродобного оригинала кремния (Диаграммы 1B). Смесь основания PDMS: леча агент, в 10: 1 коэффициент, было бросанием падения на оригинал и позволенным вылечить под атмосферическими условиями в течение 4 дней. Вылеченные штемпеля PDMS после этого выпущенные легко от оригинала и как предположено, штемпеля показали обратную топологию оригиналов. Это было подтвержено интерферометрией. Штемпеля были в области 1cm толщиного.

Делать По Образцу Катализатора

Штемпеля после этого были использованы для того чтобы сделать по образцу утюг содержа катализатор для роста CNT. Поли (стиропласт-vinylferrocene), анионно синтезировал авторами, и был охарактеризован не показанной Хромотографией Проникания Ядерного Магнитного Резонанса и Геля () для того чтобы определить свое содержание утюга (2,1%). Термальный Гравиметровый Анализ показал что между 350ºC и 450ºC, 93% из разложенного полимера. Он также подтвердил что 4% из частиц катализатора (предположительно утюг или железная окалина) остало на 800º ‹C. Следовательно, этот катализатор был соответствующ для пользы в росте CVD CNT, который был определены, что ранее был оптимальн на 700ºC [19].

Катализатор PS-PVF был сделан по образцу на 100nm SiO2, которое достаточно над критической толщиной 50nm где скорость роста NT насыщает [24]. CVD был выполнен под аргоном на атмосферном давлении. Расход потока газа несущей аргона было 200sccm. Активный используемый газ был диссугазом. Расход потока для диссугаза было 200sccm. CNTs рослось на 700ºC (на волокнах углерода 800ºC с формой 100nm диаметров большой после этого) и время низложения можно поменять от 10min к 1hr в зависимости от длины CNTs требовало.

Результаты и Обсуждение

Картины Решетки были вытравлены в оригинал кремния (Диаграмму 2). 4inch x оригинал 4inch были отделены в 15 разделов. Каждый раздел содержал картины решетки 5μm при дистанционирования колебаясь от 5-75μm. Это соответствовало к объемным долям от 12-92%.

На Диаграмму 2. FESEM (a) показано кремнию мастерские показывая картины решетки. Интерферометрия (b) показывает профиль высоты оригинала.

Оригинал после этого был обработан с fluorosilane для того чтобы сформировать поверхность с низкой interfacial свободной энергией. Угол соприкосновения был измерен для того чтобы изменить от среднего 16º ± 2º к средней величине 114º ± 6º, которое было стабилизировано на больше чем 45 дней. Штемпеля Эластомера после этого были брошены от оригинала и были выпущены легко. Интерферометрия показала что глубина характеристик на штемпелях было 492nm (Диаграммой 3). Эти штемпеля были использованы как произведенная и никакая более дальнейшая обработка не была необходима. Предыдущие методы [7,8,10] описывали hydrophilization штемпелей PDMS для того чтобы сделать их совместимой при разрешения катализатора, котор нужно сделать по образцу. Этот шаг ненужен с нашим материалом катализатора.

Диаграмма 3. Развертка интерферометрии показывает поверхностную топологию штемпеля и дает профиль высоты 492nm.

Штемпеля были использованы для того чтобы сделать по образцу разрешение катализатора на субстраты2 SiO. Используемый катализатор был поли (стиропласт-vinylferrocene), PS-PVF. Часть vinylferrocene этого полимера содержит металлический стержень который активен как катализатор для роста CNT на температурах используемых в этих экспериментах. Порошок полимера PS-PVF был растворен в толуоле. Первоначально тетрагидрофуран был использован как растворитель но, мы получили увеличенное качество картины путем использование толуола. Толуол сообщено опухает PDMS [22] но для наших размеров характеристики 5μm мы не нашли никакие отрицательные влияния на качестве картины. Мы могли также повторно использовать штемпеля PDMS несколько времен прежде чем качество картины начало ухудшать. Мы использовали разрешение 4wt% (менять концентрацию разрешения можно использовать как метод для того чтобы контролировать плотность роста nanotube [19]). Падение разрешения PS-PVF было помещено на субстратах2 SiO. Штемпель эластомера после этого был коснут друг друга с субстратом. Разрешение катализатора проникает в пазы на штемпеле, оно было выйдено ночным для толуола для того чтобы испариться и когда штемпель извлекался он показал сделанный по образцу субстрат как показано в Диаграмме 4.

Диаграмма 4. микро--картины Катализатора произведенные мягкий делать по образцу литографирования. Дистанционирование между gridlines 10, 25 и 50μm (налево к праву). Ширина gridlines постоянн на 5μm.

Мягкий делать по образцу литографирования позволяет нам ограничить частицы катализатора к в пределах размерам наших картин. Поэтому во время CVD мы надеялись бы что CNTs растет только в пределах размеров решеток которое наблюдалось в Диаграмме 5.

Диаграмма 5. После CVD, рост nanotube углерода произошел только на микро--сделанных по образцу зонах субстрата. CNTs рослось на решетках при 10μm (a) размечая и 50μm размечая (b). (c) и (d) покажите более высокое увеличение nanotubes, котор росли в пределах размеров решеток.

Заключения

В заключение, мы сообщаем масштабируемый недорогой метод для того чтобы вырасти картины решетки блоков nanotube. Дистанционирование взаимо--решетки можно портняжничать как требовалось дающ простой метод контролировать объемную долю nanotubes, котор росли на наших субстратах. Наше намерие включать эти блоки CNT в гибкую свободн-стоя смесь тонкого фильма. Для того чтобы сделать это мы будем использовать романный метод составной продукции ранее описанный и продемонстрированный авторами.

Используя мягкое литографирование делая по образцу мы можем выборочно расположить каналы кондукции CNT и проконтролировать их объемную долю внутри смесь. Смесь можно после этого использовать для применений которые требуют проводных каналов внутри bendable матрица. Эти применения включают гибкую электронику, электромагнитные экраны и датчики.

Подтверждения

Авторы подтверждают Ирландский Авторитет Высшего Образования (HEA), Предпринимательство Ирландию и Научно-исследовательский Проект DESYGN-IT EU Пристрелнный Специфическим (Отсутствие NMP4-CT-2004-505626) для финансовой поддержки.

Авторы также признательны к Prof. P.M. Ajayan и Prof. C.Y. Ryu, Политехнического Института Rensellaer, Нью Йорк, и также, Prof. S. Curran Государственного Университета Неш-Мексико, для их начального входного сигнала в этот проект.

Справки

1. E. Lahiff, C.Y. Ryu, S. Curran, A.I. Minett, W.J. Blau, P.M. Ajayan, Nano Lett. (Сообщение), 3(10), 1333-1337, 2003.

2. M.R. Falvo, G.J. Clary, R.M. Тейлор, V. Хи, F.P. Ручеек Младший, S. Washburn, R. Superfine, Природа, 389, 582, 1997.

3. J.W.G. Wildoer, L.C. Venema, A.G. Rinzler, R.E. Smalley, C. Dekker, Природа, 1998, 391, 59.

4. M.J. Biercuk, M.C. Llaguno, M. Radosavljevic, J.K. Hyun, A.T. Джонсон, Appl. Phys. Lett., 2002, 80, 2767.

5. S.A. Chesnokov, V.A. Nalimova, A.G. Rinzler, R.E. Smalley, J.E. Фишер, Phys. Rev. Lett., 82 (2), 343, 1999.

6. B.Q. Вэй, R. Vajtai, Y. Jung, J. Палата, R. Zhang, G. Ramanath, P.M. Ajayan, Природа, 416, 495, 2002.

7. H. Вид, J.M. Bonard, C. Emmenegger, L.O. Nilsson, K. Hernadi, E. Maillard-Schaller, L. Schlapbach, L. Forro, K. Керн, Adv. Mater., 11 (15), 1285, 1999

8. J.M. Bonard, P. Chauvin, C. Klinke, Nano Lett., 2 (6), 665-667, 2002

9. S. Huang, L. Dai, A. Mau, Physica B, 323, 333-335, 2002.

10. H. Вид, J.M. Bonard, L. Forro, K. Керн, K. Hernadi, L.O. Nilsson, L. Schlapbach, Langmuir, 16, 6877-6883, 2000.

11. M. Cadek, J.N. Coleman, K.P. Райан, V. Nicolosi, G. Bister, A. Fonseca, J.B. Надь, K. Szostak, F. Beguin, W.J. Blau, Nano Lett., (Сообщение), 4(2); 353-356, 2004.

12. J.N. Coleman, M. Cadek, R. Блейк, V. Nicolosi, K.P. Райан, C. Belton, A. Fonseca, J.B. Надь, Y.K. Gun'ko, W.J. Blau, Adv. Потеха. Mater., 14 (8), 791-798, 2004

13. A.B. Dalton, S. Collins, E. Munoz, J.M. Razal, V.H. Ebron, J.P. Ferraris, J.N. Coleman, B.G. Ким, R.H. Baughman, Природа, 2003, 423, 703.

14. D. Shi, J. Lian, P. Он, L.M. Wang, F. Xiao, L. Yang, M.J. Schulz, D.B. Рангоут, Appl. Phys. Lett., 83 (25), 5301, 2003.

15. Velasco-Сантос, A.L. Martýnez-Hernandez, F.T. Fisher, R. Ruoff, V.M. Castan, Chem. Mater., 15, 4470-4475, 2003.

16. W.A. de Heer, A. Chatelain, D. Ugarte, Наука, 1995, 270, 1179.

17. A. Modi, N. Koratkar, E. Lass, B. Вэй, P.M. Ajayan, Природа, 2003, 424, 171.

18. S. Courty, J. Шахта, A.R. Tajbakhsh и E.M. Terentjev, Europhys. Lett., 2003, 64 (5), 654-660.

19. E. Lahiff, A.I. Minett, S. Curran, C.Y. Ryu, W.J. Blau, P.M. Ajayan, Циновка. Res. SOC. Symp. Proc., VOL. 782, A5.11.1, 2004.

20. Y. Xia, G.M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed., 37, 550-575, 1998.

21. Y. Xia, J. Tien, D. Qin, G.M. Whitesides, Langmuir, 12, 4033-4038, 1996.

22. A. Kumar, G.M. Whitesides, Appl. Phys. Lett., 63 (14), 2002-2004, 1993.

23. IC Конструировать ПО, Whiteley Исследование Inc., Бульвар Перспективы 456 Флор, Sunnyvale CA 94086.

24. A. Cao, P.M. Ajayan, G. Ramanath, R. Baskaran, K. Тёрнер, Appl. Phys. Lett., 84 (1), 109, 2004

Детали Контакта

Werner J. Blau, Др. Emer Lahiff, Андрю I. Minett и Др. Kentaro Nakajima

Исследовательский Центр Полимера Ирландии Материалов
Школа Физики,
Коллеж Дублин Троицы
Дублин 2
Ирландия

Электронная Почта: wblau@tcd.ie

 

 

Date Added: Nov 14, 2007 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:31

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit