Это хорошо документированы, что углеродные нанотрубки имеют огромное разнообразие потенциальных применений. Это связано с их высокой электропроводности и теплопроводности, исключительная прочность, жесткость и способность восстановить свою первоначальную форму после сжатия [2-5]. Углеродные нанотрубки можно выращивать различные процессы, которые включают в себя: дуговой разряд, лазерная абляция и химическое осаждение из паровой фазы. Наиболее перспективным из этих методов является сердечно-сосудистых заболеваний, который позволяет УНТ быть выращены на месте по предварительной узором подложках [6]. Хотя кучность обычно делается с помощью фотолитографии, в последнее время новый метод мягкой литографии структурирование было продемонстрировано, чтобы быть более эффективным, экономичным и универсальным [7-10]. Нанотрубки имеют огромный интерес как в их первоначальном виде, а также как часть композитного материала. Встроенные нанотрубок в полимерных матрицах повышения свойств материала за счет увеличения механической прочности и теплопроводности [11-13]. Однако, когда композиционных осуществляется в растворе, УНТ обычно образуют агрегаты, которые уменьшили свойствами по сравнению с отдельными трубками. Кроме того, для оптимальной передачи нагрузки от полимера к встроенному УНТ, должны быть сильными интерфейс между трубами и матрицы. Это лишь два из проблем, связанных с CNT-полимерных композиционных производства, и они были решены многие исследовательские группы. Возможные решения включают в себя плазменной обработки ведущих к повышению дисперсии [14] и функционализации УНТ [15]. Успешное включение УНТ в полимерных матрицах может привести к приложениям, в том числе, плоских дисплеев, сенсоров, гибких электронных устройств, и исполнительные механизмы [16-18]. До полной реализации своего потенциала, вопросы, контролируемых и экономического производства нанотрубок и их последующее композитов, должны быть преодолены. Ранее мы уже сообщали эффективным и экономичным методом включения углеродных нанотрубок в поли (диметилсилоксана), PDMS, полимерной матрице [1]. Используя эту технику, мы смогли включить в свои планы выращенных УНТ массивов в композит. Это избавляет от необходимости разогнать УНТ до композитных образования. Она также позволяет контролировать положение и плотность встроенных нанотрубок. Морфология встроенных нанотрубок можно управлять, изменяя условия CVD используется для выращивания УНТ [19]. Здесь мы опишем последующим направлением наших исследований, который должен отличаться от объемной доли в УНТ усиленного полимера. Это делается путем растущего массива УНТ в сетке моделей. Ранее мы сообщали, с использованием параллельных линий массивов УНТ, которые укрепляют только в направлении, параллельном линии. Сетка модели однако позволяют механических арматуры в обоих х-и у-плоскости тонкой пленки композита. В общем случае линии сетки 5 м м в ширину и расстояние между линиями увеличивается до варьироваться объемная доля УНТ, выращенные на поверхности подложки. Мы будем использовать их в качестве выращенных УНТ укрепить полимера тонких пленок на спиновых покрытие излечимых полимера на нанотрубке сеток. Экспериментальный Углеродные нанотрубки были выращены методом CVD использованием ацетилена, C 2 H 2, как источник углерода. Подложки для роста нанотрубок были подготовлены мягкой структурирование литографии, как описано в [20-22]. Эта техника работает использования эластомера штамп, шаблон для раствора катализатора на подложке из оксида кремния. Штамп отлит из кремния мастер узорной обычными методами фотолитографии (рис. 1А).  Рисунок 1. (А): Схема структурирования кремния с использованием традиционных мастер фотолитографии. (Б): Схема литья эластомеров штамп мастер кремния. Печать может быть использована для мягких структурирование литографии. Многие марки может быть отлит из того же мастера. Фотолитография структурирование Первый шаг в фотолитографии структурирование мастера заключается в разработке положительного хром на высококачественного кварца, 4inch х 4inch х 0.06inch фотошаблонов. Маска была разработана с использованием программного обеспечения Kic 2,4 [23], а затем производства Photronics ( Уэльс ) Ltd дизайн Мы выбрали сетку моделей с накопительным расстояние между линиями сетки. Положение линий сетки соответствует возможному расположение массивов УНТ. Таким образом, мы систематически снижение объемной доли УНТ, выращенные на поверхности подложки за счет увеличения меж-сетки. Предполагается, что эти модели CNT сетку быть включены в тонкие композиционные пленки. Поэтому мы будем иметь метод контроля объемной доли нанотрубок, встроенных в полимерной матрице. Это расположение и плотность вложенных сетей нанотрубок, которые определяют механические, электрические и тепловые свойства композитного материала. Сетки были предназначены для широкого 5ƒÊm с расстояния от 5 м до 75 м м м Photomask Это фотошаблонов затем был использован для передачи сетка на мастер кремния. Кремниевой пластины впервые чистить с помощью перекиси / раствор серной кислоты (H 2 SO 4: H 2 O 2 в соотношении 3:1) и обожженного, чтобы удалить остатки воды. Следующий слой HMDS (гексаметилдисилазана), адгезии была спина литой на кремний затем Шипли 1813 положительным фоторезиста. Фотошаблонов был помещен над фоторезиста и немаскированные области были depolymerised под воздействием УФ-излучения. После УФ-облучения, Шипли MF 319 разработчиком был использован для удаления областей фоторезиста которые деградировали. Картина была передана реактивного ионного травления, РИТ, подвергнутого кремния. RIE связано с использованием CF 4 газ при скорости потока 50 стандартных кубических сантиметров в минуту (SCCM), ВЧ мощности в 100 Вт и давлении 1 Торр. Травления время было 15 мин. Мастер травления было изображено по полевой эмиссии сканирующей электронной микроскопии (FESEM) и высота профиля была получена интерферометрии. Эластомер Марки Следующим шагом было бросить эластомера марки из этого мастера кремния. Эластомера используется поли (диметилсилоксана), PDMS, (Dow Corning). Это гидрофобных полимеров и будет придерживаться сильно мастер кремния. Причина этого необратимые уплотнение образования ковалентных-O-Si-O-связей по реакции конденсации силанольных групп по PDMS и-ОН-содержащих функциональных групп на кремнии. Поэтому мы должны сделать мастер гидрофобные перед заливкой марок. Это делается с помощью fluorosilane как релиз промоутера. Первый мастер кремния очищается и активируется УФ / озона для 30 мин. Сразу после активации, подложка помещается в эксикатор вместе с около 0,3-0,5 мл (гептадекафтор-1 ,1,2,2-tetrahydrodecyl)-трихлорсилана (Oakwood Продукты Inc.) Эксикаторе перекачивается до давления в 2,0 мбар. Через 60 минут эксикаторе выпускается с воздухом. Подложка затем вставляется в предварительно разогретой духовке при температуре 60 ° С в течение 45 мин. Марки PDMS Эластомер Марки PDMS эластомера были отлиты из гидрофобных мастер кремния (рис. 1В). Смесь PDMS база: отвердитель, в 10: 1 отношение, было падение на литых мастера и отверждение в атмосферных условиях в течение 4 дней. Вылечил PDMS марки затем отпустили легко от хозяина и, как ожидается, марки отображается обратный топологии мастеров. Это было проверено интерферометрии. Марки были в районе 1 см толщиной. Catalyst структурирование Марки были затем использованы для картины железосодержащих катализаторов для роста УНТ. Поли (стирол-vinylferrocene), был синтезирован анионно авторов, и характеризуется Ядерный магнитный резонанс и гель-проникающей хроматографии (не показаны) для определения его содержания железа (2,1%). Термогравиметрический анализ показал, что между 350 º C и 450 º С, 93% полимер разлагается. Он также подтвердил, что 4% частиц катализатора (предположительно железа или оксид железа) остался на уровне 800 ° <С. Следовательно, этот катализатор подходит для использования в CVD CNT роста, который был определен ранее оптимальным при температуре 700 ° С [19]. PS-PVF катализатор узорной на 100 нм SiO 2, которая является достаточно выше критической толщиной 50 нм, где NT насыщает скорость роста [24]. ССЗ проводили в атмосфере аргона при атмосферном давлении. Газа аргона перевозчика скорость потока 200sccm. Активного газа использовался ацетилен. Расход для ацетилена 200sccm. УНТ были выращены при 700 º C (при температуре 800 º углерода С-волокна с диаметром больше чем 100 нм форме) и времени осаждения может варьироваться от 10 минут до 1 час в зависимости от длины УНТ требуется. Результаты и обсуждение Сетка модели были выгравированы на кремний мастера (рис. 2). 4inch х 4inch мастера была разделена на 15 секций. Каждый раздел содержит 5 м шаблоны м сетку с расстояния в пределах от 5-75 м м. Это соответствовало объемной доли от 12-92%.  Рисунок 2. FESEM () показывает, кремния мастер отображения сетки моделей. Интерферометрии (б) показывает, высота профиля мастера. Мастер затем обрабатывали fluorosilane сформировать поверхность с низким межфазной свободной энергии. Контактный угол измерялся изменить в среднем от 16 º ± 2 º до среднего значения в 114 º ± 6 º, которая была стабильной в течение более 4 5 дней. Эластомер марки затем были отлиты из мастера и выпустили легко. Интерферометрия показали, что глубина особенности на марках был 492nm (рис. 3). Эти марки были использованы в качестве производимых и без дальнейшего лечения было необходимо. Предыдущие методы [7,8,10] описали гидрофилизации марки PDMS, чтобы сделать их совместимыми с катализатором решения по образцу. Этот шаг не является необходимым с нашими катализатором материала.  Рисунок 3. Сканирование интерферометрии показывает топологию поверхности штампа и дает высоту профиля 492nm. Марки были использованы для картины раствора катализатора на SiO 2 субстратов. Катализатор, используемый был поли (стирол-vinylferrocene), ПС-PVF. Vinylferrocene часть этого полимера содержит железное ядро, которое является активным катализатором для роста УНТ при температурах, используемых в этих экспериментах. PS-PVF полимерного порошка, растворяют в толуоле. Первоначально тетрагидрофурана был использован в качестве растворителя, но мы получили улучшенное качество картины с помощью толуола. Толуол по сообщениям набухает PDMS [22], но для нашей 5 м Размеры м м особенность, которую мы не обнаружили негативного воздействия на образец качества. Мы также были в состоянии повторного использования PDMS марки число раз, прежде чем картина качество начал деградировать. Мы использовали 4wt% раствора (изменение концентрации раствора можно использовать как метод контроля плотности нанотрубок [19]). Капля PS-PVF решения был сделан на SiO 2 субстратов. Эластомера марка была затем приводят в контакт с подложкой. Раствора катализатора мигрирует в пазы на печать, он был оставлен на ночь для толуола испаряться, и когда марка была удалена оно показало узорной подложкой, как показано на рисунке 4.  Рисунок 4. Catalyst микро-шаблоны порожденной мягким структурирование литографии. Расстояние между линиями сетки составляет 10, 25 и 50 мкм (слева направо). Ширина сетки постоянен на 5 мкм. Мягкие структурирование литографии позволяет ограничиться частиц катализатора с точностью измерений нашей модели. Поэтому при сердечно-сосудистых заболеваний можно было бы ожидать, что УНТ растут только в пределах размеров сетки, которая наблюдалась на рисунке 5.  Рисунок 5. После сердечно-сосудистых заболеваний, рост углеродных нанотрубок произошло только на микро-узорной области подложки. УНТ были выращены на сетках с 10 мкм (а) расстояния и 50 мкм, расстояния (б). (С) и (г), демонстрируют более высокую увеличение нанотрубки, выращенные в пределах размеров сеток. Выводы В заключение доклада масштабируемой недорогой техникой расти сетки модели нанотрубки массивов. Между сетки могут быть адаптированы в соответствии с требованиями дать простой метод контроля объемной доли нанотрубки, выращенные на нашей подложках. Это наше намерение включить эти массивы УНТ в гибкие свободно стоящих тонкой композитной пленки. Для этого мы будем использовать новый метод производства композитных ранее описано и продемонстрировано авторами. Использование мягких структурирование литографии мы можем выборочно позиции каналов проводимости УНТ и контроль за их объемная доля в композит. Композитных затем могут быть использованы для применений, требующих проводящих каналов в пределах гибкой матрице. Эти приложения включают гибкую электронику, электромагнитные щиты и сенсоры. Благодарности Авторы признают, ирландский Высшего Образования (HEA), Enterprise Ireland и ЕС конкретные целевые научно-исследовательский проект DESYGN-IT (нет NMP4-CT-2004-505626) за финансовую поддержку. Авторы также благодарны профессору PM Ajayan и проф CY-рю, из Rensellaer политехнический институт, Нью-Йорк , А также, профессор С. Каррен из Нью-Мексико Состояние Университет , Для их первоначального вклада в этот проект. |
1. Е. Lahiff, CY-рю, С. Каррен, А. И. Минетт, WJ Блау, П. М. Ajayan, Nano Lett. (Связь), 3 (10), 1333-1337, 2003. 2. MR Falvo, ГДж Клари, Р. Тейлор, В. Ши, Ф. П. Брукс-младший, С. Washburn, Р. Superfine, Nature, 389, 582, 1997 год. 3. СРГ Wildoer, LC Venema, А. Г. Rinzler, Р. Е. Смолли, К. Деккер, Природа, 1998, 391, 59. 4. MJ Biercuk, MC Llaguno, М. Радосавлевич, JK Хен, AT Джонсон, Appl. Phys. Lett., 2002, 80, 2767. 5. С. А. Чесноков, В. А. Налимова, А. Г. Rinzler, Р. Е. Смолли, JE Fischer, Phys. Преподобный Lett., 82 (2), 343, 1999 год. 6. BQ Вэй, Р. Vajtai, Ю. Г. Юнга, Дж. Уорд, Р. Чжан, Г. Ramanath, PM Ajayan, Nature, 416, 495, 2002 год. 7. Х. Добрый, JM Bonard, К. Emmenegger, Л. О. Нильссон, К. Хернади, Е. Майярд-Schaller, Л. Schlapbach, Л. Forro, К. Керн, Adv. Матер., 11 (15), 1285, 1999 8. JM Bonard, П. Chauvin, К. Клинке, Nano Lett., 2 (6), 665-667, 2002 9. С. Хуанг, Л. Дай, А. Мау, Physica B, 323, 333-335, 2002. 10. Х. Добрый, JM Bonard, Л. Forro, К. Керна, К. Хернади, Л. О. Нильсон, Л. Schlapbach, Ленгмюра, 16, 6877-6883, 2000. 11. М. Cadek, Ю. Н. Коулман, К. П. Райан, В. Николози, Г. Bister, А. Фонсека, Б. Надь, К. Шостак, Ф. Бегин, WJ Блау, Nano Lett, (связь), 4 (2);. 353 -356, 2004. 12. Н. Коулман, М. Cadek, Р. Блейка, В. Николози, К. П. Райан, К. Белтон, А. Фонсека, Б. Надь, Ю. К. Гунько, WJ Блау, Adv. Fun. Матер., 14 (8), 791-798, 2004 13. А. Б. Далтон, С. Коллинз, Э. Муньос, JM Razal, VH Ebron, JP Ferrari, Н. Коулман, Б. Ким, RH Боман, Природа, 2003, 423, 703. 14. Д. Ши, Дж. Лиан, П. Он, Л. М. Ван, Ф. Сяо, Л. Янг, М. Шульц, Д. Б. мачты, Appl. Phys. Lett., 83 (25), 5301, 2003. 15. Веласко-Сантос, А. Л. Martýnez-Эрнандес, FT Фишер, Р. Руофф, В. М. Castan, Chem. Матер., 15, 4470-4475, 2003. 16. WA-де Хир, А. Шателена, Д. Угарте, науки, 1995, 270, 1179. 17. А. Моди, Н. Koratkar, Е. Lass, Б. Вэй, PM Ajayan, Природа, 2003, 424, 171. 18. С. Courty, Дж. Mine, AR Таджбахш, Е. М. Терентьев, Europhys. Lett., 2003, 64 (5), 654-660. 19. Е. Lahiff, А. И. Минетт, С. Каррен, CY-рю, WJ Блау, П. М. Ajayan, Матем. Res. Soc. Симпозиума. Proc., Vol. 782, A5.11.1 2004 года. 20. Ю. Ся, Г. М. Уайтсайдс, Angew. Chem. Int. Ред., 37, 550-575, 1998. 21. Ю. Ся, Дж. Тянь, Д. Цинь, Г. М. Уайтсайдс, Ленгмюра, 12, 4033-4038, 1996. 22. А. Кумар, Г. М. Уайтсайдс, Appl. Phys. Lett., 63 (14), 2002-2004, 1993. 23. IC Design Software, Уайтли Research, 456 Флора Vista, авеню , Саннивейл Калифорния 94086 . 24. А. Цао, PM Ajayan, Г. Ramanath, Р. Baskaran, К. Тернер, Appl. Phys. Lett., 84 (1), 109, 2004 |