Questo lavoro è stato sostenuto da Technologico de Monterrey e dall&#39;Università della California a Irvine.

1. Fabbricazione 3D del tessuto carbonio derivato dai capelli umani NOTA: utilizzare dispositivi di protezione individuale. Seguire le istruzioni di laboratorio per utilizzare gli strumenti e lavorare all&#39;interno del laboratorio. <ol><li> Preparare i capelli umani raccolti lavandolo con acqua DI e asciugandolo con gas N 2 . </li><li> Disporre i capelli come desiderato, ad esempio in fili paralleli, attraversare, con due peli avvolti, ecc. </li><li> Fissare i capelli a un substrato di silicio utilizzando SU8 o tenerli direttamente in una barca in ceramica. </li><li> Posizionare il substrato o la barca in silicone attaccato ai capelli in un forno. </li><li> Accendere il forno e aprire la valvola di un serbatoio inerte (N 2 ). NOTA: la portata ottimale del gas dipende dal volume del tubo del forno. È stata applicata una portata di 6 L / min per un volume di tubo di 6 L. Per creare un ambiente completamente inerte nel tubo del forno, una portata di gas 1,5 volte superiore al gas ottimale fBasso tasso è stato applicato per i primi 15 min. </li><li> Impostare i parametri, compresa la temperatura massima di pirolisi, la velocità di rampa di temperatura e la portata del gas inerte e eseguire il forno. <ol><li> Ad esempio, aumentare la temperatura da temperatura ambiente a 300 ° C ad una velocità di rampa di 5 ° C / min. Tenere a 300 ° C per 1 ora per la stabilizzazione. Aumentare ulteriormente la temperatura a 900 ° C e mantenerla per 1 ora di più per la carbonizzazione. </li><li> Raffreddare la fornace fino a 300 ° C ad una velocità di 10 ° C / min e spegnere la stufa del forno, poiché il raffreddamento controllato non è necessario dopo 300 ° C. Lasciare i campioni nel forno fino a che la temperatura raggiunge la temperatura ambiente solo con il flusso N 2 . </li></ol></li><li> Spegnere il forno e il flusso del gas al completamento del processo di pirolisi. </li><li> Prendi i campioni fuori dal forno. </li></ol> 2. Struttura del polimero 3D: Fotolitografia <ol><li> desInserire un layout 2D della struttura di fotoresistenza 3D desiderata utilizzando un pacchetto software appropriato e preparare la maschera stampata ( cioè una maschera fotofilm in polietilene). NOTA: Un servizio commerciale è stato utilizzato per ottenere il disegno stampato. La dimensione della maschera dipende generalmente dal disegno. </li><li> In un impianto di laboratorio pulito, accendere due piastre calde e impostare le temperature a 65 ° C e 95 ° C rispettivamente. </li><li> Accendere un rivestimento di spin e una pompa per vuoto. Assicurarsi che la pompa a vuoto sia collegata tramite un tubo alla testa del filatore. </li><li> Impostare i parametri della rotazione a due fasi, come la velocità di rotazione, la rampa e la durata. Per il primo passo, impostare la velocità di rotazione a 500 rpm, la rampa a 100 rpm / s e il tempo di rotazione a 10 s per iniziare il ciclo di rotazione. Per il passo successivo, impostare la velocità di rotazione a 1.000 giri / min, la rampa a 100 giri / min e il tempo di rotazione a 30 s per distribuire uniformemente il fotoresist. </li><li> Posizionare un substrato ( cioè un 4 pollici x 4 pollici e 5501; wafer di Si ± 25 μm con uno strato SiO 2 di 1 μm) al centro del supporto. </li><li> Depurare il polimero fotosensibile (cioè il fotoresist SU8) direttamente sul centro del substrato. Utilizzate abbastanza per coprire la superficie. </li><li> Spingere il pulsante &quot;vuoto&quot; per trattenere il substrato. </li><li> Spingere il pulsante &quot;Run&quot; per rivestire il substrato con SU8 e per ottenere uno spessore finale di 250 μm. </li><li> Dopo il completamento del processo di filatura, premere nuovamente il pulsante &quot;vuoto&quot; per rilasciare il substrato rivestito dal supporto. </li><li> Mantenere attentamente il substrato rivestito con un tweezer per mantenere la superficie liscia e pulita. Trasferire il substrato direttamente sulla piastra calda a 65 ° C per 6 minuti e poi sulla piastra calda a 95 ° C per 40 minuti (soffice cuocere). NOTA: La cottura a 65 ° C è necessaria per garantire l&#39;evaporazione lenta del solvente, con conseguente migliore rivestimento e migliore adesioneO il substrato, mentre la cottura a 95 ° C densifica ulteriormente la SU8. </li><li> Nel frattempo, premere l&#39;interruttore per attivare il sistema di esposizione UV e impostare il tempo di esposizione a &quot;12 s&quot; utilizzando il pulsante di impostazione nel sistema. NOTA: per uno strato SU8 di 250 μm, l&#39;energia di esposizione deve essere di 360 mJ / cm 2 . </li><li> Una volta completata la fase di cottura (passo 2.10), mettere il substrato nel sistema di esposizione UV e posizionare su di esso il lato stampato di un fotomassaggio (dal punto 2.1). Utilizzare l&#39;intera area maschera per coprire il substrato rivestito e premere delicatamente per assicurare che non vi sia spazio tra la maschera e il substrato. </li><li> Esporre il substrato rivestito di SU8 a radiazioni UV attraverso la maschera fotometrica usando impostazioni UV predefinite. </li><li> Riscaldare nuovamente il substrato posizionandolo direttamente sulla piastra a 65 ° C per 5 minuti e a 95 ° C per 14 minuti per una torta (PEB) post-esposizione. NOTA: Il PEB aumenta il grado di incrociatura nelle aree esposte ai raggi UV e fa ilRivestimento più resistente ai solventi nel passaggio di sviluppo. </li><li> Rimuovere le regioni di fotoresistenza non espositiva immersellando il substrato nella soluzione sviluppata dedicata, posta in un bicchiere, per 20 min. Continuare a scuotere la soluzione (attentamente) per garantire la completa rimozione delle aree resistenti non esposte. </li><li> Asciugare le strutture sviluppate tenendo il substrato e soffiando l&#39;azoto o l&#39;aria compressa su di esso. </li><li> Ispezionare la fetta sotto un microscopio con ingrandimento 50X per confrontare i modelli trasferiti al fotoresist con i modelli desiderati. </li></ol> 3. Fabbricazione della struttura del carbonio 3D: pirolisi <ol><li> Posizionare i campioni preparati usando la fotolitografia (punti 2.1-2.17) all&#39;interno di un forno a tubo pressurizzato e aperto. </li><li> Accendere il forno e impostare i parametri per la pirolisi, come indicato nel passaggio 1. Ripetere il processo dal punto 1.6-1.8. </li><li> Maneggiare attentamente i campioni con le pinzette e procedere a caratterizzarezione. </li></ol>

<ol>
	<li>Wang, C., Jia, G., Taherabadi, L. H., Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+method+for+the+fabrication+of+high-aspect+ratio+C-MEMS+structures.">A novel method for the fabrication of high-aspect ratio C-MEMS structures.</a> J Microelectromech Syst. 14 (2), 348-358 (2005).</li><li>Jong, K. P. D., Geus, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nano&#64257;bers:+catalytic+synthesis+and+applications.">Carbon nano&#64257;bers: catalytic synthesis and applications.</a> Catal Rev Sci Eng. 42, 481-510 (2000).</li><li>Elrouby, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+applications+of+carbon+nanotube.">Electrochemical applications of carbon nanotube.</a> J Nano Adv Mat. 1 (1), 23-38 (2013).</li><li>Baughman, R. H., Zakhidov, A. A., Heer, W. A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotubes-the+route+toward+applications.">Carbon nanotubes-the route toward applications.</a> Science. 297, 787-792 (2002).</li><li>Kumar, R., Singh, R. K., Singh, D. 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(1-3), 184-190 (2006).</li><li>Sharma, S., Kalita, G., Hirano, R., Hayashi, Y., Tanemura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+gas+composition+on+the+formation+of+graphene+domain+synthesized+from+camphor.">Influence of gas composition on the formation of graphene domain synthesized from camphor.</a> Mater Lett. 93, 258-262 (2013).</li><li>Ghosh, P., Afre, R. 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L., Ito, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+properties+of+lateral+p-i-p+structures+using+single+crystalline+CVD+diamond+layers+for+high+electric+&#64257;eld+applications.">Fabrication and properties of lateral p-i-p structures using single crystalline CVD diamond layers for high electric &#64257;eld applications.</a> Diamond Rel Mater. 12, 1563-1568 (2003).</li><li>Tay, B. K., Sheeja, D., Yu, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+stress+reduction+of+tetrahedral+amorphous+carbon+&#64257;lms+for+moving+mechanical+assemblies.">On stress reduction of tetrahedral amorphous carbon &#64257;lms for moving mechanical assemblies.</a> Diamond Rel Mater. 12 (2), 185-194 (2003).</li><li>Kamath, R. R., Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+carbon+interdigitated+electrode+arrays+for+redox-amplification.">Three-dimensional carbon interdigitated electrode arrays for redox-amplification.</a> Anal Chem. 86 (6), 2963-2971 (2014).</li><li>Sharma, S., Khalajhedayati, A., Rupert, T. J., Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SU8+derived+glassy+carbon+for+lithium+ion+batteries.">SU8 derived glassy carbon for lithium ion batteries.</a> ECS Trans. 61 (7), 75-84 (2014).</li><li>Kim, D., Pramanick, B., Salazar, A., Tcho, I. -. W., Madou, M. J., Jung, E. S., Choi, Y. -. K., Hwang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+carbon+electrode+based+triboelectric+nanogenerator.">3D carbon electrode based triboelectric nanogenerator.</a> Adv Mater Technol. 1 (8), 1-7 (2016).</li><li>Duarte, R. M., Gorkin, R. A., Samra, K. B., Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+integration+of+3D+carbon-electrode+dielectrophoresis+on+a+CD-like+centrifugal+microfluidic+platform.">The integration of 3D carbon-electrode dielectrophoresis on a CD-like centrifugal microfluidic platform.</a> Lab Chip. 10 (8), 1030-1043 (2010).</li><li>Mund, K., Richter, G., Weidlich, E., Fahlstrom, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+properties+of+platinum,+glassy+carbon,+and+pyrographite+as+stimulating+electrodes.">Electrochemical properties of platinum, glassy carbon, and pyrographite as stimulating electrodes.</a> Pacing Clin Electrophysiol. 9 (6), 1225-1229 (1986).</li><li>Xua, H., Malladi, K., Wang, C., Kulinsky, L., Song, M., Madou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+post-microarrays+for+glucose+sensors.">Carbon post-microarrays for glucose sensors.</a> Biosens Bioelectron. 23 (11), 1637-1644 (2008).</li><li>Sharma, S., Madou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro+and+nano+patterning+of+carbon+electrodes+for+bioMEMS.">Micro and nano patterning of carbon electrodes for bioMEMS.</a> Bioinspir Biomim Nanobiomat. 1, 252-265 (2012).</li><li>Pramanick, B., Martinez-Chapa, S. O., Madou, M. <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+biocompatible+hollow+microneedles+using+the+C-MEMS+process+for+transdermal+drug+delivery.">Fabrication of biocompatible hollow microneedles using the C-MEMS process for transdermal drug delivery.</a> ECS Trans. 72 (1), 45-50 (2016).</li></ol>

Gli autori non hanno niente da rivelare.

In questo documento sono stati riportati i metodi per la fabbricazione di una varietà di microstrutture di carbonio basate sulla pirolisi dei materiali precursori naturali o strutture fotopolimerizzate. I materiali di carbonio risultanti sia dai processi C-MEMS / C-NEMS tradizionali che non convenzionali sono tipicamente riscontrabili come carboni vetrosi. Il carbonio Glassy è un materiale elettrodo molto usato per l&#39;elettrochimica e per applicazioni ad alta temperatura. La microstruttura del carbonio vetroso è c...

Il carbonio ha molte allotropie e, a seconda della particolare applicazione, può essere scelto uno dei seguenti allotropi: nanotubi di carbonio (CNT), grafite, diamante, carbonio amorfo, lonsdaleite, buckminsterfullerene (C 60 ), fullerite (C 540 ), fullerene C 70 ) e carbonio vetroso 1 , 2 , 3 , 4 . Il carbonio glassy è una delle allotropes più utilizzate a causa delle sue proprietà fisiche, compresa l&#39;alta isotropia. Ha anche le seguenti proprietà: buona conducibilità elettrica, basso coefficiente di espansione termica e impermeabilità del gas. C&#39;è stata una continua ricerca di materiali precursori ricchi di carbonio per ottenere strutture in carbonio. Questi precursori possono essere materiali artificiali o prodotti naturali disponibili in forme particolari e includere anche prodotti di scarto. Una vasta gamma di micr<html> Le nanostrutture vengono formate in natura attraverso processi biologici o ambientali, dando origine a caratteristiche uniche che sono estremamente difficili da creare utilizzando strumenti di produzione convenzionali. In questo caso, naturalmente, il patterning avveniva, la sintesi di nanomateriali utilizzando precursori naturali e rifiuti di idrocarburi potrebbe essere effettuata usando un processo di decomposizione termica semplice in un solo passo in un&#39;atmosfera inerte o sotto vuoto chiamata pirolisi 5 . Il grafene di alta qualità, le CNT a singolo muro, le CNT multi-walled e i punti di carbonio sono stati prodotti dalla decomposizione termica o dalla pirolisi di precursori e rifiuti derivanti da piante, compresi semi, fibre e olii, come olio di trementina, olio di sesamo , Olio di neem ( Azadirachta indica ), olio di eucalipto, olio di palma e olio di jatropha. Inoltre, sono stati utilizzati prodotti di canfora, estratti di tea tree, cibi di rifiuti, insetti, rifiuti agro e prodotti alimentari, 6 , 7 ,Recentemente, i ricercatori hanno addirittura utilizzato bozzoli di seta come materiale precursore per preparare microfibre di carbonio poroso 10 . I capelli umani, di solito considerati un materiale di scarto, sono stati recentemente utilizzati da questa squadra. È costituito da circa il 91% di polipeptidi, che contengono più del 50% di carbonio; Il resto sono elementi quali ossigeno, idrogeno, azoto e zolfo 11 . I capelli sono dotati anche di diverse proprietà interessanti, come il degrado molto lento, la resistenza alla trazione, l&#39;elevato isolamento termico e l&#39;elevato recupero elastico. Recentemente è stato utilizzato per preparare fiocchi di carbonio impiegati nei supercapacitori 12 e per creare microfibre di carbonio vuoto per il rilevamento elettrochimico 13 . La lavorazione di un materiale di carbonio sfuso per la fabbricazione di strutture tridimensionali (3D) è un compito difficile, poiché il materiale è molto fragile. L&#39;ioni focalizzato èSono 14 , 15 o l&#39;etching di ioni reattivi 16 possono essere utili in questo contesto, ma sono costosi e che richiedono molto tempo. La tecnologia del microelettromeccanico del carbonio (C-MEMS), basata sulla pirolisi delle strutture polimeriche modellate, rappresenta un&#39;alternativa versatile. Negli ultimi due decenni, i sistemi C-MEMS ei sistemi nanoelettromeccanici di carbonio (C-NEMS) hanno ricevuto molta attenzione a causa delle semplici e poco costose fasi di fabbricazione coinvolte. Il processo convenzionale di fabbricazione di C-MEMS viene effettuato in due fasi: (i) il patterning di un precursore polimero ( ad es. Un fotoresist) con fotolitografia e (ii) la pirolisi delle strutture modellate. I precursori polimerici ultravioletti (UV), come i fotoresistanti SU8, vengono spesso usati per strutturare strutture basate sulla fotolitografia. In generale, il processo di fotolitografia comprende i passaggi per il rivestimento a spin, la cottura morbida, l&#39;esposizione a raggi UV, il post-cuocere e il cammelloluppo. Nel caso di C-MEMS; silicio; biossido di silicio; Nitruro di silicio; quarzo; E, più recentemente, zaffiri sono stati usati come substrati. Le strutture polimeriche a motivi fotografiche vengono carbonizzate ad alta temperatura (800-1,100 ° C) in un ambiente senza ossigeno. A quelle temperature elevate in vuoto o in atmosfera inerte, tutti gli elementi non carbonici vengono rimossi, lasciando solo carbonio. Questa tecnica consente la realizzazione di strutture di carbonio di alta qualità, vetrose, molto utili per molte applicazioni, tra cui la rilevazione elettrochimica 17 , l&#39;accumulo di energia 18 , la nanogenerazione triboelettrica 19 e la manipolazione delle particelle elettriche 20. Inoltre, la fabbricazione di microstrutture 3D con Gli elevati rapporti degli aspetti con C-MEMS sono diventati relativamente facili e hanno portato ad una grande varietà di applicazioni di elettrodi di carbonio 18 , 21 , </sup&gt; 22 , 23 , sostituendo spesso elettrodi nobili. In questo lavoro viene introdotto il recente sviluppo di un modo semplice e conveniente di fabbricare microfibre di carbonio vuoto da capelli umani utilizzando la tecnologia C-MEMS non convenzionale 13 . Viene descritto anche il processo C-MEMS basato sul polimero convenzionale SU8. In particolare, viene descritta la procedura di fabbricazione per solidi a rapporto ad alta visibilità e per strutture cave SU8 24.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="690">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">SU8-2100</td>
			<td style="width:141px;">Microchem</td>
			<td style="width:167px;">Product number-Y1110750500L</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Spinner</td>
			<td style="width:141px;">Laurell Technologies Corporation</td>
			<td style="width:167px;">Model-WS650HZB-23NPP/UD3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Hotplate</td>
			<td style="width:141px;">Torrey Pines Scientific</td>
			<td style="width:167px;">HS61</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">UV-exposer</td>
			<td style="width:141px;">Mercury Lamp, SYLVANIA</td>
			<td style="width:167px;">H44GS-100M, P/N-34-0054-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Photomask</td>
			<td style="width:141px;">CAD/Art</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td>No number</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Developer&#160;</td>
			<td style="width:141px;">Microchem</td>
			<td style="width:167px;">Y020100 4000L&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DI water system</td>
			<td style="width:141px;">Milli Q</td>
			<td style="width:167px;">ZOOQOVOTO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">IPA</td>
			<td style="width:141px;">CTR Sientific</td>
			<td style="width:167px;">CTR 01244</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">N2 gas</td>
			<td style="width:141px;">AOC Mexico</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td>No number</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Furnace</td>
			<td style="width:141px;">PEO 601, ATV Technologie GMBH</td>
			<td style="width:167px;">Model-PEO 601, Serial no.-195</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Si/SiO2</td>
			<td style="width:141px;">Noel Technologies</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of 3d carbon microelectromechanical systems (c-mems)

Sono disponibili una vasta gamma di fonti di carbonio in natura, con una varietà di configurazioni micro / nanostrutture. Qui viene introdotta una tecnica innovativa per la fabbricazione di microfibre di carbonio vetroso lungo e cave provenienti dai peli umani. Le strutture lunghe e cave di carbonio sono state fatte dalla pirolisi dei capelli umani a 900 ° C in atmosfera N2. La morfologia e la composizione chimica dei peli umani naturali e pirolizzati sono stati studiati rispettivamente utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la spettroscopia a raggi X dispersivi a elettroni (EDX) per stimare i cambiamenti fisici e chimici dovuti alla pirolisi. La spettroscopia Raman è stata utilizzata per confermare la natura vetrosa delle microstrutture del carbonio. Il carbonio dei capelli pirolizzati è stato introdotto per modificare elettrodi di carbonio stampati a schermo; Gli elettrodi modificati sono stati quindi applicati al rilevamento elettrochimico della dopamina e dell&#39;acido ascorbico. La prestazione sensoriale dei sensori modificati è stata migliorata rispetto agli unmodiSensori. Per ottenere la struttura desiderata del carbonio, è stata sviluppata la tecnologia del micro- / nanoelettromeccanico del carbonio (C-MEMS / C-NEMS). Il più comune processo di fabbricazione di C-MEMS / C-NEMS è costituito da due fasi: (i) il patterning di un materiale base ricco di carbonio, come un polimero fotosensibile, utilizzando fotolitografia; E (ii) carbonizzazione attraverso la pirolisi del polimero modellato in un ambiente senza ossigeno. Il processo C-MEMS / NEMS è stato ampiamente utilizzato per sviluppare dispositivi microelettronici per varie applicazioni, tra cui micro-batterie, supercapacitors, sensori di glucosio, sensori di gas, celle a combustibile e nanogeneratori triboelettrici. Qui vengono discussi i recenti sviluppi di microstrutture solide e microstrutture a carbonio con SU8 fotoresist. Il ritiro strutturale durante la pirolisi è stato studiato utilizzando microscopia confocale e SEM. La spettroscopia Raman è stata utilizzata per confermare la cristallinità della struttura e la percentuale atomica degli elementi presaNt nel materiale prima e dopo che la pirolisi è stata misurata usando EDX.

Uno schema del processo di fabbricazione per microfibre di carbonio vuoto derivato dai capelli umani è mostrato in Figura 1 . I capelli umani carbonizzati sono stati caratterizzati utilizzando SEM per stimare il ritiro. Il diametro dei capelli è diminuito da 82,88 ± 0,003 μm a 31,42 ± 0,003 μm a causa della pirolisi. Le immagini di scansione elettronica microscopica (SEM) di vari modelli realizzati utilizzando microfibre di carbonio derivate dai capell...

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Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

Le microfibre di carbonio vetroso lungo e cavo sono state fabbricate sulla base della pirolisi di un prodotto naturale, capelli umani. Le due fasi di fabbricazione di sistemi microelettromeccanici e di nanoelettromeccanici in carbonio, o C-MEMS e C-NEMS, sono: (i) la fotolitografia di un precursore polimerico ricco di carbonio e (ii) la pirolisi del precursore polimerico modellato.

Fabbricazione di sistemi microelettromeccanici a carbonio 3D (C-MEMS)

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long ...

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems (C-MEMS)

12.0K Views.  Tecnologico de Monterrey.  Le microfibre di carbonio vetroso lungo e cavo sono state fabbricate sulla base della pirolisi di un prodotto naturale, capelli umani. Le due fasi di fabbricazione di sistemi microelettromeccanici e di nanoelettromeccanici in carbonio, o C-MEMS e C-NEMS, sono: (i) la fotolitografia di un precursore polimerico ricco di carbonio e (ii) la pirolisi del precursore polimerico modellato. 

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Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

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High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

Fabbricazione di ossidi complessi spazialmente confinati

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Fabbricazione di bassa temperatura Nanotubi di carbonio interconnessioni verticali Compatibile con la tecnologia Semiconductor

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Fabbricazione e caratterizzazione di superconduttori risonatori

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

Bidirezionale Valorizzazione di scorie d&#39;altoforno: Sintesi di carbonato di calcio precipitato e zeolitici Heavy Metal Adsorbente

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

Fabbricazione ad alta temperatura di Nanostrutturati di ossido di ittrio stabilizzato-Zirconia (YSZ) Ponteggi da<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogel

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex donor-acceptor emitters is presented. With a step-by-step procedure, readers will be able to repeat and produce OLED devices based on simple organic emitters. A patterning procedure allowing the creation of personalized indium tin oxide (ITO) shape is shown. This is followed by the evaporation of all layers, encapsulation and characterization of each individual device. The end goal is to present a procedure that will give the opportunity to repeat the information presented in cited publication but also using different compounds and structures in order to prepare efficient OLEDs.

A protocol for the production of simple structured organic light-emitting diodes (OLEDs) is presented.

Produzione e caratterizzazione di vuoto depositato Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for applications in two-dimensional nanoelectronics devices. Although many methods to synthesize SnSe nanocrystals have been developed, a simple way to fabricate large-sized single-layer SnSe flakes remains a great challenge. Herein, we show the experimental method to directly grow large-sized single-layer rectangular SnSe flakes on commonly used SiO2/Si insulating substrates using a straightforward two-step fabrication method in an atmospheric pressure quartz tube furnace system. The single-layer rectangular SnSe flakes with an average thickness of ~6.8 &#197; and lateral dimensions of about 30 &#181;m &#215; 50 &#181;m were fabricated by a combination of vapor transport deposition technique and nitrogen etching route. We characterized the morphology, microstructure, and electrical properties of the rectangular SnSe flakes and obtained excellent crystallinity and good electronic properties. This article about the two-step fabrication method can help researchers grow other similar two-dimensional, large-sized, single-layer materials using an atmospheric pressure system.

A protocol is presented demonstrating a two-step fabrication technique to grow large-sized single-layer rectangular shaped SnSe flakes on low-cost SiO2/Si dielectrics wafers in an atmospheric pressure quartz tube furnace system.

Pressione atmosferica fabbricazione di fiocchi di medie e grandi monostrato rettangolare SnSe

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

Fabbricazione di sistemi microelettromeccanici a carbonio 3D (C-MEMS)

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