This work was supported by the NSF (CMMI-1351370).

1. Diseño Máscaras para la fabricación de sustrato donador <ol><li> Diseñar una máscara con la geometría deseada. Para fabricar 100 micras x 100 micras unidades individuales de silicio cuadrados, dibuja una serie de 100 m x 100 m cuadrados. </li><li> Diseñar una segunda máscara con una geometría idéntica, con cada lado que se extiende hacia fuera una suma adicional de 15 micras. Para la gama de 100 micras x 100 m cuadrados, dibuja una serie de 130 micras x 130 m cuadrados que pueden cubrir las plazas en el paso 1.1. </li><li> Diseño de la geometría de anclaje. Dibuja cuatro 20 micras x 40 micras rectángulos, cada uno centrado a lo largo de un borde de un cuadrado. Coloque las estructuras de manera que la primera 15 micras cubre el 100 micras original X 100 m cuadrado en el paso 1.1 y el restante 25 micras se extiende hacia fuera (como se muestra en la Figura 2). NOTA: Cualquier forma y dimensiones pueden ser utilizados siempre que los contactos de anclaje tanto en el material modelado y el sustrato. Un extremo de este anclaje cubre el origenAl geometría en el paso 1.1 y el otro extremo debe extenderse a cabo la geometría en el paso 1.2. </li></ol> 2. Preparar sustrato donador recuperable <ol><li> Preparar un silicio dopado tipo p sobre aislante (SOI) oblea con 3 m de espesor de capa de dispositivo, con resistencia de la lámina de 1-20 Ω • cm y espesor de la capa de óxido de caja de 1 m. NOTA: Para las diversas aplicaciones de estos parámetros pueden ser alterados. </li><li> Girar escudo fotoprotector (AZ5214, 3000 rpm durante 30 segundos, 1,5 m de espesor) y fije la máscara diseñada en el paso 1.1. </li><li> El uso de un ataque por iones reactivos (RIE) instrumento, patrón de la capa de dispositivo de la oblea SOI y quitar la máscara fotoprotector. Después de este paso, la región grabado RIE ha dejado al descubierto la capa de óxido de caja (Figura 2A). </li><li> Girar escudo fotoprotector (AZ5214, 3000 rpm durante 30 segundos, 1,5 m de espesor) y el patrón con la máscara diseñada en el paso 1.2. </li><li> Calentar la oblea a 125 º C durante 90 segundos en un plato caliente. </li><li> Sumerja la oblea en49% de HF en 50 segundos para grabar la capa de óxido cuadro expuesto en el paso 2.3. Después de secarse por completo, retire el fotoprotector enmascaramiento (Figura 2B). </li><li> Escudo de centrifugado (AZ5214, 3000 rpm durante 30 segundos, 1,5 m de espesor) y el patrón del diseño de anclaje desde el paso 1.3. </li><li> Calentar la oblea a 125 º C durante 90 segundos en un plato caliente. </li><li> Sumerja en 49% de HF durante 50 min. Este paso ataca la capa de óxido de caja que queda por debajo de la capa de silicio dispositivo con dibujos restantes, resultando en unidades individuales de silicio en suspensión sobre la fotoprotección (Figura 2C). </li></ol> 3. Máscaras de diseño para un sello MicroTip <ol><li> Diseñar una máscara con un solo 100 m x 100 m cuadrados. </li><li> Diseñar una máscara con múltiples 12 micras x 12 micras cuadrados dentro de una zona x 100 micras 100 micras. </li></ol> 4. Hacer el molde para un sello MicroTip <ol><li> Limpie una oblea de silicio con orientación cristalina de &lt;1-0-0&gt;, deposentarse 100 nm de nitruro de silicio usando Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition equipo (PECVD). </li><li> Girar escudo fotoprotector (AZ5214, 3000 rpm durante 30 segundos, 1,5 m de espesor) y el patrón con la máscara diseñada en el paso 3.2. </li><li> Patrón de la capa de nitruro de silicio utilizando 10:01 Buffered Óxido Etchant (BOE). </li><li> Disolver 80 g de hidróxido de potasio (KOH) en 170 ml de agua desionizada y 40 ml de alcohol isopropílico (IPA) mezcla de un vaso de precipitados. </li><li> Calentar el IPA, y la mezcla de agua de KOH a 80 ° C en una placa caliente. </li><li> Verticalmente colocar la oblea preparada en el vaso de precipitados con la mezcla de KOH para grabar el silicio expuesto en la estructura cristalina (tasa de ataque químico es de alrededor de 1 m / min). </li><li> Después de que el silicio expuesto está completamente grabado al agua fuerte, eliminar la oblea de mezcla de KOH, grabar la distancia de nitruro de silicio utilizando HF, y realizar RCA 1 y RCA 2 limpieza (Figura 3A). </li><li> Haga girar el abrigo con SU-8 100 y el patrón con la máscara preparado desde el paso 3.1 con receta siguiente: 3000 rPM durante 1 min, hornear suave a 65 ° C durante 10 min y 95 ° C durante 30 min, a exponer con 550 mJ / cm 2, y después de hornear a 65 ° C durante 1 min y 95 ° C durante 10 min (Figura 3B ). </li><li> Después de la SU-8 100 esté completamente curado, aplicar una monocapa de (tridecafluoro-1 1,2,3-tetrahidro octil)-1-triclorosilano dejando caer 3-5 gotas de (tridecafluoro-1, 1,2,3 - tetrahidro octil)-1-triclorosilano en un frasco de vacío y la colocación de la oblea en el frasco y aplicar el vacío. </li></ol> 5. Duplicar un sello MicroTip usando un molde <ol><li> Mezclar polidimetilsiloxano (PDMS) de base y agente de curado con la proporción de 5:01. </li><li> Desgasificar la mezcla mediante la colocación en un frasco de vacío. </li><li> Vierta una pequeña porción de la mezcla desgasificada de PDMS en el molde y dejar que el reflujo de PDMS para lograr una superficie superior plana (Figura 3C). </li><li> Coloque el molde con PDMS en el horno a 70 º C durante 2 horas para curar completamente el PDMS. </li><li> Retire el molde delhorno y pelar las PDMS off (Figura 3D). </li></ol> 6. Recuperar tinta del sustrato donador e imprimir en el área objetivo <ol><li> Coloque el sustrato donante en etapas motorizadas de rotación y X, Y-traducción equipados con un microscopio. </li><li> Coloque el sello micropunta a una etapa de traslación vertical de independiente. </li><li> Bajo el microscopio, alinear el sello micropunta con la tinta de Si sobre el sustrato donante utilizando de traslación y de rotación etapas. Por otra parte, hacer la alineación inclinación entre la superficie micropunta y la tinta de Si mediante el ajuste de una etapa de inclinación. Después, llevar el sello micropunta abajo para hacer contacto. </li><li> Poco a poco llevar el sello micropunta bajar aún más después del contacto inicial, por lo que las pequeñas puntas están totalmente colapsados ​​y toda la superficie está en contacto con la tinta Si el sustrato donante. </li><li> Elevar rápidamente la etapa Z, rompiendo los anclajes debido a la gran área de contacto entre el sello y la tinta micropunta de Si, a retrieve Si la tinta del sustrato donante y adjuntarlo a la marca de micropunta. NOTA: Cuando el sello micropunta es libre de cualquier estrés, la micropunta comprimido restaura a su forma original piramidal, lo que hace un mínimo contacto con la tinta Si recuperado. </li><li> Coloque el sustrato receptor en una etapa y-X de translación y alinear la tinta de Si recuperado bajo el sello de micropunta en la ubicación deseada. </li><li> Descender la etapa Z hasta que la tinta de Si recuperado apenas hace contacto con el sustrato receptor. </li><li> Después de hacer contacto, aumentar lentamente la etapa Z para liberar la tinta de Si, la impresión de que en la ubicación deseada. </li></ol> 7. Proceso de unión <ol><li> Programa de un horno de recocido térmico rápido a ciclo de RT hasta 950 ° C en 90 segundos, se mantienen a 950 ° C durante 10 min y enfriar a RT (mediante la eliminación de cualquier suministro de calor en el horno). </li><li> Coloque el sustrato receptor impreso en el horno en un ambiente con aire ambiente y recocido a 950 °C durante 10 min para Si-Si de unión o a 360 ° C durante 30 min para el Si-Au unión. </li></ol>

<ol>
	<li>Stix, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+&#8220;Point+one.">Toward &#8220;Point one.</a> Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).</li><li>Appenzeler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Man+Who+Dared+to+Think+Small.">The Man Who Dared to Think Small.</a> Science. 254, 1300-1301 (1991).</li><li>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=Fundamentals+of+Microfabrications+The+Science+of+Miniaturization.">Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization.</a> , (2002).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).</li><li>Judy, 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=Microelectromechanical+systems+(MEMS)+fabrication,+design+and+applications.">Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications.</a> Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).</li><li>Jain, V. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Micromanufacturing Process. , (2012).</li><li>Keum, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+micro-masonry+using+elastomeric+stamps+for+three-dimensional+microfabrication.">Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication.</a> J Micromech Microeng. 22, 55018 (2012).</li><li>Keum, H., Chung, H., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+Contact+at+The+Interface+between+Silicon+and+Transfer-Printed+Gold+Films+by+Eutectic+Joining.">Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061 (2013).</li><li>Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatically+Driven+Collapsible+Au+Thin+Films+Assembled+Using+Transfer+Printing+for+Thermal+Switching.">Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching.</a> Appl Phys Lett. 100, 211904 (2012).</li><li>Klaassen, E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+and+deep+reactive+ion+etching:+a+new+technology+for+microstructures.">Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures.</a> Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).</li><li>Barth, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+for+fabrication+of+sensors+actuators+and+microstructures.">Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures.</a> Sens Actuators. A21 - A23, 919-926 (1990).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Micro-mampostería, presentado en la Figura 4, implica la unión por fusión de silicio en una etapa de unión de material. Unión por fusión de silicio se consigue colocando la muestra en un horno de recocido térmico rápido (RTA horno) y calentando la muestra a 950 ° C durante 10 min. Esta condición de recocido es tanto adoptables entre Si - Si y Si - SiO2 10,11 unión. Alternativamente, el Au unida con una tira de Si como se encuentra en la Figura 5C adopta unión eutéctica, y por lo tanto, la temperatura de unión es de alrededor de la temperatura eutéctica de Si-Au (363 ° C) durante 30 min 8. Para asegurar la unión eutéctica, antes de imprimir tintas de Au sobre una tira de Si, la tira de Si debe ser limpiado a fondo con 49% de HF con el fin de evitar que cualquier impureza, tales como óxido nativo en la interfaz de la UA y Si. Ser capaz de montar Au películas con micro-mampostería mejora enormemente amplia adaptación de la micro-mampostería esquema de fabricación since introduce un tipo de metal del material. Debido a su baja resistencia de contacto eléctrico con el silicio, que puede ser utilizado como un electrodo en los dispositivos MEMS finalizado, así como una flexión membrana suspendida como se presenta en Keum et al. 9 Tintas transferibles desarrollados se limitan actualmente a Si y Au y los materiales de sus sustratos receptores correspondientes son Si y SiO2 para el Si y Au y Si para Au. En general, una mayor área de contacto entre un sustrato y un receptor resultados de tinta en la facilidad en la etapa de impresión. Sin embargo, la impresión de una tinta mientras está en contacto parcialmente la superficie también es factible, lo que resulta en la estructura suspendida, como se demuestra en la Figura 4E. Mientras micro-masonería es un enfoque novedoso de la microfabricación, todavía hay limitaciones para superar en el proceso. En primer lugar y ahora la mayoría es la fabricación de escalabilidad ya que el conjunto determinista actual de tintas sólidas se realizó individuoLY en lugar de en el mismo tiempo. Además, dado que la unión por fusión de silicio se ejerce en alta temperatura, las diferencias en Si y SiO 2 coeficiente de expansión térmica pueden dar lugar a pandeo / deslaminación en la interfaz. Estas limitaciones tienen que seguir investigando durante más amplia adaptación de la técnica de micro-mampostería. Tal como se presenta en la Figura 4, la micro-mampostería tiene una inmensa influencia en los procesos de MEMS convencionales, que se basan principalmente en la microfabricación monolítica, a través de su aditivo único y capacidad de fabricación flexible de tres estructuras dimensionales de la microescala que es previamente no vista. Además, micro-mampostería tiene la capacidad de manipular rasgos delicados en la microescala, sin dañar la superficie, ya que utiliza sellos elastoméricos blandos. El trabajo futuro incluye la impresión de transferencia en paralelo para reducir el tiempo de montaje, procesos de unión localizados habilitados por el recocido asistida por láser, y extender este proceso a buceadorSE MEMS materiales tales como SiO 2, x N y de Si, Al, etc.

Sistemas microelectromecánicos (MEMS), tales como la miniaturización de las máquinas ordinarias 3D a gran escala, son indispensables para el avance de las tecnologías modernas, proporcionando mejoras en el rendimiento y la reducción de 1,2 coste de fabricación. Sin embargo, al ritmo actual de avance tecnológico en MEMS no se puede mantener sin continuas innovaciones en las tecnologías de fabricación de 3-6. Microfabricación monolítica Común se basa principalmente en los procesos capa por capa desarrollados para la fabricación de circuitos integrados (IC). Este método ha tenido bastante éxito a permitir la producción en masa de dispositivos MEMS de alto rendimiento. Sin embargo, debido a su compleja capa por capa y la naturaleza electroquímica sustractivo, la fabricación de estructuras y dispositivos 3D MEMS en forma de manera diversa, mientras que es fácil en el macromundo, es muy difícil de lograr con este microfabricación monolítica. Para activar la microfabricación 3D más flexible con menor complejidad proceso, DEVEllado una estrategia microfabricación aditivo 3D (llamado &#39;micro / nano-albañilería&#39;), que consiste en un montaje basado en la impresión por transferencia de materiales micro / nanoescala en conjunción con técnicas de material de unión de recocido térmico rápido habilitado. Impresión por transferencia es un método para transferir los materiales a microescala sólidos (es decir, &#39;tintas sólidas&#39;) a partir de un sustrato en el que se generan o se cultivan a un sustrato diferente mediante el uso de adherencia en seco controlada de sellos elastoméricos. El procedimiento típico de micro-mampostería se inicia con la impresión de transferencia. Tintas sólidas son prefabricadas de transferencia impresa utilizando un sello micropunta que es una forma avanzada de sellos elastoméricos y las estructuras impresas son recocidos posteriormente utilizando recocido térmico rápido (RTA) para mejorar de tinta de tinta y la adherencia-sustrato de tinta. Este enfoque de fabricación permite la construcción de estructuras de microescala inusuales y dispositivos que no pueden ser acomodados usando otra meto existenteDS 7. Micro-mampostería proporciona varias características atractivas que no están presentes en otras formas: (a) la capacidad de integrar las tintas sólidas funcionales y estructurales de materiales diferentes para montar los sensores MEMS y actuadores todo ello integrado dentro de la estructura 3D; (B) las interfaces de tintas sólidas ensamblados pueden funcionar como contactos eléctricos y térmicos 9,10; (C) la resolución espacial de montaje puede ser alta (~ 1 m) mediante la utilización altamente escalables y bien entendidos procesos litográficos para la generación de tintas sólidas y etapas mecánicas altamente precisas para la transferencia de la impresión 7; y (d) las tintas sólidas funcionales y estructurales se pueden integrar en ambos sustratos rígidos y flexibles en plano o geometrías curvilíneas.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="758">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:217px;">Name of Material / Equipment</td>
			<td style="width:97px;">Company</td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:347px;">Comments / Description</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Az 5214</td>
			<td>Clariant</td>
			<td></td>
			<td>1.5 mm thick photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Su8-100</td>
			<td>Microchem</td>
			<td></td>
			<td>100 mm Photoresist used in mold</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sylgard 184</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td>PDMS mixed to fabricate stamp</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hydrofluoric Acid</td>
			<td>Honeywell</td>
			<td></td>
			<td>Acid to etch silicon oxide layer</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Silicon on insulator</td>
			<td>Ultrasil</td>
			<td></td>
			<td>Donor substrate was fabricated</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">trichlorosilane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Chemical used to help pealing of PDMS from mold</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micro-masonry for 3d additive micromanufacturing

Impresión por transferencia es un método para transferir materiales micro / nanoescala sólidos (en el presente documento denominados &#39;tintas&#39;) a partir de un sustrato en el que se generan a un sustrato diferente mediante la utilización de sellos elastoméricos. Impresión de transferencia permite la integración de materiales heterogéneos para fabricar estructuras o sistemas sin ejemplo funcionales que se encuentran en dispositivos avanzados recientes tales como las células solares flexibles y estirables y matrices de LED. Mientras que la impresión por transferencia presenta características únicas en la capacidad de montaje de material, el uso de capas de adhesivo o la modificación de la superficie tales como la deposición de auto-ensamblado monocapa (SAM) sobre sustratos para la mejora de procesos de impresión dificulta su amplia adaptación en micromontaje de sistema microelectromecánicos (MEMS) estructuras y dispositivos. Para superar este inconveniente, hemos desarrollado un modo avanzado de la impresión de la transferencia que reúne de manera determinista objetos microescala individuales únicamente a través de control de área de contacto superficialsin ninguna alteración de la superficie. La ausencia de una capa de adhesivo u otra modificación y los procesos de material de unión posteriores garantizar no sólo la unión mecánica, pero la conexión también térmica y eléctrica entre materiales ensamblados, que abre aún más diversas aplicaciones en la adaptación en la construcción de dispositivos de MEMS inusuales.

Micro-mampostería permite la integración material heterogéneo para generar estructuras de MEMS que son muy difíciles o imposibles de alcanzar por los procesos de microfabricación monolíticos. Con el fin de demostrar su capacidad, una estructura (llamado un &quot;tetera de micro &#39;) se fabrica únicamente a través de micro-mampostería. Figura 4A es una imagen de microscopio óptico de las tintas de Si fabrica sobre un sustrato donante. Las tintas diseñadas son discos con diferentes dimensiones de silicio monocristalino, que son los componentes básicos de la tetera micro. Una vez que un sustrato donante se prepara de forma independiente, los discos son de transferencia impresa sobre un sustrato receptor y la capa de recocido por capa de la utilización de un sello de micropunta como se muestra en la Figura 4B. La región interior de la tetera de micro es hueco como puede verse a partir de cada disco montado. Por otra parte, la delicadeza de los procesos de micro-mampostería también se prueba mediante la impresión por transferencia y el recocido de un lugar exquisito del photplaquetas de cristal ONIC (Figuras 4C-E). Superficies fotónicos son primero modeladas con la litografía de nano-impresión e hicieron como tintas transferibles sobre un sustrato donante como se indica en el protocolo. Una vez está totalmente preparó la tinta, el de plaquetas de cristal fotónico se transfiere a cuatro anillos de Si con 50 m de espesor, formando una tabla como configuración mostrada en la Figura 4E. Aparte de micro-mampostería para tintas de silicio, las imágenes en la Figura 5 muestran ejemplos de micro-mampostería adoptadas para montar delgadas películas de Au. Figura 5A es una imagen de microscopio óptico de preparados 400 nm de espesor Au películas sobre un sustrato donante. Estas tintas se procesan adicionalmente y se ensayaron para transferir la impresión sobre una superficie de Au (Figura 5B), así como sobre una superficie de Si (Figura 5C). De importancia clave con este micro-mampostería para el montaje de película delgada Au es que, en ausencia de cualquier capa adhesiva, tque transferir impresos Au películas exhiben conductancia eléctrica con el sustrato receptor. Si bien es difícil de conseguir una fuerte unión mecánica entre transferencia impresa Au películas y un receptor de superficie de Au, los componentes se mantienen en su lugar por la fuerza de van der Waal y exhiben gran conductancia eléctrica sin ningún otro tratamiento (Figura 5B) 9. Por el contrario, la integración heterogénea de Au películas delgadas con una superficie de Si se logra también a través de la impresión de la transferencia y el recocido térmico rápido en aproximadamente Si-Au temperatura eutéctica. A través del proceso de recocido, la resistencia de contacto en la interfaz de Si-Au se reduce significativamente similar a la de bombardeo iónico depositado muestra debido a Si-Au unión eutéctica. Por medición de la línea de transmisión (SLT) experimentos, esta afirmación ha sido corroborada (Figura 5 C) 10. <img alt="Figura 1" fo:content-width = &quot;5in&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/51974/51974fig1highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; Figura 1. Flujo general del proceso de micro-mampostería 7. Como una etapa de preparación, un sustrato donante, un sello, y un sustrato receptor se preparan de forma independiente. (A) Una vez que todos los diferentes componentes están dispuestos, primero un sello micropunta se une a un portaobjetos de vidrio transparente colocado boca abajo de tal manera que las micropuntas en el sello están apuntando hacia abajo. Después de que el sello se coloca de forma segura, el sustrato donante se encuentra en una etapa eje y X y el sello está alineado con las tintas sobre el sustrato donador a través de un microscopio. (B) A continuación, el sello es derribado al sustrato donante y una precarga se aplica en el sello, de forma que todos los micropuntas en el sello están totalmente colapsados. (C) A continuación, el sello se eleva rápidamente y la tinta se recupera y se une a un sello. (D) Con el fin de imprimir el retrievtinta ed, el sello con la tinta está alineado con cautela a área objetivo y rebajado en tales que la tinta entra en contacto con el sustrato receptor suavemente mientras que las puntas se colapsaron parcialmente. (E) Mientras que la tinta está en contacto con el sustrato receptor, el sello se eleva lentamente. Debido a la mayor interacción de van der Waals en la interfaz de receptor de tinta de sello en la interfaz de tinta, la tinta permanece sobre el sustrato receptor. (F) El sustrato receptor con las tintas reunidos se trasladó a un horno de recocido térmico rápido y recocido a 950 ° C durante 10 min para Si-Si de unión o a 360 ° C para el Si-Au unión durante 30 min. La etapa de recocido tras la etapa de impresión por transferencia completa el procedimiento de micro-mampostería. Reproducido con permiso de Keum et al. 7 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51974/51974fig1highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> Figura 2. Esquemática de la preparación del sustrato donante. (A) en una oblea SOI, la capa de dispositivo se modela en dimensiones y geometría deseadas. (B) Un siguiente proceso de grabado en húmedo de HF elimina la capa de SiO2 cuadro expuesto a excepción de las regiones por debajo de la modelado de Si. (C) La resina fotosensible se hace girar y se modela para formar anclajes. (D) Después, el sustrato se sumerge en HF para grabar la distancia restante de SiO 2. Después de un tiempo suficiente en la IC, la gama de tintas cuadrados de Si se suspende y de pie con sólo anclas de fotoprotección en el sustrato donante. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51974/51974fig2highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> Figura 3. Esquema del sello de fabricación 7. (A) Con el fin de hacer un molde para sellos MicroTip, una oblea de Si se limpia y microalveolos pequeña en forma de pirámide se crean en la oblea mediante KOH grabado. (B) Después de que el grabado se realiza, la superficie de la oblea se limpia a través de RCA 2 proceso de limpieza seguido de la aplicación y de SU8 patrón para formar una cavidad sobre las micropuntas. Posteriormente, una monocapa de triclorosilano está revestida en el molde para promover el siguiente proceso de moldeo de PDMS / desmoldeo dejando caer 3-5 gotas de triclorosilano en un frasco de vacío y la colocación de la oblea y aspirar el frasco de vacío. (C) Una vez que el recubrimiento se hace , el precursor de PDMS se vierte y se cura en el horno. (D) El PDMS curado es simplemente despega del molde para completarel proceso de preparación del molde para un sello micropunta. Reproducido con permiso de Keum et al. 7 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51974/51974fig3highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51974/51974fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4. Obra representativa en Si micro-mampostería 7. (A) Imágenes de microscopio óptico de la forma del anillo de tintas de la IS sobre un sustrato de donantes, (B) el microscopio electrónico de barrido (SEM) de una estructura de la tetera micro formado por micro-albañilería, ( C) Ilustración de micro-mampostería de una superficie de fotónica de silicio en cuatro anillos de Si, (imágenes D, E) de SEM de las nanoestructuras en la superficie fotónico (D) y la superficie de fotónica de silicio montado sobre cuatro<html> anillos de silicona (E). Reproducido con permiso de Keum et al. 7 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51974/51974fig4highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="La figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51974/51974fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5. Trabajo Representante en Au micro-mampostería 8. (A) vista microscópica óptica del sustrato donante preparado con imagen SEM de una transferencia impresa Au película Au tintas recuperados en la fila superior y listos para ser recuperados en la fila inferior, (B) en una superficie de Au modelado, (C) imagen SEM de transferencia impresa Au películas en una tira de Si modelado. Reproducido con permiso de Keum et al. 8obtener = &quot;_blank&quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Este documento presenta una estrategia 3D microfabricación aditivo (denominado «micro-albañilería &#39;) para la fabricación flexible del sistema microelectromecánicos (MEMS) estructuras y dispositivos. Este enfoque implica el montaje basado en la impresión de transferencia de materiales micro / nanoescala en conjunción con técnicas de material de unión de recocido térmico rápido habilitado.

Micro-mampostería para 3D Aditivo Microfabricación

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

micro-masonry-for-3d-additive-micromanufacturing

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Masonry

SCIENTISTS IN ACTION

10.3K vistas.  University of Illinois at Urbana-Champaign.  Este documento presenta una estrategia 3D microfabricación aditivo (denominado «micro-albañilería ') para la fabricación flexible del sistema microelectromecánicos (MEMS) estructuras y dispositivos. Este enfoque implica el montaje basado en la impresión de transferencia de materiales micro / nanoescala en conjunción con técnicas de material de unión de recocido térmico rápido habilitado. 

Video: Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

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.

De alta resolución, de alta velocidad, tridimensional de imágenes de vídeo con técnicas de proyección digital de Fringe

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

Investigación

Ingeniería

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing applications.&#160; For predictive simulations, it has become increasingly important to be able to model the structure of nanohelices accurately.&#160; To study the effect of local structure on the properties of these complex geometries one must develop realistic models.&#160; To date, software packages are rather limited in creating atomistic helical models.&#160; This work focuses on producing atomistic models of silica glass (SiO2) nanoribbons and nanosprings for molecular dynamics (MD) simulations. Using an MD model of &#8220;bulk&#8221; silica glass, two computational procedures to precisely create the shape of nanoribbons and nanosprings are presented.&#160; The first method employs the AWK programming language and open-source software to effectively carve various shapes of silica nanoribbons from the initial bulk model, using desired dimensions and parametric equations to define a helix.&#160; With this method, accurate atomistic silica nanoribbons can be generated for a range of pitch values and dimensions.&#160; The second method involves a more robust code which allows flexibility in modeling nanohelical structures.&#160; This approach utilizes a C++ code particularly written to implement pre-screening methods as well as the mathematical equations for a helix, resulting in greater precision and efficiency when creating nanospring models.&#160; Using these codes, well-defined and scalable nanoribbons and nanosprings suited for atomistic simulations can be effectively created.&#160; An added value in both open-source codes is that they can be adapted to reproduce different helical structures, independent of material.&#160; In addition, a MATLAB graphical user interface (GUI) is used to enhance learning through visualization and interaction for a general user with the atomistic helical structures.&#160; One application of these methods is the recent study of nanohelices via MD simulations for mechanical energy harvesting purposes.

Accurate modeling of nanohelical structures is important for predictive simulation studies leading to novel nanotechnology applications.&#160; Currently, software packages and codes are limited in creating atomistic helical models.&#160; We present two procedures designed to create atomistic nanohelical models for simulations, and a graphical interface to enhance research through visualization.

Nanohelices escalables para estudios predictivos y mejorada visualización 3D

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

Novel 3D/VR Interactive Environment for MD Simulations, Visualization and Analysis

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials science, biology, chemistry and physics among many others. A new computational system for the accurate and fast simulation and 3D/VR visualization of nanostructures is presented here, using the open-source molecular dynamics (MD) computer program LAMMPS. This alternative computational method uses modern graphics processors, NVIDIA CUDA technology and specialized scientific codes to overcome processing speed barriers common to traditional computing methods. In conjunction with a virtual reality system used to model materials, this enhancement allows the addition of accelerated MD simulation capability. The motivation is to provide a novel research environment which simultaneously allows visualization, simulation, modeling and analysis. The research goal is to investigate the structure and properties of inorganic nanostructures (e.g., silica glass nanosprings) under different conditions using this innovative computational system. The work presented outlines a description of the 3D/VR Visualization System and basic components, an overview of important considerations such as the physical environment, details on the setup and use of the novel system, a general procedure for the accelerated MD enhancement, technical information, and relevant remarks. The impact of this work is the creation of a unique computational system combining nanoscale materials simulation, visualization and interactivity in a virtual environment, which is both a research and teaching instrument at UC Merced.

A new computational system featuring GPU-accelerated molecular dynamics simulation and 3D/VR visualization, analysis and manipulation of nanostructures has been implemented, representing a novel approach to advance materials research and promote innovative investigation and alternative methods to learn about material structures with dimensions invisible to the human eye.

Novela 3D / VR Interactivo Medio Ambiente para MD simulaciones, visualización y análisis

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials ...

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The protocol details the procedures to construct a versatile, reusable, multiple layer, laminated dielectrophoresis chamber. Specifically, six layers of 50 &#181;m x&#160;0.7 cm x&#160;2 cm graphene paper and five layers of double sided tape were alternately stacked together, then clamped to a glass slide. Then a 700 &#956;m diameter micro-well was drilled through the laminated structure using a computer-controlled micro drilling machine. Insulating properties of the tape layer between adjacent graphene layers were assured by resistance tests. Silver conductive epoxy connected alternate layers of graphene paper and formed stable connections between the graphene paper and external copper wire electrodes. The finished device was then clamped and sealed to a glass slide. The electric field gradient was modeled within the multi-layer device. Dielectrophoretic behaviors of 6 &#956;m polystyrene beads were demonstrated in the 1 mm deep micro-well, with medium conductivities ranging from 0.0001 S/m to 1.3 S/m, and applied signal frequencies from 100 Hz to 10 MHz. Negative dielectrophoretic responses were observed in three dimensions over most of the conductivity-frequency space and cross-over frequency values are consistent with previously reported literature values. The device did not prevent AC electroosmosis and electrothermal flows, which occurred in the low and high frequency regions, respectively. The graphene paper utilized in this device is versatile and could subsequently function as a biosensor after dielectrophoretic characterizations are complete.

A microdevice with high throughput potential is used to demonstrate three-dimensional (3D) dielectrophoresis (DEP) with novel materials. Graphene nanoplatelet paper and double sided tape were alternately stacked; a 700 &#956;m micro-well was drilled transverse to the layers. DEP behavior of polystyrene beads was demonstrated in the micro-well.

Desarrollo de un dispositivo 3D grafeno Electrodo dielectroforéticas

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

La tomografía de rayos X de energía dispersiva de 3D Mapping elemental de nanopartículas individuales

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing technology is used to fabricate particles with slender arms connected at a common center. Shapes explored are crosses (two perpendicular rods), jacks (three perpendicular rods), triads (three rods in triangular planar symmetry), and tetrads (four arms in tetrahedral symmetry). Methods for producing on the order of 10,000 fluorescently dyed particles are described. Time-resolved measurements of their orientation and solid-body rotation rate are obtained from four synchronized videos of their motion in a turbulent flow between oscillating grids with R&#955; = 91. In this relatively low-Reynolds number flow, the advected particles are small enough that they approximate ellipsoidal tracer particles. We present results of time-resolved 3D trajectories of position and orientation of the particles as well as measurements of their rotation rates.

We use 3D printing to fabricate anisotropic particles in the shapes of jacks, crosses, tetrads, and triads, whose alignments and rotations in turbulent fluid flow can be measured from multiple simultaneous video images.

Los métodos para medir la orientación y rotación Tasa de partículas en la turbulencia impresa en 3D

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D structures are most often perceived using the two-dimensional and exclusively visual medium of the computer screen. Converting digital 3D molecular data into real objects enables information to be perceived through an expanded range of human senses, including direct stereoscopic vision, touch, and interaction. Such tangible models facilitate new insights, enable hypothesis testing, and serve as psychological or sensory anchors for conceptual information about the functions of biomolecules. Recent advances in consumer 3D printing technology enable, for the first time, the cost-effective fabrication of high-quality and scientifically accurate models of biomolecules in a variety of molecular representations. However, the optimization of the virtual model and its printing parameters is difficult and time consuming without detailed guidance. Here, we provide a guide on the digital design and physical fabrication of biomolecule models for research and pedagogy using open source or low-cost software and low-cost 3D printers that use fused filament fabrication technology.

Physical models of biomolecules can facilitate an understanding of their structure-function for the researcher, aid in communication between researchers, and serve as an educational tool in pedagogical endeavors. Here, we provide detailed guidance for the 3D printing of accurate models of biomolecules using fused filament fabrication desktop 3D printers.

La impresión 3D de Modelos de Investigación Biomolecular y Pedagogía

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, using 3D-printing. As these types of devices are sensitive to moisture and oxygen, such a chamber can aid researchers in characterizing the electronic and stability properties. The chamber is intended to be used as a temporary, reusable, and stable environment with controlled properties (including humidity, gas introduction, and temperature). It can be used to protect air-sensitive materials or to expose them to contaminants in a controlled way for degradation studies. To characterize the properties of the chamber, we outline a simple procedure to determine the water vapor transmission rate (WVTR) using relative humidity as measured by a standard humidity sensor. This standard operating procedure, using a 50% infill density of polylactic acid (PLA), results in a chamber that can be used for weeks without any significant loss of device properties. The versatility and ease of use of the chamber allows it to be adapted to any characterization condition that requires a compact-controlled atmosphere.

Here, we present a protocol for the design, manufacture, and use of a simple, versatile 3D-printed and controlled atmospheric chamber for the optical and electrical characterization of air-sensitive organic optoelectronic devices.

Una cámara 3D impreso para dispositivos optoelectrónicos orgánicos degradación pruebas

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection molding inserts with micro surface features. The Soft Tooling inserts are manufactured by Digital Light Processing (vat photo polymerization) using a photopolymer that can withstand relatively high temperaturea. The part manufactured here has four tines with an angle of 60&#176;. Micro pillars (&#216;200 &#181;m, aspect ratio of 1) are arranged on the surfaces by two rows. Polyethylene (PE) injection molding with the soft tooling inserts is used to fabricate the final parts. This method demonstrates that it is feasible to obtain injection-molded parts with microstructures on complex geometry by additive manufactured inserts. The machining time and cost is reduced significantly compared to conventional tooling processes based on computer numerical control (CNC) machining. The dimensions of the micro features are influenced by the applied additive manufacturing process. The lifetime of the inserts determines that this process is more suitable for pilot production. The precision of the inserts production is limited by the additive manufacturing process as well.

A protocol for fabricating injection molding inserts for complex geometry with micro features on surfaces employing Additive Manufacturing (AM) is presented.

Pilares de una cadena de proceso de mecanizado suave para el moldeo de un componente 3D con Micro

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three dimensions for the geometry and one degree of freedom concerning the material properties at each position) the Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) was developed. It is a direct AM technology which allows the AM of multi-material components. To demonstrate the advantages of this technology black-and-white zirconia components were additively manufactured and co-sintered defect-free.
Two different pairs of black and white zirconia powders were used to prepare different thermoplastic suspensions. Appropriate dispensing parameters were investigated to manufacture single-material test components and adjusted for the additive manufacturing of multi-color zirconia components.

Here we describe a protocol for additively manufacturing black-and-white zirconia components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) and co-sintering defect-free.

Componentes múltiples materiales de cerámica – aditivos de fabricación de componentes de Zirconia en blanco y negro por impresión 3D termoplástica (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...