עבודה זו נתמכה על ידי Technologico דה מונטרי ואוניברסיטת קליפורניה ב Irvine.

1. אדם האדם הנגזרות פחמן מבנה פחמן הערה: השתמש בציוד מגן אישי. עקוב אחר הוראות המעבדה כדי להשתמש במכשירים ולעבוד בתוך המעבדה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את השיער האנושי שנאסף על ידי שטיפת אותו במים DI וייבוש אותו עם גז N 2 . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סדר את השיער לפי הצורך, כמו בחוטים מקבילים, חוצה, עם שתי שערות פצועות יחד, וכו &#39;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את השערות על מצע סיליקון באמצעות SU8 או לשמור אותם ישירות בסירה קרמיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מצע הסיליקון מצורף השיער או סירה לתוך תנור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את תנור ופתח את שסתום של גז אינרטי (N 2 ) טנק. הערה: קצב זרימת הגז האופטימלי תלוי בנפח צינור הכבשן. שיעור זרימה של 6 ליטר / דקה הוחל על נפח צינור של 6 ל &#39;. כדי ליצור סביבה אינרטית לחלוטין בצינור התנור, קצב זרימת הגז פי 1.5 גבוה מהגז האופטימאלישיעור נמוך הוחל במשך 15 דקות הראשונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הפרמטרים, כולל טמפרטורת פירוליזה מקסימלית, קצב הרמפה טמפרטורה, ואת קצב זרימת גז אינרטי, ולהפעיל את הכבשן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדוגמה, להגדיל את הטמפרטורה מ טמפרטורת החדר ל 300 מעלות צלזיוס ב 5 ° C / דקות שיעור הרמפה. שמור את זה ב 300 מעלות צלזיוס למשך 1 שעות לייצוב. עוד להגביר את הטמפרטורה ל 900 מעלות צלזיוס ולשמור אותו במשך 1 שעות יותר עבור פחמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מגניב את הכבשן עד 300 מעלות צלזיוס בקצב של 10 מעלות צלזיוס / דקות לכבות את תנור הכבשן, כמו קירור מבוקר אין צורך לאחר 300 מעלות צלזיוס. השאירו את דגימות בכבשן עד הטמפרטורה מגיעה טמפרטורת החדר על ידי זרימת N 2 בלבד. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את תנור ואת זרימת הגז עם השלמת תהליך פירוליזה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את דגימות מתוך הכבשן. </li></ol> 2. 3D פולימר מבנה ייצור: Photolithography <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Desמתגלגל פריסת 2D של מבנה photoresist 3D הרצוי באמצעות חבילת תוכנה מתאימה ולהכין את המסכה מודפס ( כלומר, מסיכת photopilm פוליאתילן). הערה: נעשה שימוש בשירות מסחרי לצורך הדפסת העיצוב. גודל המסכה בדרך כלל תלוי בעיצוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במתקן מעבדה נקי, להדליק שתי צלחות חמות ולהגדיר את הטמפרטורות ל 65 מעלות צלזיוס ו 95 מעלות צלזיוס, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלף את ספין coater ואת משאבת ואקום. ודא כי משאבת ואקום מחובר דרך צינור לראש ספינר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הפרמטרים של הספין הדו-שלבי, כגון מהירות ספינינג, הרמפה ומשך. עבור הצעד הראשון, להגדיר את מהירות ספינינג ל 500 סל&quot;ד, הרמפה ל -100 סל&quot;ד / s, ואת זמן הספין עד 10 s כדי להתחיל את מחזור הספין. עבור השלב הבא, להגדיר את מהירות ספינינג 1000 סל&quot;ד, הרמפה ל -100 סל&quot;ד / s, ואת זמן הספין עד 30 s כדי להפיץ באופן שווה את photoresist. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים מצע ( כלומר, 4 אינץ &#39;x 4 אינץ&#39; ו 5501, מ &#39;± 25 מיקרומטר עבה Si רקיק עם 1 מיקרומטר עבה SiO 2 שכבת) במרכז של המחזיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפקדת פולימר רגיש (כלומר, photoresist SU8) ישירות על גבי המצע. השתמש מספיק כדי לכסות את פני השטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על כפתור &quot;ואקום&quot; כדי להחזיק את המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדחוף את כפתור &quot;לרוץ&quot; כדי מעיל את המצע עם SU8 כדי להשיג עובי סופי של 250 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר השלמת תהליך ספינינג, לחץ על כפתור &quot;ואקום&quot; שוב כדי לשחרר את המצע מצופה מן המחזיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החזק את מצע מצופה בזהירות באמצעות פינצטה כדי לשמור על משטח חלק ונקי. מעבירים את המצע ישירות על צלחת חמה על 65 מעלות צלזיוס למשך 6 דקות ולאחר מכן על צלחת חמה בטמפרטורה 95 מעלות צלזיוס למשך 40 דקות (אופים רכים). הערה: אפייה ב 65 מעלות צלזיוס נדרש כדי להבטיח את אידוי איטי של הממס, וכתוצאה מכך ציפוי טוב יותר הידבקות טובה יותרO המצע, בעוד אפייה ב 95 ° C נוספת densifies את SU8. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בינתיים, לחץ על המתג כדי להדליק את מערכת החשיפה ל - UV ולהגדיר את זמן החשיפה ל &quot;12 שניות&quot; באמצעות לחצן ההגדרות במערכת. הערה: עבור שכבת SU8 עבה 800 מיקרומטר, האנרגיה החשיפה חייבת להיות 360 mJ / cm 2 . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שלב האפייה (שלב 2.10) הושלמה, לשים את המצע לתוך מערכת החשיפה UV ומניחים את הצד המודפס של photomask (משלב 2.1) על זה. השתמש באזור המסכה כולו כדי לכסות את המצע המצופה ולחץ בעדינות כדי לוודא שאין פער בין המסכה לבין המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף את מצע מצופה SU8 לקרינת UV באמצעות photomask באמצעות הגדרות UV מוגדרים מראש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את המצע שוב על ידי הנחת אותו ישירות על hotplate ב 65 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות ו ב 95 מעלות צלזיוס למשך 14 דקות עבור אופה שלאחר החשיפה (PEB). הערה: ה- PEB מגדיל את דרגת הקישור הצולב בין האזורים החשופים ל- UV ועושה את ה-ציפוי עמיד יותר ממיסים בשלב הפיתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את האזורים photoresist unexposed על ידי טבילה את המצע בפתרון הייעודי ייעודי, להציב כוס, במשך 20 דקות. ברציפות לנער את הפתרון (בזהירות) כדי להבטיח את הסרת מלאה של אזורים חשופים להתנגד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יבש את המבנים שפותחו על ידי החזקת המצע ואת נושבת חנקן או אוויר דחוס על זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את רקיק מתחת למיקרוסקופ עם הגדלה 50X להשוות את הדפוסים הועברו photoresist עם הדפוסים הרצויים. </li></ol> 3. 3D פחמן מבנה ייצור: Pyrolysis <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את דגימות מוכן באמצעות photolithography (צעדים 2.1-2.17) בתוך תנור צינור בלחץ פתוח, פתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הכבשן ולהגדיר את הפרמטרים עבור פירוליזה, כאמור לעיל בשלב 1. חזור על התהליך משלב 1.6-1.8. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטפל בדגימות בזהירות באמצעות פינצטה ולהמשיך characterizAtion. </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. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Natural+and+waste+hydrocarbon+precursors+for+the+synthesis+of+carbon+based+nanomaterials:+graphene+and+CNTs.">Natural and waste hydrocarbon precursors for the synthesis of carbon based nanomaterials: graphene and CNTs.</a> Renew Sustain Energy Rev. 58, 976-1006 (2016).</li><li>Afre, R. A., Soga, T., Jimbo, T., Kumar, M., Ando, Y., Sharon, 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+nanotubes+by+spray+pyrolysis+of+turpentine+oil+at+different+temperatures+and+their+studies.">Carbon nanotubes by spray pyrolysis of turpentine oil at different temperatures and their studies.</a> Micropor Mesopor Mater. (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. A., Soga, T., Jimbo, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+of+producing+single-walled+carbon+nanotubes+from+a+natural+precursor:+eucalyptus+oil.">A simple method of producing single-walled carbon nanotubes from a natural precursor: eucalyptus oil.</a> Mater Lett. 61 (17), 3768-3770 (2007).</li><li>Kumar, R., Tiwari, R., Srivastava, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalable+synthesis+of+aligned+carbon+nanotubes+bundles+using+green+natural+precursor:+neem+oil.">Scalable synthesis of aligned carbon nanotubes bundles using green natural precursor: neem oil.</a> Nanoscale Res Lett. 6 (1), 92-97 (2011).</li><li>Liang, Y., Wu, D., Fu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+microfibers+with+hierarchical+porous+structure+from+electrospun+fiber-like+natural+biopolymer.">Carbon microfibers with hierarchical porous structure from electrospun fiber-like natural biopolymer.</a> Sci Rep. 3, 1-5 (2013).</li><li>Gupta, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+hair+"waste"+and+its+utilization:+gaps+and+possibilities.">Human hair "waste" and its utilization: gaps and possibilities.</a> J Waste Manag. 2014, 1-17 (2014).</li><li>Qian, W., Sun, F., Xu, Y., Qiu, L., Liu, C., Wang, S., Yan, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+hair-derived+carbon+flakes+for+electrochemical+supercapacitors.">Human hair-derived carbon flakes for electrochemical supercapacitors.</a> Energy Environ Sci. 7, 379-386 (2014).</li><li>Pramanick, B., Cadenas, L. B., Kim, D. M., Lee, W., Shim, Y. B., Martinez-Chapa, S. O., Madou, M. J., 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=Human+hair-derived+hollow+carbon+microfibers+for+electrochemical+sensing.">Human hair-derived hollow carbon microfibers for electrochemical sensing.</a> Carbon. 107, 872-877 (2016).</li><li>Miura, N., Numaguchi, T., Yamada, A., Konagai, M., Shirakashi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room+temperature+operation+of+amorphous+carbon-based+single-electron+transistors+fabricated+by+beam-induced+deposition+techniques.">Room temperature operation of amorphous carbon-based single-electron transistors fabricated by beam-induced deposition techniques.</a> Jpn J Appl Phys. 37 (2), L423-L425 (1998).</li><li>Irie, M., Endo, S., Wang, C. 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>

למחברים אין מה לחשוף.

במאמר זה השיטות לייצור מגוון של microstructures פחמן מבוסס על פירוליזה של חומרים מבשר טבעי או מבנים דפוס פולימר דפוסים דווחו. חומרים פחמן הנובע הן המסורתית לא קונבנציונאלי C-MEMS / C-NEMS תהליכים נמצאים בדרך כלל להיות פחמן מזוגגות. Glassy פחמן הוא חומר אלקטרודה בשימוש נרחב עבור אלקטרוכימיה וגם עבור יישומים בטמפרטורה גבוהה. מיקרו של פחמן מזכוכית מורכב משני אזורים קריסטל ו אמורפי. פחמן זכוכית יש מוליכות גבוהה, עמידות טובה לטמפרטורות גבוהות, צפיפות נמוכה, התנגדות חשמלית נמוכה, קשיות גבוהה יחסית עמידות גבוהה להתקפה כימית. הצענו שיטה פשוטה בעלות נמוכה כדי לפברק חלול פחמן מזוגגות מזכוכית האדם תיאר את היישום שלהם לחישה אלקטרוכימית של חומצה אסקורבית ודופמין. ייצור ארוך, הולנמוך, מוליך פחמן מוליך חשמלית היה אפשרי עם עלות נמוכה, צעד אחד טיפול תרמי של שיער אדם, שהוא חומר פסולת. שערה אנושית המורכבת מדולה, קליפת המוח והקורטיקולה, יצרה סיבי פחמן חלולים לאחר פירוליזה. Medulla נעלם, ואילו cuticle וקליפת המוח ביחד יחד וליצור סיבי פחמן ארוך, חלול. האנטומיה הייחודית של השיער האנושי, במיוחד המבנה החלול שלו לאחר פירוליזה, מאופיינת בעלייה משמעותית של פני השטח, מה שמוביל לשימוש שלהם בחישה אלקטרוכימית. עבור אלקטרודה עובד שונה עם פחמן נגזר שיער, פוטנציאל שיא עבור דופמין וחומצה אסקורבית הועברו לכיוון ערכים שליליים וחיוביים יותר בהתאמה. פני השטח של פחמן הנגזרות שיער נטען באופן שלילי מעט אשר attracs חיובי טעונה דופמין ולכן, זרמי שיא הוגדל עבור דופמין וירד עבור חומצה אסקורבית. כתוצאה מכך, שיער אדם נגזר פחמן חלול מ &#39;מיקרופיברים יכולים להיות שימושיים לזיהוי דופמין בנוכחות חומצה אסקורבית. במחקר השוואתי של ביצועי חישה אלקטרוכימית של אלקטרודות חשופות ואלקטרודות ששונו (עם פחמן נגזר משיער ו- CNT) בוצע. השיער נגזר פחמן שונה אלקטרודה מראה ביצועים חישה טובה יותר מאשר האלקטרודה ללא שינוי, אבל האלקטרודות מצופה CNT הראה את הביצועים הטובים ביותר עבור חישה דופמין וחומצה אסקורבית בתנאים ניסיוניים אלה, כצפוי. CNTs מראה רגישות גבוהה יותר בשל השטח שלהם שטח גדול יותר נפח על פני השיער נגזר סיבי פחמן חלול. עם זאת, היתרון העיקרי של השימוש שיער נגזר microfibers פחמן על CNTs היא עלות נמוכה מאוד. קלות ייצור של פחמן נגזר השיער גם גורם להם להשתלט על CNTs. ניתן לשפר את הביצועים חישה על ידי שינוי נוסף או פונקציונליזציה של השיער האנושי לפני או אחרי פירוליזה. השפעת הצטמקותבשל פירוליזה הוא בלתי נמנע, כמו אטומים שאינם פחמן לנתק את הקשר פחמן בטמפרטורות גבוהות, גרימת הפסד משמעותי של מסה. לפני תכנון המבנה הרצוי, אחד צריך להיות הערכה טובה את הצטמקות הצפויה של המבנה בדוגמת. הנה, הצטמקות של מבנים פחמן מפוברקים באמצעות תהליך C-MEMS קונבנציונאלי, הכולל שני שלבים עבור דפוסים דפוס ו פירוליזה של מבנים פולימריים, נחקר. בחמישה כוכים עם קוטר פנימי שונה (0, 30, 50, 75 ו -100 מיקרומטר) נחשבו למחקר הצטמקות, ואילו הקוטר החיצוני נשמר קבוע ב -150 מיקרומטר לכל המבנים. המבנים עם קוטר פנימי של 0, 30, 50, ו 75 מיקרומטר הראה הצטמקות יותר על הקוטר החיצוני מאשר בקוטר הפנימי לאחר פירוליזה. במקרים אלה, פני השטח החיצוניים היו גדולים יותר מאשר פני השטח הפנימיים. לפיכך, המשטחים החיצוניים היו דומיננטיים במהלך תהליך ההתכווצות, המאפשרים יותר אטומי פחמן לאEave המבנים. במבנה עם קוטר פנימי 100 מיקרומטר, שבו השטח הפנימי של השטח גם עשה חלק משמעותי של השטח הכולל השטח, הצטמקות ocurred בשני פני השטח הפנימיים והחיצוניים. הפרמטרים עבור פירוליזה, כגון זמן פירוליזה, טמפרטורת פירוליזה מקסימלית וסביבת האטמוספירה, משפיעים באופן משמעותי על תכונות מבנה הפחמן, כגון המוליכות החשמלית, ההרכב הכימי, המאפיין האלקטרוכימי ועוד. מחקר מתמשך מתמקד חושפים את ההשפעות של תנאי פירוליזה על התכונות והמאפיינים של מבני פחמן. במקרה של קונבנציונאלי C-MEMS, מבנים פחמן עם תכונות חשמליות מכניות שונות ניתן גם מפוברק, וכתוצאה מכך מגוון רחב של יישומים, על ידי שינוי התנאים photolithography, כגון זמני האפייה, טמפרטורת האפייה, סוג של photoresist , ואת תוספים. זה שלנוהאמונה כי מחקר זה יכול לספק מידע משמעותי ושימושי לחוקרים בתחום של פחמן מבנה ננו / microfabrication עבור מגוון רחב של יישומים.

לפחמן יש אלוטרופים רבים, ובהתאם ליישום המסוים, ניתן לבחור באחת מהאלוטרופים הבאים: צינורות פחמן (CNT), גרפיט, יהלום, פחמן אמורפי, lonsdaleite, buckminsterfullerene (C 60 ), fullerite (C 540 ), fullerene C 70 ), ופחמן מזוגג 1 , 2 , 3 , 4 . פחמן מזוגג הוא אחד allotropes הנפוץ ביותר בשל תכונות פיזיות, כולל isotropy גבוהה. כמו כן יש את המאפיינים הבאים: מוליכות חשמלית טובה, מקדם התפשטות תרמית נמוכה, ואטימות גז. יש חיפושי מתמשך עבור חומרי מבשר עשיר פחמן כדי להשיג מבנים פחמן. אלה מבשרי יכול להיות חומרים מעשה ידי אדם או מוצרים טבעיים הזמינים בצורות מסוימות, ואפילו לכלול פסולת מוצרים. מגוון רחב של micr<html> O / nanostructures נוצרים באמצעות תהליכים ביולוגיים או סביבתיים בטבע, וכתוצאה מכך תכונות ייחודיות כי הם מאוד קשה ליצור באמצעות כלי ייצור קונבנציונאלי. כמו דפוסים התקיים באופן טבעי במקרה זה, סינתזה של ננו באמצעות מבשרי הטבעי פסולת פחמימנים יכול להתבצע באמצעות תהליך קל, צעד אחד של פירוק תרמי באווירה אינרטי או ואקום, קרא pyrolysis 5 . גראפן באיכות גבוהה, CNTs חד-קירתיים, רשתות CNT מרובות קירות ונקודות פחמן יוצרו על ידי פירוק תרמי או פירוליזה של מבשרי ופסולת שמקורם בצמחים, כולל זרעים, סיבים ושמנים, כגון שמן טרפנטין, שמן שומשום , שמן נים ( Azadirachta אינדיאנה ), שמן אקליפטוס, שמן דקלים, שמן jatropha. כמו כן, מוצרים קמפור, תמציות עץ התה, פסולת מזון, חרקים, פסולת חקלאית, מוצרי מזון נוצלו 6 , 7 ,התחת = &quot;xref&quot;&gt; 8 , 9 לאחרונה, חוקרים השתמשו אפילו פקעות משי כחומר מבשר להכין microfibers פחמן נקבובי 10 . שיער האדם, שנחשב בדרך כלל חומר פסולת, שימש לאחרונה צוות זה. זה מורכב של כ 91% polypptides, המכילים יותר מ 50% פחמן; השאר הם אלמנטים כגון חמצן, מימן, חנקן וגופרית 11 . השיער מגיע גם עם כמה תכונות מעניינות, כגון השפלה איטית מאוד, חוזק מתיחה גבוה, בידוד תרמי גבוהה, והתאוששות גמישה גבוהה. לאחרונה, הוא שימש להכנת פתיתי פחמן המועסקים supercapacitors 12 וליצור מיקרופירים חלול פחמן לחישה אלקטרוכימית 13 . עיבוד שבבי של חומר פחמן בתפזורת לפברק תלת ממדי (3D) מבנים היא משימה קשה, כמו החומר הוא שביר מאוד. יון ממוקד להיותAm 14 , 15 או תגובתי יון תגובתי 16 עשוי להיות שימושי בהקשר זה, אבל הם יקרים זמן רב תהליכים. מערכת פחמן זעיר (C-MEMS) טכנולוגיה, אשר מבוססת על פירוליזה של מבנים פולימריים בדוגמת, מייצג חלופה מגוונת. בשני העשורים האחרונים, C-MEMS ומערכות פחמן ננו-אלקטרו-מכאניות (C-NEMS) קיבלו תשומת לב רבה בשל צעדי ייצור פשוטים וזולים. תהליך ייצור C-MEMS קונבנציונאלי מתבצע בשני שלבים: (1) דפוס של מבשר פולימרי ( למשל, photoresist) עם photolithography ו (ii) פירוליזה של מבנים בדוגמת. אולטרה סגול (UV) מבשרי פולימר מבשרי, כגון photoresists SU8, משמשים לעתים קרובות מבנים דפוס מבוסס על photolithography. באופן כללי, תהליך photolithography כולל צעדים ציפוי ספין, אופים רך, חשיפה UV, פוסט אופים, ו deveLopment. במקרה של C-MEMS; סִילִיקוֹן; דו תחמוצת הסיליקון; סיליקון ניטריד; קְוָרץ; ו, לאחרונה, ספיר שימשו מצעים. מבנים פולימר הדוגמת תמונה הם פחמן בטמפרטורה גבוהה (800-1,100 מעלות צלזיוס) בסביבה נטולת חמצן. בטמפרטורות גבוהות אלה באקום או באנרגיה אינרטית, כל האלמנטים שאינם פחמן מוסרים, ומשאירים רק פחמן. טכניקה זו מאפשרת להשיג באיכות גבוהה, מבנים פחמן מזוגגות, אשר שימושיים מאוד עבור יישומים רבים, כולל חישה אלקטרוכימית 17 , אחסון אנרגיה 18 , nanogeneration triboelectric 19 , ו electrokinetic חלקיקים מניפולציה 20. כמו כן, ייצור של microstructures 3D יחסי גובה גבוה באמצעות C-MEMS הפך קל יחסית והוביל למגוון רחב של אלקטרודות פחמן יישומים 18 , 21 , </sup&gt; 22 , 23 , לעתים קרובות החלפת מתכות מתכת אצילי. בעבודה זו, הפיתוח האחרון של דרך פשוטה וחסכונית כדי לפברק מיקרופירים חלול פחמן משיער האדם באמצעות טכנולוגיה קונבנציונלית C-MEMS 13 הוא הציג. קונבנציונאלי SU8 פולימר מבוסס C-MEMS התהליך מתואר גם כאן. באופן ספציפי, הליך ייצור עבור יחס גבוה היבט מוצקים מבנים חלולים SU8 מתואר 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)

מגוון רחב של מקורות פחמן זמינים בטבע, עם מגוון רחב של תצורות מיקרו / nanostructure. כאן, טכניקה חדשה כדי לפברק ארוך וחלול מזכוכית microfibers פחמן הנגזרות שערות האדם הוא הציג. מבנים פחמן ארוך וארוך נעשו על ידי פירוליזה של שיער האדם ב 900 מעלות צלזיוס באווירה N 2 . המורפולוגיה וההרכב הכימי של שערות אנושיות טבעיות ו פירוליזה נחקרו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) וסקטרוסקופיית רנטגן אלקטרו-רנטגן (EDX), בהתאמה, על מנת להעריך את השינויים הפיזיקליים והכימיים עקב פירוליזה. ראמאן ספקטרוסקופיה שימש כדי לאשר את הטבע מזוגגות של microstructures פחמן. Pyrolyzed שיער פחמן היה הציג לשנות מודפס פחמן אלקטרודות; האלקטרודות שונו לאחר מכן הוחלו על חישה אלקטרוכימית של דופמין וחומצה אסקורבית. ביצועים חישה של חיישנים שונה השתפר לעומת unmodiחיישנים. כדי להשיג את המבנה הרצוי פחמן עיצוב, פחמן מיקרו / מערכת nanoelectromechanical (C-MEMS / C-NEMS) הטכנולוגיה פותחה. תהליך הנפוץ ביותר של C-MEMS / C-NEMS מורכב משני שלבים: (1) הדפוס של חומר בסיס עשיר בפחמן, כגון פולימר רגיש, באמצעות פוטוליטוגרפיה; ו (ii) הפחמן דרך פירוליזה של פולימר בדוגמת בסביבה ללא חמצן. תהליך C-MEMS / NEMS נעשה שימוש נרחב בפיתוח התקנים מיקרואלקטרוניים ליישומים שונים, כולל מיקרו סוללות, supercapacitors, חיישני גלוקוז, חיישני גז, תאי דלק, nanogenerators triboelectric. הנה, ההתפתחויות האחרונות של יחס גבוה היבט מוצק חלול פחמן microstructures עם photoresists SU8 נדונים. הצטמקות המבנית במהלך פירוליזה נחקרה באמצעות מיקרוסקופיה confocal ו- SEM. ראמאן ספקטרוסקופיה שימש כדי לאשר את crystallinity של המבנה, ואת האחוז האטומי של היסודות preseNt בחומר לפני ואחרי פירוליזה נמדדה באמצעות EDX.

סכמטית של תהליך ייצור עבור שיער אנושי נגזר פחמן חלול מיקרופייבר מוצג באיור 1 . השיער האנושי הפחמני התאפיין בשימוש ב- SEM כדי לאמוד את הצטמקות. קוטר השיער התכווץ מ 82.88 ± 0.003 מיקרומטר ל 31.42 ± 0.003 מיקרומטר עקב פירוליזה. סריקת אלקטרונים מיקרוסקופיים (SEM) תמונות של דפוסים שונים שנעשו באמצעות שיער microfibers פחמן נגזר מוצגים באיור 2 . בטבלה 1 מוצגים האחוזים האטומיים של האלמנטים הנמצאים בשיער לפני ואחרי פירוליזה. השיער האנושי ששימש במחקר זה היה (66.67%) פחמן, 16.19% חמצן, 7.94% חנקן, 9.14% גופרית, ואחוז קטן של מינרלים כגון סידן. אחוז האטום של פחמן וחמצן נמצא 80.84%, ו 14.83% בהתאמה לאחר פירוליזה. ניתוח ראמאן ספקטרוסקופי של השיער בEfore ואחרי פירוליזה בוצע גם כפי שמוצג באיור 3 . רק שתי פסגות רחבות המתאימות ל- D ו- G- להקות נמצאו לשיער לאחר פירוליזה. היחס בין עוצמות ה- D-band ל- G-band בסיבי הפחמן הנגזרים משיער הוא 0.99, דבר המצביע על כך שהסיבים הנגזרים מהשיער הם בעיקר פחמן מזכוכית. סיבי פחמן הנגזרים משיער הוחלו על מנת לזהות דופמין וחומצה אסקורבית באמצעות חיישן אלקטרוכימי. אלקטרודה מודפס המסך השתנה עם סיבי פחמן הנגזרות שיער המשמש אלקטרודה עובד של החיישן. תרשים סכמטי של אלקטרודות הפחמן לחישה אלקטרוכימית מוצג באיור 4 א . מחזורי voltammograms של 100 מיקרומטר דופמין ו 100 מיקרומטר חומצה אסקורבית ב 0.1 M חיץ פוספט פתרון של pH 7.4 מוצגים בתרשים 4b ו- c, respecבאופן אינטנסיבי. אלקטרודה פחמן חשופה, אלקטרודה פחמן שונה עם פחמן נגזר שיער, אלקטרודה פחמן שונה עם CNTs שימשו האלקטרודה עובד של חיישנים להשוות את הביצועים כדי לזהות דופמין וחומצה אסקורבית. פסגות החמצון עבור דופמין נמדדו ב 333 mV עבור האלקטרודה פחמן חשוף, 266 mV עבור אלקטרודה פחמן שונה עם סיבי פחמן נגזר שיער, ו 96 mV עבור האלקטרודה שונה עם CNTs. פסגות החמצון של חומצה אסקורבית נצפו ב 414 mV, 455 mV, ו 297 mV עבור אלה אלקטרודות, בהתאמה. תרשים סכמטי של תהליך C-MEMS קונבנציונלי, הדפוס photolithographic של מבשר פולימר ואת פירוליזה הבאים, מוצג באיור 5 . מבנים אלה מפוברקות התאפיינו באמצעות מיקרוסקופיה confocal ו- SEM להעריך את הצטמקות עקב פירוליזה. חמישה מבנים גליליים של טהוא זהה גובה (250 מיקרומטר) ואת הקוטר החיצוני (150 מיקרומטר), אבל עם קוטר פנימי שונים ( כלומר, 0 (מוצק), 30, 50, 75, ו 100 מיקרומטר (חלול) היו מפוברקות עבור מחקר זה. שינויים גיאומטריים של מבנים גליליים עקב פירוליזה נמדדו. אחוז הצטמקות היה שונה עבור מבנים שונים בקוטר הפנימי והחיצוני. כאשר הקוטר הפנימי היה 0 מיקרומטר (מיקרו מוצק), הקוטר החיצוני התכווץ סביב 35%. כאשר הקוטר הפנימי היה 30, 50 ו -75 מיקרומטר, הקוטר החיצוני והקוטר הפנימי התכווץ סביב 42% ו -30% 35, בהתאמה. במקרה של קוטר פנימי של 100 מיקרון, הקוטר הפנימי הורחב ב -12%, במקום להתכווצות, והקוטר החיצוני התכווץ רק ב -15%. באיור 6 , תמונות SEM של מיקרופונים מוצק חלול פחמן, אשר בקוטר הפנימי המקורי היו 30, 40, ו 75 מיקרומטר, מוצגים. 3D תמונות אופטי של microstructures חלול לפני ואחרי פירולYysis מוצגים גם באיור 7 . כל microstructures התכווץ כמעט 30% בגובה (250-175 מיקרומטר) על פי תמונות מיקרוסקופיות confocal. <img alt="איור 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55649/55649fig1.jpg" /> איור 1: דיאגרמה סכמטית של תהליך ייצור עבור אדם נגזרות שיער חלול מיקרופון. שוחזר באישור מהתייחסות 13 . זכויות יוצרים 2016, Elsevier בע&quot;מ <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55649/55649fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55649/55649fig2.jpg" /> איור 2: תמונות SEM של דפוסים שונים של שיער נגזר פחמן Microfibers. ( A ו- b ) straig מיושרHt פחמן microfibers. סולם בר = 50 מיקרומטר. ( C ו- d ) מיקרופייבר פחמן מפותל. סולם ברים = 20 ו - 100 מיקרומטר, בהתאמה. ( E ו ) מיקרופון שבור חלול פחמן . שוחזר באישור מהתייחסות 13 . זכויות יוצרים 2016, Elsevier בע&quot;מ <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55649/55649fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55649/55649fig3.jpg" /> איור 3: ספקטרה ראמאן של שיער האדם לפני ואחרי פירוליזה. שוחזר באישור מהתייחסות 13 . זכויות יוצרים 2016, Elsevier בע&quot;מ <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55649/55649fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a><img alt="איור 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55649/55649fig4.jpg" /> איור 4: חישה אלקטרוכימית של דופמין וחומצה אסקורבית. ( א ) תרשים סכמטי של אלקטרודות פחמן לחישה אלקטרוכימית. מחזורי voltammograms של ( ב ) 100 מיקרומטר דופמין ו ( ג ) 100 מיקרומטר חומצה אסקורבית. שוחזר באישור מהתייחסות 13 . זכויות יוצרים 2016, Elsevier בע&quot;מ <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55649/55649fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55649/55649fig5.jpg" /> איור 5: דיאגרמה סכמטית של תהליך C-MEMS קונבנציונלי המבוסס על פוטוליטוגרפיה ופירוליזה. ( א ) שיתוף ספיןAting של photoresist, ( ב ) חשיפה UV, ( ג ) פיתוח, ו ( ד ) פירוליזה. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55649/55649fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55649/55649fig6.jpg" /> איור 6: סריקת תמונות מיקרוסקופיות אלקטרונים של מיקרו-פחמן המופק על ידי תהליך C-MEMS קונבנציונלי. ( א ) מבנים מוצקים ( b ) חלולים בקטרים ​​פנימיים שונים. סולם ברים = 500 מיקרומטר. תמונות מוגדלות עבור (ג) מבנים מוצק ואת חלול, אשר הקוטר הפנימי לפני פירוליזה היו ( ד ) 30, ( ה ) 50, ו ( ו ) 75 מיקרומטר. סולם ברים = 50 מיקרומטר. שוחזר באישור מהתייחסות 24 . זכויות יוצרים 2016, החברה האלקטרוכימית. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55649/55649fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55649/55649fig7.jpg" /> איור 7: 3D תמונות אופטיות של מיקרו חלולים. ( א ) לפני ו ( ב ) לאחר פירוליזה. שוחזר באישור מהפניה 24 . זכויות יוצרים 2016, החברה האלקטרוכימית. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55649/55649fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> אֵלֵמֶנט </td><td> לפני פירוליזה </td><td> אחרי פירוליזה </td></tr> &lt;Tr&gt; <td></td><td> אטומית% </td><td> אטומית% </td></tr><tr><td> פַּחמָן </td><td> 66.57 </td><td> 80.84 </td></tr><tr><td> חַמצָן </td><td> 16.19 </td><td> 14.83 </td></tr><tr><td> חַנקָן </td><td> 7.94 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> גוֹפרִית </td><td> 9.14 </td><td> 0.21 </td></tr><tr><td> סִידָן </td><td> 0.16 </td><td> 0.21 </td></tr><tr><td> נתרן </td><td> 0 </td><td> 0.22 </td></tr><tr><td> סִילִיקוֹן </td><td> 1.82 </td><td> 3.69 </td></tr></tbody></table> טבלה 1: הרכב כימי מנתח על ידי EDX לשיער אדם לפני ואחרי פירוליזה. שוחזר באישור מהתייחסות 13 . זכויות יוצרים 2016, אלסוויר בע&quot;מ

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS at JoVE.com

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

סיבי פחמן ארוכים וחלולים עשויים מפוברקים על פי פירוליזה של מוצר טבעי, שיער אנושי. שני השלבים ייצור של מערכות פחמן microelectromechanical ופחמן nanoelectromechanical, או C-MEMS ו- C-NEMS, הם: (1) photolithography של מבשר פולימר עשיר פחמן ו (2) פירוליזה של מבשר פולימר בדוגמת.

ייצור של 3D מערכות מיקרואלקטרו-מכניות פחמן (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 ...

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

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

12.0K Views.  Tecnologico de Monterrey.  סיבי פחמן ארוכים וחלולים עשויים מפוברקים על פי פירוליזה של מוצר טבעי, שיער אנושי. שני השלבים ייצור של מערכות פחמן microelectromechanical ופחמן nanoelectromechanical, או C-MEMS ו- C-NEMS, הם: (1) photolithography של מבשר פולימר עשיר פחמן ו (2) פירוליזה של מבשר פולימר בדוגמת. 

Video: Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

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.

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

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

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.

ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה, הדמיה וידאו תלת ממדית עם טכניקות הקרנה הדיגיטלי פרינג&#39;

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.

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

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.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

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.

המצאה של טמפרטורה נמוכה חיבורים אנכיים-צינורות פחמן תואם עם סמיקונדקטור טכנולוגיה

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.

ייצור ואפיון של מהודי מוליכים

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.

דו כיווני יִצוּב מְחִיר של סיגי פיצוץ תנור: סינתזה של סידן זרז קרבונט ו התקנת זאוליט Heavy Metal סופח

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.

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי<em&gt; באתרו</em&gt; Xerogels בניית תבנית פחמן

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.

ייצור ואפיון של ואקום שהופקדו דיודות פולטות אור אורגני

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.

לחץ אטמוספירי ייצור של פתיתי בשכבה יחידה מדוד גדול מלבני SnSe

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