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

1. Maschere di progettazione per la fabbricazione di donatori substrato <ol><li> Progettare una maschera con geometria desiderata. Per fabbricare 100 micron x 100 micron unità individuali silicio quadri, disegnare una matrice di 100 micron x 100 micron quadrati. </li><li> Progettare una seconda maschera con una geometria identica, con ogni lato che si estende su un ulteriore 15 micron. Per la serie di 100 micron x 100 micron quadrati, disegnare un array di 130 micron x 130 micron quadrati in grado di coprire le piazze nella fase 1.1. </li><li> Progettare la geometria di ancoraggio. Disegna quattro 20 micron x 40 micron rettangoli, ognuno incentrato lungo un bordo di un quadrato. Posizionare le strutture in modo che il primo 15 micron copre l&#39;originale 100 micron x 100 micron quadrato nel passo 1.1 e il restante 25 micron si estende verso l&#39;esterno (come mostrato in Figura 2). NOTA: Qualsiasi forma e le dimensioni possono essere usati fino a quando i contatti di ancoraggio sia il materiale modellato e il substrato. Un&#39;estremità di questa ancora copre l&#39;origineAl geometria nel passaggio 1.1 e l&#39;altra estremità deve estendere la geometria nel passaggio 1.2. </li></ol> 2. Preparare Retrievable donatori substrato <ol><li> Preparare un silicio drogato di tipo p su isolante (SOI) wafer con 3 dispositivo micron spessore, con resistenza dello strato di 1-20 Ω • cm e scatola spessore dello strato di ossido di 1 micron. NOTA: Per le varie applicazioni di questi parametri possono essere modificati. </li><li> Spin cappotto photoresist (AZ5214, 3.000 rpm per 30 sec, 1,5 micron di spessore) e fissare la maschera progettata nella fase 1.1. </li><li> Utilizzando una incisione a ioni reattivi (RIE) strumento, modello strato periferica del wafer SOI e rimuovere la maschera di fotoresist. Dopo questo passo, la regione inciso RIE ha esposto lo strato di ossido di dialogo (Figura 2A). </li><li> Spin cappotto photoresist (AZ5214, 3.000 rpm per 30 sec, 1,5 micron di spessore) ed il modello con la mascherina disegnata nel passaggio 1.2. </li><li> Riscaldare il wafer a 125 ° C per 90 secondi su una piastra calda. </li><li> Immergere il wafer in49% HF per 50 sec per incidere lo strato di ossido casella esposto dal punto 2.3. Dopo completa essiccazione, rimuovere il photoresist mascheratura (Figura 2B). </li><li> Cappotto Spin (AZ5214, 3.000 rpm per 30 sec, 1,5 micron di spessore) e il modello il disegno di ancoraggio dal punto 1.3. </li><li> Riscaldare il wafer a 125 ° C per 90 secondi su una piastra calda. </li><li> Immergetevi nel 49% HF per 50 min. Questo passaggio incide lo strato di ossido casella restante sotto il restante silicio strato modellato dispositivo, con conseguente sospensione silicio unità individuali sul photoresist (Figura 2C). </li></ol> 3. Maschere di design per uno Stamp microtip <ol><li> Progettare una maschera con un solo 100 micron x 100 micron quadrati. </li><li> Progettare una maschera con più 12 micron x 12 micron quadrati all&#39;interno di un 100 micron x 100 micron zona. </li></ol> 4. Fare la muffa per uno Stamp microtip <ol><li> Pulire un wafer di silicio con orientazione cristallina &lt;1-0-0&gt;, deposit 100 nm di nitruro di silicio utilizzando Plasma avanzata Chemical Vapor Deposition (PECVD) attrezzature. </li><li> Spin cappotto photoresist (AZ5214, 3.000 rpm per 30 sec, 1,5 micron di spessore) ed il modello con la mascherina disegnata nel passaggio 3.2. </li><li> Motivo dello strato di nitruro di silicio utilizzando 10:01 Buffered Oxide Etchant (BOE). </li><li> Sciogliere 80 g di idrossido di potassio (KOH) in 170 ml di acqua deionizzata e 40 ml di alcool isopropilico (IPA) miscela un becher. </li><li> Riscaldare la, IPA, e miscela acqua KOH al 80 ° C su una piastra calda. </li><li> Posizionare verticalmente il wafer preparati nel beker con miscela KOH per incidere il silicio esposto a struttura cristallina (velocità di attacco è di circa 1 micron / min). </li><li> Dopo il silicio esposto è completamente inciso, rimuovere il wafer da miscela di KOH, etch via il nitruro di silicio con HF ed eseguire RCA 1 e 2 RCA pulizia (Figura 3A). </li><li> Spin cappotto con SU-8 100 e modello con la maschera preparata dal punto 3.1 con il seguente ricetta: 3.000 rpm per 1 min, cuocere morbido a 65 ° C per 10 min e 95 ° C per 30 min, esporre con 550 mJ / cm 2, e post cuocere in forno a 65 ° C per 1 minuto e 95 ° C per 10 min (Figura 3B ). </li><li> Dopo il SU-8 100 è completamente guarito, applicare un monostrato di (tridecafluoro-1 ,1,2,3-tetraidro ottil)-1-triclorosilano facendo cadere 3-5 gocce di (tridecafluoro-1, 1,2,3 - tetraidro ottil)-1-triclorosilano in un vaso vuoto e mettendo il wafer nel vaso e applicando il vuoto. </li></ol> 5. Duplicare uno Stamp microtip utilizzando uno stampo <ol><li> Mescolare polidimetilsilossano (PDMS) base e il catalizzatore con il rapporto di 5:1. </li><li> Degassarla miscela ponendolo in un vaso vuoto. </li><li> Versare una piccola porzione della miscela degasato PDMS sullo stampo e lasciare che il riflusso PDMS per ottenere una superficie superiore piana (Figura 3C). </li><li> Collocare lo stampo con PDMS nel forno a 70 ° C per 2 ore per curare completamente il PDMS. </li><li> Rimuovere lo stampo dallaforno e sbucciare le PDMS off (Figura 3D). </li></ol> 6. Recuperare inchiostro dal supporto dei donatori e stampa sullo Spazio target <ol><li> Posizionare il substrato donatore, su fasi y-rototraslazione ed x motorizzato provvisto di un microscopio. </li><li> Attaccare il timbro microtip ad una fase di traslazione verticale indipendente. </li><li> Al microscopio, allineare il timbro micropunte con l&#39;inchiostro sul substrato di Si donatore mediante traslazione e rotazione fasi. Inoltre, fare l&#39;allineamento inclinazione tra la superficie microtip e l&#39;inchiostro Si regolando una fase di ribaltamento. Successivamente, portare il timbro microtip giù per fare contatto. </li><li> Lentamente portare il timbro micropunte ridurre ulteriormente dopo il contatto iniziale, in modo che le piccole punte sono completamente crollati e l&#39;intera superficie è a contatto con l&#39;inchiostro Si su substrato donatore. </li><li> Aumentare rapidamente la fase z, rompendo le ancore a causa della grande area di contatto tra il timbro micropunte e l&#39;inchiostro Si, per rRECUPERO l&#39;inchiostro Si dal substrato donatore e allegarlo al timbro microtip. NOTA: Quando il timbro microtip è priva di qualsiasi stress, la microtip compresso restituisce alla sua forma piramidale originale, rendendo minimo contatto con l&#39;inchiostro Si recuperato. </li><li> Posizionare il ricevitore su un substrato x, y-stadio traduzione e allineare l&#39;inchiostro Si recuperato sotto il timbro micropunte nella posizione desiderata. </li><li> Scendere la fase z finché l&#39;inchiostro Si recuperato rende a malapena contatto con il substrato ricevitore. </li><li> Dopo il contatto, sollevare lentamente la fase z per rilasciare l&#39;inchiostro Si, stampandolo sulla posizione desiderata. </li></ol> 7. Processo di incollaggio <ol><li> Programmare un forno di ricottura termica rapida ciclare da RT fino a 950 ° C in 90 sec, rimangono a 950 ° C per 10 minuti e raffreddare a RT (eliminando qualsiasi fornitura di calore nel forno). </li><li> Posizionare il substrato ricevente stampato in forno in un ambiente di aria ambiente e ricottura a 950 °C per 10 min per Si-Si incollaggio oa 360 ° C per 30 min per Si-Au bonding. </li></ol>

<ol>
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The authors have nothing to disclose.

Micro-muratura, illustrato nella figura 4, prevede l&#39;incollaggio fusione di silicio in una fase di saldatura del materiale. Silicon legame di fusione si ottiene ponendo il campione in un forno di ricottura termica rapida (forno RTA) e riscaldamento del campione a 950 ° C per 10 min. Questa condizione di ricottura è sia adottabile tra Si - Si e Si - SiO 2 bonding 10,11. In alternativa, l&#39;Au legato con una striscia di Si come si trova nella Figura 5C adotta eutettica di legame, e quindi la temperatura di legame è attorno alla temperatura eutettica Si-Au (363 ° C) per 30 min 8. Per garantire eutettica bonding, prima di stampare inchiostri Au su una striscia di Si, la striscia Si deve essere accuratamente detersa con 49% HF per evitare qualsiasi impurità come l&#39;ossido nativo all&#39;interfaccia del Au e Si. Essere in grado di assemblare Au film con micro-massoneria migliora enormemente ampio adattamento del micro-massoneria sistema produttivo since introduce un tipo di materiale metallico. Grazie alla sua bassa resistenza di contatto elettrico con il silicio, può essere utilizzato come elettrodo nei dispositivi MEMS finalizzati nonché una flessione membrana sospesa come presentato in Keum et al. 9 Gli inchiostri trasferibili sviluppati sono attualmente limitati a Si e Au ed i materiali dei loro corrispondenti substrati ricevitore sono Si e SiO 2 per il Si e Au e Si per Au. Nel complesso, formato grande area di contatto tra un substrato e un ricevitore risultati inchiostro nella facilità in fase di stampa. Tuttavia, la stampa di un inchiostro mentre parzialmente a contatto la superficie è anche possibile, con conseguente struttura sospesa, come mostrato in figura 4E. Mentre micro-massoneria è un nuovo approccio di microfabbricazione, vi sono ancora limiti da superare nel processo. Primo e più lontano è la produzione di scalabilità poiché l&#39;attuale assemblea deterministica di inchiostri solidi è condotta individualely piuttosto che allo stesso tempo. Inoltre, poiché il legame di fusione del silicio è esercitata in alta temperatura, differenze di Si e SiO 2 coefficiente di dilatazione termica, possono causare instabilità / delaminazione nell&#39;interfaccia. Queste limitazioni devono essere ulteriormente indagato per più ampio adattamento della tecnica di micro-muratura. Come illustrato nella figura 4, micro-muratura ha un&#39;influenza immensa sui processi MEMS convenzionali, che si basano principalmente sulla microfabbricazione monolitico, attraverso la sua capacità di additivi e produzione flessibile di tre strutture microscala unidimensionale che rappresenta inedite. Inoltre, micro-muratura ha la capacità di manipolare tratti delicati in microscala senza danneggiare la superficie perché utilizza Stamp elastomeriche morbide. I lavori futuri include la stampa a trasferimento parallelo per ridurre i tempi di assemblaggio, i processi di legame localizzati abilitati dal laser-assistita ricottura, ed estendendo tale processo subacqueoSE MEMS materiali come SiO 2, Si x N y, Al, ecc.

Sistemi microelettromeccanici (MEMS), come la miniaturizzazione su larga scala macchine 3D ordinarie, sono indispensabili per far progredire le tecnologie moderne, fornendo miglioramenti delle prestazioni e 1,2 di riduzione dei costi di produzione. Tuttavia, l&#39;attuale tasso di progresso tecnologico in MEMS non può essere mantenuta senza continue innovazioni nelle tecnologie di produzione 3-6. Microfabbricazione monolitico comune si basa principalmente su processi layer-by-layer sviluppati per la fabbricazione di circuiti integrati (IC). Questo metodo ha avuto successo a permettere la produzione di massa di dispositivi MEMS ad alte prestazioni. Tuttavia, a causa della sua complessa layer-by-layer e natura elettrochimica sottrattiva, fabbricazione di forma-diversamente strutture e dispositivi MEMS 3D, mentre facile nel macroworld, è molto difficile da realizzare utilizzando questo microfabbricazione monolitico. Per attivare microfabbricazione 3D più flessibile con la complessità meno di processo, ci DEVEluppato una strategia 3D additivo micromanufacturing (chiamato &#39;micro / nano-massoneria&#39;), che coinvolge un gruppo basato su stampa, trasferimento di materiali micro / nanoscala in combinazione con tecniche rapide materiale di incollaggio ricottura abilitato termici. Stampa transfer è un metodo per trasferire materiali solidi microscala (ossia &#39;inchiostri solidi ») da un substrato in cui sono generati o coltivate su un substrato diverso utilizzando adesione secco controllata di Stamp elastomerici. La procedura tipica di micro-muratura inizia con stampa transfer. Inchiostri solidi prefabbricate sono il trasferimento stampato con un timbro microtip che è una forma avanzata di francobolli elastomerici e le strutture stampate sono successivamente ricotto con una rapida ricottura termica (RTA) che permettono di migliorare inchiostro inchiostro e ink-substrato adesione. Questo approccio produttivo consente la costruzione di strutture microscala insoliti e dispositivi che non possono essere ospitati con altre metodologia esistenteds 7. Micro-massoneria fornisce diverse caratteristiche interessanti non presenti in altri metodi: (a) la capacità di integrare inchiostri solidi funzionali e strutturali di materiali dissimili da montare sensori MEMS e attuatori tutto integrato all&#39;interno della struttura 3D; (B) le interfacce di inchiostri solidi assemblati possono funzionare come contatti elettrici e termici 9,10; (C) la risoluzione spaziale assemblaggio può essere elevata (~ 1 micron) utilizzando processi litografici altamente scalabili e di facile comprensione per la generazione di inchiostri solidi e fasi meccaniche altamente precisi per stampa transfer 7; e (d) inchiostri solidi funzionali e strutturali possono essere integrati su entrambi i substrati rigidi e flessibili in planare o geometrie curvilinee.

<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

Stampa transfer è un metodo per trasferire materiali micro / nanoscala solidi (qui chiamati &quot;inchiostri&quot;) da un substrato in cui sono generati ad un substrato diverso utilizzando Stamp elastomerici. Stampa transfer consente l&#39;integrazione di materiali eterogenei per fabbricare strutture unexampled o sistemi funzionali che si trovano in dispositivi avanzati recenti come celle solari flessibili ed estensibili e array LED. Durante la stampa transfer presenta caratteristiche uniche nella capacità di assemblaggio materiale, l&#39;uso di strati adesivi o la modifica della superficie, come la deposizione di monostrati auto-assemblati (SAM) su substrati per migliorare i processi di stampa ostacola la sua vasta adattamento in microstruttura del sistema microelettromeccanici (MEMS) strutture e dispositivi. Per ovviare a questo inconveniente, abbiamo sviluppato una modalità avanzata di stampa a trasferimento che assembla in modo deterministico oggetti microscala singoli esclusivamente attraverso il controllo superficie di area di contattosenza alcuna alterazione superficiale. L&#39;assenza di uno strato adesivo o altra modificazione e processi materiale legante successive garantire non solo legame meccanico, ma anche il collegamento elettrico e termico tra materiali assemblati, che apre ulteriormente varie applicazioni in adattamento a costruire dispositivi MEMS insoliti.

Micro-massoneria consente l&#39;integrazione di materiale eterogeneo per generare strutture MEMS che sono molto difficili o impossibili da raggiungere da processi di microfabbricazione monolitici. Al fine di dimostrare la sua capacità, una struttura (chiamato &#39;micro teiera&#39;) è realizzato esclusivamente mediante micro-muratura. Figura 4A è un&#39;immagine al microscopio ottico di inchiostri di Si fabbricato su un substrato donatore. Gli inchiostri progettati sono dischi con diverse dimensioni realizzati in un&#39;unica silicio cristallino, che sono i mattoni del micro teiera. Una volta che un substrato donatore viene preparato indipendentemente, dischi sono trasferimento stampato su un substrato ricevente e ricotto strato per strato utilizzando un timbro micropunte come mostrato nella Figura 4B. La regione interna della micro teiera è cava come può essere visto da ogni disco assemblato. Inoltre, la delicatezza dei processi di micro-muratura è inoltre testato da stampa a trasferimento e ricottura un phot piuttosto squisitoonic piastrine di cristallo (Figure 4C-E). Superfici Photonic vengono prima modellati con nanoimprint litografia e fatti come inchiostri trasferibili su un substrato donatore, come indicato nel protocollo. Una volta che l&#39;inchiostro è completamente preparato, la piastrina cristallo fotonico è trasferito su quattro anelli SI con 50 micron di spessore, formando una tabella come configurazione illustrata nella figura 4E. Oltre a micro-muratura per gli inchiostri di silicio, le immagini in Figura 5 mostrano alcuni esempi di micro-massoneria adottate per montare film sottili di Au. Figura 5A è l&#39;immagine al microscopio ottico di preparati 400 spessore film Au nm su un substrato donatore. Questi inchiostri sono ulteriormente elaborati e testati per trasferire stampa su una superficie Au (Figura 5B), nonché su una superficie di Si (Figura 5C). Di importanza fondamentale con questo micro-muratura per Au insieme di film sottile è che, in assenza di qualsiasi strato adesivo, tegli trasferire film Au stampate presentano conduttanza elettrica con il substrato ricevente. Anche se è difficile da raggiungere forte legame meccanico tra il trasferimento stampato Au film e un Au superficie del ricevitore, i componenti sono tenuti in posizione con la forza di van der Waal e mostrano grande conduttanza elettrica senza alcun ulteriore trattamento (Figura 5B) 9. Viceversa, l&#39;integrazione eterogenea di film sottili Au con una superficie di Si passa anche attraverso la stampa transfer e ricottura termica rapida approssimativamente Si-Au temperatura eutettica. Attraverso il processo di ricottura, resistenza di contatto all&#39;interfaccia Si-Au è significativamente ridotta simile a quella di sputtering depositato campione causa Si-Au eutettica bonding. Con misurazione linea di trasmissione (TLM) esperimenti, questa affermazione è stata motivata (Figura 5C) 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. Flusso di processo generale di micro-muratura 7. Come fase di preparazione, un substrato donatore, un timbro, e un substrato ricevente sono preparati in modo indipendente. (A) Una volta che tutti i diversi componenti sono disposti, prima un timbro a micropunte è attaccato ad un vetrino trasparente capovolto tale che le micropunte nel timbro sono rivolto verso il basso. Dopo lo stamp è posizionato correttamente, il substrato donatore si trova su un x, asse y stadio e il timbro è allineato con inchiostri sul substrato donatore attraverso un microscopio. (B) Successivamente, il timbro sia ridotto al substrato donatore e un precarico viene applicato sullo stampo, in modo che tutti micropunte del timbro sono completamente crollati. (C) Successivamente, il timbro viene rapidamente sollevato e l&#39;inchiostro viene recuperato e fissata a un timbro. (D) Per stampare il reperimentoinchiostro ed il timbro con l&#39;inchiostro viene cautamente allineato area bersaglio e abbassato in modo tale che l&#39;inchiostro entra in contatto con il substrato ricevente dolcemente mentre le punte sono parzialmente crollati. (E) Mentre l&#39;inchiostro è in contatto con il substrato ricevente, la timbro è sollevato lentamente. Grazie alla grande van der Waals sull&#39;interfaccia inchiostro-ricevitore di all&#39;interfaccia timbro-inchiostro, l&#39;inchiostro rimane sul substrato ricevente. (F) Il substrato ricevente con gli inchiostri assemblati viene spostato in un forno di ricottura termica rapida e ricotto a 950 ° C per 10 min per Si-Si incollaggio oa 360 ° C per Si-Au legame per 30 min. La fase di ricottura dopo la fase di stampa transfer completa la procedura di micro-muratura. Riprodotto con il permesso di Keum et al. 7 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51974/51974fig1highres.jpg" target="_blank">cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> Figura 2. Schema di preparazione del substrato donatore. (A) su un wafer SOI, lo strato dispositivo è modellato in dimensioni e geometria desiderate. (B) A seguito HF processo di incisione a umido elimina l&#39;esposto SiO 2 strati box fatta eccezione per le regioni sotto la Si modellata. (C) Il photoresist viene filata e modellato per formare ancore. (D) Successivamente, il substrato viene immerso in HF a etch via il residuo SiO 2. Dopo un tempo sufficiente in HF, la serie di inchiostri quadrati SI è sospesa e free standing con solo ancore photoresist sul substrato donatore. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51974/51974fig2highres.jpg" target="_blank">Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> Figura 3. Schema di timbro fabbricazione 7. (A) Al fine di rendere uno stampo per timbri MicroTip, un wafer di silicio viene pulita e micropits a forma di piccola piramide vengono creati sul wafer attraverso KOH incisione. (B) Dopo l&#39;incisione è fatto, la superficie del wafer viene pulita tramite RCA 2 processo di pulizia seguita da applicare e patterning SU8 per formare una cavità sopra le micropunte. Successivamente, un monostrato di triclorosilano è rivestito sullo stampo per promuovere il seguente processo di stampaggio PDMS / demolding facendo cadere 3-5 gocce di triclorosilano in un vaso vuoto e posizionare il wafer ed aspirando il vaso vuoto. (C) Una volta che il rivestimento è fatto , il precursore PDMS viene versato e curata in forno. (D) Il PDMS indurito viene semplicemente staccata dallo stampo per completareil processo di formatura per un timbro micropunte. Riprodotto con il permesso di Keum et al. 7 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51974/51974fig3highres.jpg" target="_blank">cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51974/51974fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4. Lavori Rappresentante in Si micro-massoneria 7. (A) immagini al microscopio ottico di forma ad anello inchiostri di silicio su un substrato donatore, (B) microscopio elettronico a scansione (SEM) di una struttura teiera micro formata da micro-muratura, ( C) Illustrazione di micro-muratura di una superficie fotonica silicio su quattro anelli Si, (immagini D, E) SEM delle nanostrutture sulla superficie fotonica (D) e la superficie di silicio fotonico montato su quattro<html> anelli di silicio (E). Riprodotto con il permesso di Keum et al. 7 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51974/51974fig4highres.jpg" target="_blank">cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51974/51974fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5. Lavori Rappresentante in Au micro-massoneria 8. (A) Optical vista microscopico del substrato donatore preparato con inchiostri Au recuperati nella fila superiore e pronti per essere recuperati in fila in basso, (B) SEM immagine di un trasferimento film stampato Au su una superficie modellata Au, (C) immagine SEM di trasferimento stampato Au film su una striscia modellata Si. Riprodotto con il permesso di Keum et al. 8ottenere = &quot;_blank&quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Questo articolo introduce una strategia 3D additivo micromanufacturing (chiamato &#39;micro-massoneria&#39;) per la fabbricazione flessibile del sistema microelettromeccanici (MEMS) strutture e dispositivi. Questo approccio comporta il trasferimento di montaggio a base di stampa, di materiali micro / nanoscala in combinazione con tecniche rapide materiale di incollaggio ricottura abilitato termici.

Micro-muratura per 3D Additivo Micromanufacturing

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

Nanyang Technological University

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10.3K Views.  University of Illinois at Urbana-Champaign.  Questo articolo introduce una strategia 3D additivo micromanufacturing (chiamato 'micro-massoneria') per la fabbricazione flessibile del sistema microelettromeccanici (MEMS) strutture e dispositivi. Questo approccio comporta il trasferimento di montaggio a base di stampa, di materiali micro / nanoscala in combinazione con tecniche rapide materiale di incollaggio ricottura abilitato termici. 

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

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

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

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

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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 scalabili per predittivi Studi e migliorata visualizzazione 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.

Romanzo 3D / VR Interactive Environment per MD simulazioni, visualizzazione e l&#39;analisi

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.

Sviluppo di un dispositivo 3D grafene elettrodi dielettroforetiche

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.

Tomografia a dispersione di energia dei raggi X per il 3D Elemental mappatura delle nanoparticelle individuali

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.

Metodi per misurare l&#39;orientamento e rotazione Tasso di particelle in turbolenza 3D-stampati

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 stampa 3D dei modelli biomolecolari per la Ricerca e Pedagogia

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 camera di stampa 3D per organico dispositivo optoelettronico degradazione test

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.

Una catena di processo utensili morbido per lo stampaggio di un componente 3D con Micro pilastri

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.

Componenti ceramici multi-materiali – additivo produzione di componenti di Zirconia in bianco e nero di stampa 3D termoplastico (CerAM - T3DP)

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