Micropunching litografía para la generación de microempresas y patrones de submicrónicas de sustratos poliméricos

El objetivo general de este trabajo es generar patrones micro y submicrón en las superficies superior lateral y inferior de un sustrato polimérico para diversas aplicaciones. Esto se logra primero recubriendo capas intermedia y objetivo de polímero sobre una superficie rígida. Luego, se fabrican y utilizan estructuras de molde con bordes afilados y redondeados para estampar el sustrato por encima de la temperatura de transición vítrea del polímero intermedio, que se encuentra por debajo de la temperatura de fusión del polímero objetivo.

Después de que el sustrato se enfría, se retira el molde y se revelan patrones micro y submicrónicos en las superficies de los sustratos poliméricos. Las aplicaciones biomédicas de la litografía por punzonado micro son prioritarias. Los microbiomas de PPY generados mediante la operación de corte se utilizan para la detección de glucosa.

En segundo lugar, los canales de HDP generados mediante dibujo pueden utilizarse como canales microfluídicos dentro de dispositivos tipo laboratorio-en-un-chip para reducir la fricción del flujo de fluido. En este procedimiento, un sustrato de silicona, recubierto con un polímero intermedio y un material que se va a imprimir, se calienta por encima de la temperatura de transición vítrea del polímero intermedio y por debajo de la temperatura de fusión o transición del material objetivo. A continuación, el molde y el sustrato se ponen en contacto físico bajo alta presión, seguido de un enfriamiento posterior.

Por último, se separan cuando sus temperaturas descienden por debajo de la temperatura de transición del polímero intermedio, completando así la transferencia del patrón desde el molde hasta la capa objetivo. Para este procedimiento, deben prepararse moldes de silicio fabricados con las dimensiones requeridas utilizando litografía UV convencional. Prepare la capa intermedia seleccionando una lámina de PMMA no conductora y colóquela sobre un sustrato rígido y plano.

Actualmente, un solo polímero conductor puede recubrirse mediante centrifugación sobre el polímero intermedio. Adicionalmente, para centrifugar múltiples materiales de polímeros conductores, cubra el área alrededor de la primera capa de polímero conductor con cinta adhesiva. Mediante el uso de cinta y el recubrimiento por centrifugación, se pueden depositar múltiples capas en las ubicaciones deseadas sobre el sustrato.

A continuación, estampe el sustrato utilizando una máquina de estampado en caliente durante unos minutos y desmoldee el sustrato entre 80 y 95 grados Celsius a 1,5 milímetros por minuto. En este procedimiento, la capa superior se sustituye por una combinación de dos y tres polímeros o capas metálicas, respectivamente, para generar microestructuras multicapa. Se revisa la fabricación de uniones heterojunción, diodos y condensadores.

Con el fin de generar una heterounión de dos capas de PPY y pdot, primero se debe aplicar por centrifugación una capa de pdot de 10 micrómetros de espesor sobre la lámina de PMMA. A continuación, se hornea el sustrato a 80 grados Celsius durante una hora. Tras el horneado, se aplica por centrifugación una película de PPY de un micrómetro de espesor sobre la capa de pdot y se hornea el sustrato durante cinco minutos.

Para generar diodos de aluminio y pdot de dos capas, aplique por centrifugación una capa de pdot de 10 micrómetros de espesor sobre la lámina de PMMA y caliente el sustrato durante una hora. Luego, utilice evaporación térmica para depositar una película de aluminio de 200 nanómetros de espesor sobre la capa de pdot. El sustrato debe colocarse con la cara hacia abajo, y la presión de la cámara debe ajustarse a cinco microtorr en el evaporador, donde un alto voltaje evapora las pastillas de aluminio.

Monitoree el espesor del cuarzo en el monitor hasta alcanzar 200 nanómetros. Luego, corte el voltaje a cero y ventile la cámara antes de retirar la muestra. Para generar capacitores de tres capas de pdot, PMMA y pdot.

Deposite por centrifugado una capa de pdot de 10 micrómetros de espesor sobre la lámina de PMMA y deje reposar el sustrato durante una hora. A continuación, realice varias centrifugaciones a 1000 RPM para obtener una película de PMMA de 15 a 20 micrómetros de espesor sobre la capa de pdot y caliente el sustrato durante 30 minutos. Una vez que la capa de PMMA esté horneada, aplique por centrifugado una capa de pdot de dos a tres micrómetros de espesor sobre la película de PMMA y caliente el sustrato durante cinco minutos. Para todas las microestructuras, repujen el sustrato utilizando la máquina de repujado en caliente durante unos minutos, tras lo cual desmoldee las microestructuras a 80-95 grados Celsius a una velocidad de 1,5 milímetros por minuto.

La operación de estampado es similar al corte, sin embargo, utiliza un molde rígido con bordes redondeados y un molde A-P-D-M-S. También requiere una fuerza de inserción menor, una velocidad de inserción más baja y una temperatura de impresión más alta. Comience a fabricar microcolumnas de PDMS recubriendo mediante centrifugación una capa de espesor micrométrico de S 1813 sobre un molde SU ocho.

El molde SU ocho se genera utilizando litografía UV convencional. A continuación, se aplica por centrifugación PDMS sobre el molde SU ocho recubierto con S 1813 a 1000 RPM y se hornea la muestra a 85 grados Celsius durante tres horas en una placa calefactora. Una vez que la capa de PDMS está curada, se lava la muestra con acetona para disolver el S 1813 y liberar la película delgada de PDMS del molde SU ocho.

Así, una vez completada la película de PDMS con microcolumnas, coloque ahora esta película de PDMS con microcolumnas sobre una lámina de HDPE de 1,5 milímetros de espesor para imprimir. Coloque un molde de aluminio con bordes redondeados sobre la película de PDMS y la lámina de HDPE y hornee bajo presión durante una hora. El molde empujará entonces la película de PDMS hacia abajo sobre la lámina de HDPE blanda.

Después de que la muestra se enfríe a temperatura ambiente, retire el molde para finalizar la fabricación del canal en la lámina de PEAD. Durante el proceso, parte de esta película de PDMS con microcolumnas formadas se transfiere al fondo y a las dos paredes laterales del canal. Mediante la operación de corte MPL, se fabricaron microestructuras de una sola capa en PPY, PDOT y SPANI.

Se utilizó MEV para analizar un patrón de línea recta de 300 micrómetros de ancho y un patrón de microlínea serpenteante de 50 micrómetros de ancho, con el fin de probar la sensibilidad a la humedad. Tanto un MICROALAMBRE de PPY como una película de PPY de un centímetro cuadrado se expusieron a niveles de humedad relativa que variaron desde 45% hasta 85%. Su sensibilidad se midió como un cambio en la resistencia y se compararon. Se utilizó MEV para examinar varias microestructuras multicapa, incluyendo una microlínea de PPY de 300 micrómetros de ancho, un diodo de heterounión de aluminio pdot y un capacitor PDOT PMMA pdot, utilizando una estación de prueba keithley.

Con la capa de pdot conectada a tierra y un potencial de polarización de menos 20 voltios a 20 voltios aplicado a la capa de PPY. Los voltajes de ruptura directa e inversa de la heterounión PPY-PDOT fueron de cinco voltios y menos ocho voltios, respectivamente. Se fabricó una heterounión de aluminio y pdot conectando a tierra la capa de aluminio y aplicando un potencial de polarización de menos cinco voltios a cinco voltios a la capa de pdot, medido a temperatura ambiente.

Los voltajes de ruptura directo e inverso fueron tres y menos 2,5 voltios, respectivamente. Se fabricó un condensador de PDOT PMMA PDOT utilizando la estación de sondas KEITHLEY y se midió la CV del condensador a temperatura ambiente. La capacitancia medida del condensador bajo polarización de baja frecuencia fue de aproximadamente 0,06 picofaradios.

Aunque la cantidad calculada teóricamente era de 1,38 picofaradios, se presionaron microcolumnas de PDMS en láminas de HDPE para formar las paredes laterales del canal. El ángulo de contacto promedio de la gota de agua en los canales de HDPE fue de 145,5 grados. Las microcolumnas de PDMS se utilizan para reducir la fricción por arrastre en los canales de HDPE.

Una gota que recorre un canal de PEAD recubierto con película A-P-D-M-S avanza más lentamente que una gota que recorre un canal de PEAD codificado con microcolumnas A-P-D-M-S. Esto se debe a la naturaleza superhidrofóbica del canal conferida por las microcolumnas de PDM. Al realizar estos procedimientos, no olvide que trabajar con resistencias fotográficas, polímeros conductores y compuestos orgánicos volátiles puede ser peligroso; siempre tome precauciones, como usar equipos de protección personal y trabajar en un área bien ventilada.