Micropunching litografia per la generazione di Micro-e submicroniche modelli sul Polymer Substrati

L'obiettivo generale di questo lavoro è generare schemi micro e sub-micronici sulle superfici laterali superiori e inferiori di un substrato polimerico per diverse applicazioni. Questo risultato si ottiene innanzitutto rivestendo strati polimerici intermedi e target su una superficie rigida. Successivamente, vengono realizzate strutture di stampo con bordi affilati e arrotondati, che vengono utilizzate per imprimere il substrato a una temperatura superiore alla temperatura di transizione vetrosa del polimero intermedio, ma inferiore alla temperatura di fusione del polimero target.

Dopo il raffreddamento del substrato, il modulo viene rimosso e sulle superfici dei substrati polimerici compaiono strutture micro e sub-micrometriche. Le applicazioni biomediche della litografia mediante microforatura sono primarie. I microbiomi di PPY generati mediante operazione di taglio vengono utilizzati per il rilevamento del glucosio.

In secondo luogo, i canali HDP generati mediante disegno possono essere utilizzati come canali microfluidici all'interno di dispositivi lab-on-chip per ridurre l'attrito del flusso del fluido. In questa procedura, un substrato in silicone, rivestito con un polimero intermedio e un materiale da stampare, viene riscaldato a una temperatura superiore alla temperatura di transizione vetrosa del polimero intermedio e inferiore alla temperatura di fusione o di transizione del materiale bersaglio. Successivamente, lo stampo e il substrato vengono messi a contatto fisico sotto alta pressione, seguito da un successivo raffreddamento.

Infine, vengono separati quando la loro temperatura scende al di sotto della temperatura di transizione del polimero intermedio, completando così il trasferimento del modello dallo stampo allo strato bersaglio. Per questa procedura, è necessario preparare stampi in silicio fabbricati con le dimensioni richieste utilizzando la litografia UV convenzionale. Preparare lo strato intermedio selezionando un foglio di PMMA non conduttivo e posizionarlo su un substrato rigido e piano.

Ora un singolo polimero conduttivo può essere depositato in modo convenzionale mediante spin coating sulla parte superiore del polimero intermedio. Per depositare più materiali polimerici conduttivi, coprire l'area intorno al primo strato di polimero conduttivo con nastro adesivo. Tappando e applicando lo spin coating, è possibile depositare più strati nelle posizioni desiderate sul substrato.

Successivamente, imprimere il substrato utilizzando una macchina per goffratura a caldo per alcuni minuti ed eseguire la sformatura del substrato tra 80 e 95 gradi Celsius a 1,5 millimetri al minuto. In questa procedura, lo strato superiore viene sostituito da una combinazione rispettivamente di due e tre polimeri o strati metallici, al fine di generare microstrutture multistrato. Vengono esaminati la fabbricazione di giunzioni eterogenee, diodi e condensatori.

Per generare una giunzione eterogenea a due strati di PPY e pdot, applicare prima mediante spin coating uno strato di pdot spesso 10 micrometri sul foglio di PMMA. Successivamente, cuocere il substrato a 80 gradi Celsius per un'ora. Dopo la cottura, applicare mediante spin coating un film di PPY spesso un micrometro sullo strato di pdot e cuocere il substrato per cinque minuti.

Per generare diodi in alluminio e pdot a due strati, depositare per centrifugazione uno strato di pdot spesso 10 micrometri sul foglio di PMMA e cuocere il substrato per un'ora. Successivamente, utilizzare l'evaporazione termica per ricoprire lo strato di pdot con un film di alluminio spesso 200 nanometri. Il substrato deve essere posizionato con la faccia verso il basso e la pressione nella camera deve essere impostata a cinque microtorr nell'evaporatore, dove una tensione elevata fa evaporare le pastiglie di alluminio.

Monitorare il monitor dello spessore al quarzo fino al raggiungimento di 200 nanometri. Successivamente, ridurre la tensione a zero e aerare la camera prima di rimuovere il campione. Per generare condensatori pdot, PMMA pdot a tre strati.

Applicare uno strato di pdot di 10 micrometri di spessore sul foglio di PMMA e lasciare riposare il substrato per un'ora. Successivamente, eseguire una spin-coating a 1000 giri al minuto più volte per ottenere un film di PMMA spesso da 15 a 20 micrometri sullo strato di pdot e cuocere il substrato per 30 minuti. Dopo aver cotto lo strato di PMMA, applicare mediante spin-coating uno strato di pdot spesso da due a tre micrometri sul film di PMMA e cuocere il substrato per cinque minuti. Per tutte le microstrutture, imprimere il substrato utilizzando la macchina per termoimpressione per alcuni minuti, quindi sformare le microstrutture a una temperatura compresa tra 80 e 95 gradi Celsius a una velocità di 1,5 millimetri al minuto.

L'operazione di stampaggio è simile al taglio, tuttavia utilizza uno stampo rigido con bordi arrotondati e uno stampo A-P-D-M-S. Richiede inoltre una forza di inserzione minore, una velocità di inserzione più bassa e una temperatura di stampa più elevata. Iniziare a realizzare micro pilastri in PDMS rivestendo mediante spin coating uno strato dello spessore di un micrometro di S 1813 su uno stampo SU eight.

Lo stampo SU eight viene generato utilizzando la litografia UV convenzionale. Successivamente, si applica per spin coating il PDMS sullo stampo SU eight rivestito con S 1813 a 1000 giri al minuto e si cuoce il campione a 85 gradi Celsius per tre ore su una piastra riscaldante. Dopo che lo strato di PDMS è stato polimerizzato, si lava il campione con acetone per sciogliere l'S 1813 e rilasciare il sottile film di PDMS dallo stampo SU eight.

Pertanto, una volta completato il film in PDMS con micro pilastri, posizionare il film in PDMS con micro pilastri su un foglio di HDPE spesso 1,5 millimetri per la stampa. Posizionare un stampo in alluminio con bordi arrotondati sul film in PDMS e sul foglio di HDPE e cuocere sotto pressione per un'ora. Lo stampo spingerà il film in PDMS contro il foglio di HDPE morbido.

Dopo che il campione è stato raffreddato a temperatura ambiente, rimuovere lo stampo per completare la realizzazione del canale sul foglio di HDPE. Durante il processo, parte del film in PDMS formato dal micro pilastro viene trasferita sulla superficie inferiore e sulle due pareti laterali del canale. Mediante l'operazione di taglio MPL sono state realizzate microstrutture monolayer in PPY, PDOT e SPANI.

Il microscopio elettronico a scansione (SEM) è stato utilizzato per analizzare un motivo lineare rettilineo largo 300 micrometri e un motivo di micromicrofilo serpentino largo 50 micrometri, al fine di verificare la sensibilità all'umidità. Un MICROWIRE di PPY e un film di PPY di un centimetro quadrato sono stati entrambi esposti a livelli di umidità relativa compresi tra il 45% e l'85%. La loro sensibilità è stata misurata come variazione di resistenza e confrontata. L'SEM è stato impiegato per esaminare diverse microstrutture multistrato, tra cui una linea microscopica larga 300 micrometri in PPY pdot, un diodo a giunzione eterogenea in alluminio pdot e un condensatore PDOT PMMA pdot, utilizzando una stazione di prova keithley.

Con lo strato di pdot collegato a massa e un potenziale di polarizzazione compreso tra meno 20 volt e 20 volt applicato allo strato di PPY. Le tensioni inverse di rottura in avanti e all'indietro della giunzione eterogenea PPY-PDOT furono rispettivamente di cinque volt e meno otto volt. Una giunzione eterogenea di alluminio-PDOT fu realizzata collegando a massa lo strato di alluminio e applicando un potenziale di polarizzazione compreso tra meno cinque volt e cinque volt allo strato di pdot, misurato a temperatura ambiente.

Le tensioni di rottura diretta e inversa erano rispettivamente di tre e meno 2,5 volt. È stato realizzato un condensatore pdot PMMA PDOT utilizzando la stazione di prova KEITHLEY e la CV del condensatore è stata misurata a temperatura ambiente. La capacità misurata del condensatore a polarizzazione a bassa frequenza era di circa 0,06 picofarad.

Mentre la quantità calcolata teoricamente era di 1,38, micro pilastri in PDMS di picofarad sono stati premuti all'interno di fogli in HDPE per formare le pareti laterali dei canali. L'angolo di contatto medio della goccia d'acqua nei canali in HDPE era di 145,5 gradi. I micro pilastri in PDMS vengono utilizzati per ridurre l'attrito idraulico dei canali in HDPE.

Una goccia che scorre lungo un canale in HDPE rivestito con film A-P-D-M-S si muove più lentamente di una goccia che scorre attraverso un canale in HDPE codificato con micro pilastri A-P-D-M-S. Ciò è dovuto alla natura superidrofobica del canale conferita dai micro pilastri in PDM. Quando si eseguono queste procedure, non dimenticare che lavorare con resist foto-sensibili, polimeri conduttivi e composti organici volatili può essere pericoloso; adottare sempre precauzioni, come l'uso di dispositivi di protezione individuale e lavorare in aree ben ventilate.