Micropunching Litografia de Geração de Micro e submicrométricas-padrões sobre substratos poliméricos

O objetivo geral deste trabalho é gerar padrões micro e submicrométricos nas superfícies laterais superiores e inferiores de um substrato polimérico para diversas aplicações. Isso é realizado primeiramente por meio da deposição de camadas poliméricas intermediárias e alvo sobre uma superfície rígida. Em seguida, estruturas de molde com bordas afiadas e arredondadas são fabricadas e utilizadas para estampar o substrato acima da temperatura de transição vítrea do polímero intermediário, a qual é inferior à temperatura de fusão do polímero alvo.

Após o resfriamento do substrato, o molde é removido e padrões micro e submicrométricos são revelados nas superfícies dos substratos poliméricos. As aplicações biomédicas da litografia por microperfuração são as primeiras. Os microbiomas de PPY gerados com operação de corte são utilizados para detecção de glicose.

Em segundo lugar, os canais de HDP gerados por impressão podem ser utilizados como canais microfluídicos em dispositivos lab-on-chip para reduzir o atrito do fluxo de fluido. Neste procedimento, um substrato de silicone, revestido com um polímero intermediário e um material a ser impresso, é aquecido acima da temperatura de transição vítrea do polímero intermediário e abaixo da temperatura de fusão ou transição do material alvo. Em seguida, o molde e o substrato são colocados em contato físico sob alta pressão, seguido de resfriamento subsequente.

Por fim, eles são separados quando suas temperaturas caem abaixo da temperatura de transição do polímero intermediário, completando assim a transferência do padrão do molde para a camada alvo. Para este procedimento, é necessário preparar moldes de silício fabricados com as dimensões requeridas utilizando litografia UV convencional. Prepare a camada intermediária selecionando uma folha de PMMA não condutora e colocando-a sobre um substrato rígido e plano.

Um único polímero condutor pode agora ser convencionalmente depositado por centrifugação sobre o polímero intermediário. Adicionalmente, para depositar múltiplos materiais de polímeros condutores, cubra a área ao redor da primeira camada de polímero condutor com fita adesiva. Ao utilizar fita e realizar a deposição por centrifugação, múltiplas camadas podem ser depositadas nos locais desejados sobre o substrato.

Em seguida, faça a prensagem do substrato usando uma máquina de prensagem a quente por alguns minutos e desmolde o substrato entre 80 e 95 graus Celsius a 1,5 milímetros por minuto. Neste procedimento, a camada superior é substituída por uma combinação de duas e três camadas de polímeros ou metálicas, respectivamente, para gerar microestruturas multicamadas. São revisadas a fabricação de heterojunções, diodos e capacitores.

Para gerar uma junção heterogênea de duas camadas de PPY e pdot, primeiro aplique por spin coating uma camada de pdot com 10 micrômetros de espessura sobre a folha de PMMA. Em seguida, aqueça o substrato a 80 graus Celsius por uma hora. Após o aquecimento, realize um novo revestimento por spin coating com uma película de PPY de um micrômetro de espessura sobre a camada de pdot e aqueça o substrato por cinco minutos.

Para gerar díodos de pdot de alumínio em duas camadas, faça a deposição por centrifugação de uma camada de pdot com 10 micrômetros de espessura sobre a folha de PMMA e aqueça o substrato por uma hora. Em seguida, utilize evaporação térmica para depositar uma película de alumínio com 200 nanômetros de espessura sobre a camada de pdot. O substrato deve ser colocado com a face voltada para baixo, e a pressão da câmara deve ser ajustada para cinco micra-torr no evaporador, onde uma alta tensão evapora pelotas de alumínio.

Monitore o medidor de espessura de quartzo até atingir 200 nanômetros. Em seguida, reduza a tensão a zero e ventile a câmara antes de remover a amostra. Para gerar capacitores de três camadas de pdot, PMMA pdot.

Deposite uma camada de pdot com 10 micrômetros de espessura sobre a folha de PMMA e deixe o substrato repousar por uma hora. Em seguida, faça uma centrifugação a 1000 RPM várias vezes para obter uma película de PMMA com espessura entre 15 e 20 micrômetros sobre a camada de pdot e aqueça o substrato por 30 minutos. Após o aquecimento da camada de PMMA, aplique por centrifugação uma camada de pdot com dois a três micrômetros de espessura sobre a película de PMMA e aqueça o substrato por cinco minutos. Para todas as microestruturas, repouse o substrato utilizando a máquina de termoimpressão por alguns minutos, após o que desmolda as microestruturas a 80 a 95 graus Celsius a uma velocidade de 1,5 milímetro por minuto.

A operação de moldagem é semelhante ao corte, no entanto, utiliza um molde rígido com bordas arredondadas e molde A-P-D-M-S. Também exige uma força de inserção menor, uma velocidade de inserção mais baixa e uma temperatura de impressão mais elevada. Comece a fabricar microcolunas de PDMS aplicando uma camada de espessura micrométrica de S 1813 por spin coating em um molde SU eight.

O molde de SU-oito é gerado utilizando litografia UV convencional. Em seguida, aplique por centrifugação PDMS sobre o molde de SU-oito revestido com S 1813 a 1000 RPM e aqueça a amostra a 85 graus Celsius por três horas em uma placa aquecedora. Após a cura da camada de PDMS, lave a amostra com acetona para dissolver o S 1813 e liberar a película fina de PDMS do molde de SU-oito.

Assim, após concluir a película de PDMS com microcolunas, posicione agora essa película de PDMS com microcolunas sobre uma folha de HDPE com 1,5 milímetro de espessura para impressão. Coloque um molde de alumínio com bordas arredondadas sobre a película de PDMS e a folha de HDPE e aqueça sob pressão por uma hora. O molde, então, empurrará a película de PDMS contra a folha de HDPE macia.

Após a amostra ser resfriada até a temperatura ambiente, remova o molde para finalizar a confecção do canal na folha de PEAD. Durante o processo, parte do filme de PDMS formado pelo micro-pilar é transferida para a base e para as duas paredes laterais do canal. Utilizando a operação de corte MPL, microestruturas em camada única de PPY, PDOT e SPANI foram produzidas.

Utilizou-se MEV para analisar um padrão de linha reta com 300 micrômetros de largura e um padrão de microlinha serpentina com 50 micrômetros de largura, a fim de testar a sensibilidade à umidade. Um MICROWIRE de PPY e um filme de PPY de um centímetro quadrado foram ambos expostos a níveis de umidade relativa variando de 45% a 85%. Sua sensibilidade foi medida como uma variação na resistência e comparada. Utilizou-se MEV para examinar diversas microestruturas multicamadas, incluindo uma linha microscópica de PPY com 300 micrômetros de largura, um diodo de junção heterogênea de alumínio pdot e um capacitor PDOT PMMA pdot, utilizando uma estação de prova keithley.

Com a camada de pdot aterrada e um potencial de polarização de menos 20 volts a 20 volts aplicado à camada de PPY. As tensões de ruptura direta e reversa da junção heterogênea de PPY e PDOT foram de cinco volts e menos oito volts, respectivamente. Uma junção heterogênea de alumínio e pdot foi fabricada aterrando-se a camada de alumínio e aplicando-se um potencial de polarização de menos cinco volts a cinco volts à camada de pdot, medido à temperatura ambiente.

As tensões de ruptura direta e reversa foram três volts e menos 2,5 volts, respectivamente. Um capacitor pdot PMMA PDOT foi fabricado utilizando a estação de sondas KEITHLEY e a CV do capacitor foi medida à temperatura ambiente. A capacitância medida do capacitor em polarização de baixa frequência foi de aproximadamente 0,06 picofarad.

Embora a quantidade teoricamente calculada fosse 1,38, microcolunas de PDMS em picofarad foram pressionadas em folhas de A-H-D-P-E para formar as paredes laterais dos canais. O ângulo médio de contato da gota d'água em canais de HDPE foi de 145,5 graus. As microcolunas de PDMS são utilizadas para reduzir o atrito de arrasto dos canais de HDPE.

Uma gota que escorre sobre um canal de PEAD revestido com filme A-P-D-M-S move-se mais lentamente do que uma gota que escorre sobre um canal de PEAD codificado com microcolunas A-P-D-M-S. Isso se deve à natureza superhidrofóbica do canal, conferida pelas microcolunas de PDM. Ao realizar estes procedimentos, não se esqueça de que o trabalho com resistência fotossensível, polímeros condutores e compostos orgânicos voláteis pode ser perigoso; tome sempre precauções, como o uso de equipamentos de proteção individual e a realização dos trabalhos em área bem ventilada.