Mikro ve mikron altı-desen Polimer yüzeyler üzerine oluşturuluyor için Litografi Micropunching

Bu çalışmanın genel amacı, çeşitli uygulamalar için bir polimer substratın üst yan duvar ve alt yüzeylerinde mikro ve alt-mikron boyutunda desenler oluşturmaktır. Bu işlem, öncelikle rijit bir yüzey üzerine ara ve hedef polimer tabakalarının kaplanmasıyla gerçekleştirilir. Ardından, keskin ve yuvarlak kenarlı kalıp yapıları imal edilir ve ara polimerin camsı geçiş sıcaklığının üzerinde, ancak hedef polimerin erime sıcaklığının altında olan sıcaklıkta substratı kabartmak için kullanılır.

Substrat soğuduktan sonra kalıp çıkarılır ve polimer substratların yüzeylerinde mikro ve altmikron ölçekli desenler ortaya çıkar. Mikro delme litografisinin biyomedikal uygulamaları önceliklidir. Kesme işlemiyle oluşturulan PPY mikrobiyomları, glikoz algılaması için kullanılır.

İkinci olarak, çizimle oluşturulan HDP kanalları, akışkan akış sürtünmesini azaltmak amacıyla lab-on-chip cihazlarının içindeki mikroakışkan kanallar olarak kullanılabilir. Bu prosedürde, ara polimer ve basılacak malzeme ile kaplanmış bir silikon alt katman, ara polimerin cam geçiş sıcaklığının üzerine ve hedeflenen malzemenin erime veya geçiş sıcaklığının altına ısıtılır. Ardından, kalıp ve alt katman yüksek basınç altında fiziksel temas haline getirilir ve ardından soğutma işlemi uygulanır.

Son olarak, sıcaklıkları ara polimerin geçiş sıcaklığının altına düştüğünde ayrılırlar ve böylece kalıptan hedef katmana desen aktarımı tamamlanmış olur. Bu işlem için, geleneksel UV litografisi kullanılarak gerekli boyutlarda silikon kalıplar hazırlanmalıdır. İletken olmayan bir PMMA levha seçerek ara katmanı hazırlayın ve bunu sert, düz bir substrat üzerine yerleştirin.

Tek bir iletken polimer, artık geleneksel yöntemlerle ara polimerin üzerine spin kaplama yöntemiyle uygulanabilir. Birden fazla iletken polimer malzemeyi spin kaplamak için, ilk iletken polimer tabakasının etrafındaki alan yapışkan bantla kapatılır. Bantlama ve spin kaplama işlemleriyle, substrat üzerinde istenen bölgelere birden fazla tabaka kaplanabilir.

Ardından, bir sıcak kabartma makinesi kullanarak alt katmanı birkaç dakika boyunca kabartın ve alt katmanı 80 ile 95 derece Celsius arasında, dakikada 1,5 milimetre hızla kalıptan çıkarın. Bu prosedürde, çok katmanlı mikro yapılar oluşturmak için üst katman sırasıyla iki ve üç polimer veya metal katman kombinasyonu ile değiştirilir. Hetero eklemlerin, diyotların ve kapasitörlerin üretimi incelenmektedir.

İki katmanlı PPY pdot heteronekşiyonu oluşturmak için önce, PMMA levha üzerine 10 µm kalınlığında bir pdot katmanı spin kaplayın. Ardından, substratı 80 °C'de bir saat boyunca fırınlayın. Fırınlama işleminin ardından, pdot katmanı üzerinde bir mikrometre kalınlığında PPY filmi elde etmek için spin kaplama uygulayın ve substratı beş dakika boyunca fırınlayın.

İki katmanlı alüminyum pdot diyotlar üretmek için, PMMA levha üzerine 10 mikrometre kalınlığında bir pdot katmanı spin kaplama ile uygulayın ve substratı bir saat boyunca fırınlayın. Ardından, pdot katmanı üzerine 200 nanometre kalınlığında bir alüminyum film kaplamak için termal buharlaştırma yöntemini kullanın. Substrat yüzü aşağı bakacak şekilde yerleştirilmeli ve evaporatördeki oda basıncı beş mikro tour'a ayarlanmalıdır; yüksek voltaj alüminyum peletleri buharlaştırır.

200 nanometreye ulaşıncaya kadar kuvars kalınlık monitörünü takip edin. Ardından, numuneyi çıkarmadan önce voltajı sıfırlayın ve hazneyi tahliye edin. Üç katmanlı pdot, PMMA pdot kapasitörleri üretmek için.

PMMA levha üzerine 10 mikrometre kalınlığında bir pdot tabakası spin kaplayın ve substratı bir saat boyunca pişirin. Ardından, pdot tabakası üzerinde 15 ila 20 mikrometre kalınlığında bir PMMA film elde etmek için 1000 RPM'de birkaç kez spin kaplama yapın ve substratı 30 dakika boyunca pişirin. PMMA tabakası piştikten sonra, PMMA film üzerine iki ila üç mikrometre kalınlığında bir pdot tabakası spin kaplayın ve tüm mikro yapılar için substratı beş dakika pişirin; substratı sıcak baskı makinesi kullanarak birkaç dakika boyunca baskılayın ve ardından mikro yapıları 80 ila 95 °C'de, dakikada 1,5 mm hızla kalıptan çıkarın.

Çekme işlemi kesmeye benzer; ancak, yuvarlak kenarlı rijit bir kalıp ve A-P-D-M-S kalıbı kullanılır. Ayrıca daha düşük bir yerleştirme kuvveti, daha düşük bir yerleştirme hızı ve daha yüksek bir baskı sıcaklığı gerektirir. Bir SU eight kalıbı üzerine mikrometre kalınlığında bir S 1813 tabakası spin coating yaparak PDMS mikro sütunları oluşturmaya başlayın.

SU-8 kalıp, geleneksel UV litografisi kullanılarak oluşturulur. Ardından, S 1813 kaplı SU-8 kalıbın üzerine 1000 RPM'de PDMS spin kaplama uygulanır ve numune bir sıcak plaka üzerinde 85 °C'de üç saat boyunca pişirilir. PDMS tabakası kürlendikten sonra, S 1813'ü çözmek ve ince PDMS filmi SU-8 kalıptan ayırmak için numune aseton ile yıkanır.

Mikro sütunlu PDMS film oluşturma işlemi böylece tamamlanmış olur; şimdi basım için mikro sütunlu PDMS filmi 1,5 milimetre kalınlığında bir HDPE levhanın üzerine yerleştirin. Yuvarlatılmış kenarlara sahip bir alüminyum kalıbı PDMS film ve HDPE levhanın üzerine yerleştirin ve bir saat boyunca basınç altında pişirin. Kalıp, PDMS filmi yumuşak HDPE levhanın üzerine doğru itecektir.

Numune oda sıcaklığına soğuduktan sonra, HDPE levha üzerindeki kanalı oluşturma işlemini tamamlamak için kalıbı çıkarın. Bu işlem sırasında, mikro sütunla şekillendirilmiş PDMS filmin bir kısmı kanalın tabanına ve iki yan duvarına aktarılır. MPL kesme işlemi kullanılarak PPY, PDOT ve SPANI içinde tek katmanlı mikro yapılar oluşturulmuştur.

Nem hassasiyetini test etmek için 300 mikrometre genişliğinde düz bir çizgi deseni ve 50 mikrometre genişliğinde bir serpantin mikrotel deseni analiz etmek amacıyla SEM kullanılmıştır. Bir PPY MİKROTEL ve bir santimetrekarelik PPY film, %45 ile %85 arasında değişen bağıl nem seviyelerine maruz bırakılmıştır. Hassasiyetleri, dirençteki değişim olarak ölçülmüş ve karşılaştırılmıştır. Bir Keithley prob istasyonu kullanılarak; 300 mikrometre genişliğinde mikro çizgi şeklinde bir PPY pdot, heteroyapı alüminyum pdot diyot ve bir PDOT PMMA pdot kapasitör dahil olmak üzere çeşitli çok katmanlı mikro yapıları incelemek için SEM kullanılmıştır.

pdot katmanı topraklandığında ve PPY katmanına -20 volt ile 20 volt arasında bir polarizasyon potansiyeli uygulandığında, PPY PDOT heteronekleminin ileri ve geri kırılma voltajları sırasıyla 5 volt ve -8 volt olarak belirlenmiştir. Alüminyum katmanının topraklandırılması ve pdot katmanına oda sıcaklığında ölçülen -5 volt ile 5 volt arasında bir polarizasyon potansiyeli uygulanmasıyla bir alüminyum pdot heteroneklemi oluşturulmuştur.

İleri ve geri kırılma voltajları sırasıyla 3 ve -2,5 volttu. KEITHLEY prob istasyonu ile bir pdot PMMA PDOT kapasitör oluşturuldu ve kapasitörün CV'si oda sıcaklığında ölçüldü. Kapasitörün düşük frekans polarmasındaki ölçülen kapasitansı yaklaşık 0,06 pikofarad idi.

Teorik olarak hesaplanan miktar 1,38 iken, picofarad PDMS mikro sütunlar kanal yan duvarlarını oluşturmak için A-H-D-P-E tabakalara bastırılmıştır. HDPE kanallardaki su damlacığının ortalama temas açısı 145,5 dereceydi. PDMS mikro sütunlar, HDPE kanalların sürüklenme sürtünmesini azaltmak için kullanılır.

A-P-D-M-S film kaplı HDPE kanal üzerinde ilerleyen bir damla, A-P-D-M-S mikro sütun kaplı HDPE kanal üzerinden ilerleyen bir damlaya göre daha yavaş hareket eder. Bu durum, PDM mikro sütunlar tarafından sağlanan kanalın süper hidrofobik doğasından kaynaklanmaktadır. Bu prosedürleri uygularken; fotoresist, iletken polimerler ve uçucu organik bileşiklerle çalışmanın tehlikeli olabileceğini unutmayın; kişisel koruyucu ekipman kullanmak ve iyi havalandırılan bir alanda çalışmak gibi önlemleri her zaman alın.