作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 自折叠SU8薄膜的机理和多功能性
a)自折叠SU8双层，其中SU8底层完全交联，SU8顶层部分交联
SU8双层膜在丙酮和水的溶剂交换中向上折叠
b)在单个SU8薄膜上具有低紫外线剂量梯度交联密度的自折叠SU8
SU8膜在丙酮和水的溶剂交换中向下折叠
双层SU8光束的总厚度为，c) 20微米，d) 10微米，UVr = 0
五
双层SU8星的受控折叠，e) UVr = 0
8，厚度为10微米
f) UVr = 0
5，厚度为10微米
g) UVr = 0
5，厚度为5微米
h)用梯度法将SU8带折叠成I)螺旋，和j)将SU8星折叠成k)方形金字塔
比例尺为，c–g)500微米，h，i) 800微米，j，k) 300微米
学分:高级智能系统，doi: 10
1002/aisy
202000195 刺激响应、自折叠、二维(2-D)层状材料在柔性电子、可穿戴设备、生物传感器和光子学应用中具有有趣的功能
然而，可伸缩性的限制和设计工具的缺乏会阻碍高度集成及其可靠的功能
在《高级智能系统》杂志上发表的一份新报告中，黄奇和美国约翰·霍普金斯大学的一组化学和生物分子工程、电子和计算机工程的科学家
S
提出了一种大规模生产单层石墨烯基可逆自折叠结构的策略
该材料可用于微流体和微机械系统
作为概念的证明，他们以圆环、多面体、花朵和折纸鸟的形式实现了复杂而实用的装置
然后，他们将金电极整合到构建体中，以提高它们的检测灵敏度
实验提出了一个综合框架，通过折叠二维单层石墨烯来合理地设计和制造可扩展和复杂的三维自折叠光学和电子器件
从二维前体发展三维微结构 从晶片级、二维前体发展三维集成微结构可用于包括光学、电子学、机器人学和生物医学工程在内的各种领域
然而，仍然难以实现晶片规模的片上或独立式和可逆的二维层状材料基混合器件
在这项工作中，黄等人
研究了差异交联SU8—i的折叠机理
e
一种基于商业树脂的环氧基紫外可交联负性光刻胶，以及光与柔性石墨烯-金-SU8三维微结构的相互作用
该团队通过实验和模拟引入了一些新的想法，并展示了SU8石墨烯的自折叠微结构
他们通过调整紫外线剂量来改变SU8的交联程度，以开发一个基于物理学的粗粒度模型，该模型包含了紫外线对材料力学和体积变化的影响
然后他们用这种方法提供了包括折纸鸟在内的三维形状的例子
该方法还包括多层超大规模集成(VLSI)计算方法
该方法允许与电极和其他电子、光学或微流体模块的简单连接
这些研究展示了适用于机器人、可穿戴设备和光子学的三维石墨烯混合功能器件
自折叠微结构的力学设计框架
SU8的弹性模量(E)对暴露强度(I0)的曲线图
单个点是测量值，直线表示这些点的理论拟合，以及SU8数据表中阈值暴露下的模量值
尺寸为250 × 500微米的双层矩形SU8光束的平均ROC图，作为顶层厚度(t)和曝光强度(I0)的函数
红色表示底部SU8层(完全暴露在240 mJ·cm2的紫外线下)，蓝色层是顶部SU8层(暴露在I0的紫外线下)
c)尺寸为250 × 500微米的梯度交联矩形SU8光束的ROC图，作为顶层(红色，能量为I0)曝光强度(I0)和梯度强度沿厚度递减的函数，由下式给出( 合理设计三维自折叠SU8结构 黄等
测试了两种允许可逆折叠差异交联SU8膜的方法，包括双层法和梯度法
对于这两种版本，他们首先在晶片或载玻片上沉积50纳米厚的热蒸发铜牺牲层
在双层方法中，他们使用光刻法将SU8双层膜图案化，使其具有完全交联的底层和部分交联的顶层，以便于弯曲远离晶片
然后，他们将SU8层旋涂到材料上，并通过将双层图案浸入丙酮中以产生自折叠前体来调节双层图案
当溶剂从丙酮转移到水中时，被调节的结构可以可逆地折叠和展开
通过改变图案的厚度，他们组装了不同半径和各种三维形状的曲梁
研究小组还改变了紫外线照射的剂量比例，以增加图案折叠的程度
他们注意到通过改变交联的厚度和程度可以获得不同的折叠角度
该工作提供了SU8微结构实现受控弯曲和几何形状所需的设计标准
模拟是实验折叠形状的精确复制
基于自折叠SU8结构将石墨烯转化为三维形状 自折叠结构可以重要地支持平坦单层石墨烯向三维形状的转变
这一整合过程包括几个关键步骤
首先，该团队使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)方法将化学气相沉积法生长的单层石墨烯从镀铜晶片转移到牺牲镀铜硅衬底上
然后利用拉曼光谱，黄等人
注意到如预期的那样对应于沉积在SU8上的单层石墨烯的峰
之后，他们通过光刻和等离子体刻蚀对石墨烯进行构图，并在水和丙酮中通过可逆的滚动/展开实现石墨烯-SU8结构的自滚动
这种自滚动石墨烯-SU8的集成过程发生在晶片规模上，促进了包括金线或图案在内的其他元素的包含，以形成功能电子或光学器件
独立式和3D自折叠石墨烯-金SU8梁制造工艺示意图
1)制造工艺流程
b)水和丙酮之间溶剂转移的自折叠和展开过程
c)平面石墨烯-金-SU8束的图像，以及d)自折叠石墨烯-金-SU8卷
e)自折叠光束的侧视扫描电子显微镜图像
比例尺是c，d) 800微米，e) 200微米
学分:高级智能系统，doi: 10
1002/aisy
202000195 开发超薄形变智能材料
材料科学家通常基于材料独特的物理特性、高机械强度和稳定性来研究石墨烯的电子和光学应用
由于石墨烯的光电特性，其在室温下的高电荷载流子迁移率显示出在高频和高速器件中的潜在应用
然而，对于原子级薄的平面石墨烯基器件，石墨烯的光吸收和光-物质相互作用较低
黄等
因此，利用SU8的光学透明性来开发基于三维自折叠石墨烯的光学器件，以形成柔性光学器件和可穿戴设备
他们创造了多层三维石墨烯结构，以克服单层石墨烯吸收率低的限制
然后，科学家们使用一个平面石墨烯-金-SU8光电探测器，通过用488纳米激光照射每个金电极来测试衬底
与SU8侧相比，当激光照射直接入射到石墨烯侧时，光电压更大
由于SU8膜对光的吸收，照度降低
工作中产生的光电压主要来自金和石墨烯的重叠区域
形成集成芯片的三维图形结构和光电探测器 作为概念证明，黄等
开发复杂的折纸灵感设计和芯片集成结构
为了组装它们，他们将铜牺牲层和石墨烯图案化，并控制特定区域的紫外线曝光，以选择性地折叠SU8微结构，而其他部分保持固定不动
这种复杂的结构对于远程光能收集应用中具有石墨烯-金界面的软机器人来说非常重要
片上组装设计在光电子学中也很重要
图示为使用具有自折叠SU8石墨烯光电探测器阵列的角度分辨光电探测器
利用光照，他们根据激光的角度和材料的结构表现出不同的光响应
该团队还使用模拟来确定角度分辨响应
独立式石墨烯-金SU8自折叠光束的光响应
A)当激光点在平坦的石墨烯-金SU8光束的横向上扫描时的光电压图，实线是眼睛的指南
当激光功率从1毫瓦变化到5毫瓦并以不同的曝光时间照射一个电极时，在b)平面和c)自折叠金-石墨烯SU8束中测量开路光电压
d)3D自卷曲石墨烯-金-SU8与平面石墨烯-金-SU8光束的光响应比较
学分:高级智能系统，doi: 10
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202000195 前景 通过这种方式，黄奇和他的同事开发了一种高度并行的方法来组装三维柔性石墨烯微结构
该方法有三个主要优点， 独立材料和芯片集成灵活透明的三维石墨烯器件的高度并行集成，以及可逆重构
芯片集成石墨烯-金SU8 3D自折叠微结构和光电检测
a)工艺流程示意图
石墨烯-金SU8折纸鸟自折叠的光学和扫描电镜图像，从b)扁平到c)其3D形状
石墨烯-金SU8花从d)平面折叠成e)三维形状的光学和扫描电镜图像
f)自折叠3D石墨烯–金–SU8片上阵列示意图
g)自折叠石墨烯-金SU8阵列的扫描电镜图像
h)测量装置的光学图像
I)集成芯片的石墨烯-金SU8 3D自折叠光电探测器的角度相关光响应测量示意图
j)单个石墨烯-金SU8 3D自折叠光电探测器的角度相关光电压响应
(0、30和60)
k)作为入射角函数的光吸收变化的COMSOL模拟
比例尺为b–e)500微米和g) 200微米
学分:高级智能系统，doi: 10
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202000195 光学透明光致抗蚀剂可以被旋涂并保持相对柔性
这些结构在空气中很稳定，可以形成硅基模块的更好的轻质替代品，用于集成在飞行和游泳机器人中
自折叠机制的主要基础依赖于化学溶剂驱动的差异膨胀来促进折叠/展开运动
该团队希望利用这种方法为可穿戴设备、移动机器人、生物传感器和能量收集设备创造一系列三维微结构
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