Search

Premi Extraordinari de Doctorat concedit pels programes de doctorat de la UAB per curs acadèmic 2016-2017, La tesi doctoral titulada "Auto-assemblatge de copolímers de bloc per modificació química de la superfície", presenta com a objectiu principal el desenvolupament, implementació i caracterització d'un mètode de guiatge de copolímers de bloc basat en la modificació química de la superfície. El desenvolupament d'aquest mètode de nanofabricació contribueix a la futura generació de dispositius i circuits nanoelectrònics. Primer de tot, es presenten els aspectes generals sobre l'auto-assemblatge dirigit de copolímers de bloc, així com el seu rol dins del futur de la nanoelectrònica comparat amb altres tecnologies emergents. Després, per tal d'entendre i determinar les interaccions que tenen lloc durant el procés d'auto-assemblatge, es dóna una visió general sobre els processos químics i físics que tenen lloc en les pel·lícules primes de copolímers de bloc. La part principal de la tesi es focalitza en l'estudi, desenvolupament i implementació d'un mètode de guiatge químic per tal de dirigir l'auto-assemblatge de copolímers de bloc. A banda d'estudiar el procés experimental, també es caracteritzen els mecanismes que condueixen l'alineament i s'introdueixen a un model per simular el procés d'auto-assemblatge dirigit. A més, també es presenta la transferència del procés a una línia pilot industrial de fabricació de circuits integrats. La implementació del procés de guiatge químic s'ha provat no únicament amb materials comercials, sinó també amb nous sistemes polimèrics que permeten arribar a mides per sota dels 10 nm. Per aquests sistemes, es defineix un nou mètode de guiatge basat en la combinació de modificacions topogràfiques i químiques. Per tal d'entendre millor el procés, s'estudien tècniques específiques de metrologia. En particular, mitjançant tècniques d'alta energia de rajos X, es descriuen les principals diferències entre patrons químics de guiatge. D'altra banda, les propietats nanomecàniques dels diferents dominis del copolímer es determinen mitjançant el mode pe, The thesis entitled "Directed self-assembly of block copolymers on chemically nano-patterned surfaces", aboard the challenge of the development, implementation and characterization of a chemical epitaxy process to direct self-assemble block copolymers. The development of this nanofabrication method contributes to the next generation of nanoelectronic devices and circuits. Firstly, the main aspects of directed self-assembly of block copolymers and its role and status in the future of nanoelectronics is presented, and compared with other powerful technologies. Then, a general overview about the physics and chemistry involved in block copolymer thin films is presented, in order to understand and determine the interactions taking place during the DSA process. The main part of the thesis is focused on the study, development and implementation of a chemical epitaxy approach to guide the self-assembly of block copolymers. Apart from the process development, the mechanisms which drive the block copolymer alignment are characterized and simulated into a DSA model. Moreover, the process transfer to a more industrial pilot line is presented. The implementation of the chemical epitaxy process is addressed not only with commercial block copolymers, but also with new polymer systems which allow getting sub- 10 nm resolution. For these systems, a new guiding method is presented based on the combination of a chemical and graphoepitaxy approach. To better understand the DSA process, dedicated metrology methods are also studied. In particular, by using high-energy X-ray techniques it is possible to describe the main characteristics of the chemical guiding patterns. On the other hand, the nanomechanical properties of block copolymer domains are studied by using the peak force tapping mode in atomic force microscopy. A reliable method to pattern transfer the block copolymer features into the substrate is showed. It is based on infiltrating one block copolymer domain and enhancing thus

Bibliografia, Diferentes funcionalidades pueden ser obtenidas en diversas superficies a través de topografía en lugar de química, inspirándose en la naturaleza. El principal objetivo de esta tesis es la investigación de la litografía de nanoimpresión (NIL) como una técnica de fabricación factible para modificar superficies y así alterar sus propiedades físicas, utilizándolas para aplicaciones superhidrofóbicas y oleofóbicas. A lo largo de esta tesis una técnica derivada de la nanoimpresión, capaz de imprimir con cero capa residual, fue desarrollada. Esta novedosa técnica de impresión se puede adaptar para crear patrones sobre superficies con distintas formas, permitiéndonos realizar estructuras jerárquicas en tres dimensiones (3D) con diferentes combinaciones de micro y nanoestructuras. Demostramos que las técnicas de fabricación desarrolladas en esta tesis son adaptables a los procesos industriales de facturación, permitiendo así su aplicación en el desarrollo de superficies funcionales. Las estructuras tridimensionales producidas en esta tesis fueron realizadas usando métodos de replicación industrial, tales como electrodeposición o moldeo por inyección. Además, varios materiales fueron investigados en los que estas estructuras en 3D se pudieron reproducir. Nuestro proceso nos permite producir superficies superhidrofóbicas de una forma controlada, abriendo el camino hacia la producción industrial de superficies plásticas funcionales. En nuestros experimentos conseguimos un ángulo de contacto de 170 o con una histéresis de 4 o sin la necesidad de ningún tratamiento químico adicional. Los efectos dinámicos fueron medidos en estas superficies, obteniendo excelentes propiedades autolimpiables, así como una buena robustez antes impacto de gotas. El preciso control sobre nuestro proceso de fabricación nos permitió realizar superficies híbridas con propiedades de mojado inducidas. Se realizaron superficies jerárquicas que resultaron en una doble funcionalidad. Concretamente, nuestras, Different surface functionalities can be achieved by means of topography instead of chemistry, based on inspirations from nature. The main objective of this thesis is the investigation of Nanoimprint Lithography (NIL) as a feasible fabrication technique to modify both organic and inorganic surfaces to alter their physical properties and utilize them for superhydrophobic and oleophobic applications. During this thesis a modified nanoimprint technique, capable of imprinting with zero residual layer was developed. This novel imprint based technique is adaptable to pattern over free form surfaces, allowing us to realize tailored three dimensional (3D) hierarchical micro and nanostructured surfaces. We demonstrate that the fabrication techniques developed in this thesis, are adaptable to industrial manufacturing process, allowing their application on the development of functional surfaces. The produced 3D hierarchical surfaces were realized using fully industrial replication methods such as electroplating and injection molding techniques. Moreover, various materials have been tested into which the 3D hierarchical structured were replicated. Our manufacturing approach allowed us to reproduce our superhydrophobic surfaces in a controlled manner opening the path to high volume manufacturing of functional plastic components and surfaces. Within our experimental findings we achieved a static contact angle value of 170 o with a hysteresis of 4 o without the need of any additional chemical treatment. Dynamic effects were measured on the produced surfaces, obtaining remarkable self-cleaning properties, as well as excellent robustness over impacting droplets. The precise control of the developed fabrication technique allowed us to realize hybrid hierarchical patterned surfaces with tunable wetting properties. Hierarchical surfaces were realized resulting in a dual state functionality. In particular, our structured surfaces exhibit both "lotus" and "petal" effect when varying the

Bibliografia, Diferentes funcionalidades pueden ser obtenidas en diversas superficies a través de topografía en lugar de química, inspirándose en la naturaleza. El principal objetivo de esta tesis es la investigación de la litografía de nanoimpresión (NIL) como una técnica de fabricación factible para modificar superficies y así alterar sus propiedades físicas, utilizándolas para aplicaciones superhidrofóbicas y oleofóbicas. A lo largo de esta tesis una técnica derivada de la nanoimpresión, capaz de imprimir con cero capa residual, fue desarrollada. Esta novedosa técnica de impresión se puede adaptar para crear patrones sobre superficies con distintas formas, permitiéndonos realizar estructuras jerárquicas en tres dimensiones (3D) con diferentes combinaciones de micro y nanoestructuras. Demostramos que las técnicas de fabricación desarrolladas en esta tesis son adaptables a los procesos industriales de facturación, permitiendo así su aplicación en el desarrollo de superficies funcionales. Las estructuras tridimensionales producidas en esta tesis fueron realizadas usando métodos de replicación industrial, tales como electrodeposición o moldeo por inyección. Además, varios materiales fueron investigados en los que estas estructuras en 3D se pudieron reproducir. Nuestro proceso nos permite producir superficies superhidrofóbicas de una forma controlada, abriendo el camino hacia la producción industrial de superficies plásticas funcionales. En nuestros experimentos conseguimos un ángulo de contacto de 170 o con una histéresis de 4 o sin la necesidad de ningún tratamiento químico adicional. Los efectos dinámicos fueron medidos en estas superficies, obteniendo excelentes propiedades autolimpiables, así como una buena robustez antes impacto de gotas. El preciso control sobre nuestro proceso de fabricación nos permitió realizar superficies híbridas con propiedades de mojado inducidas. Se realizaron superficies jerárquicas que resultaron en una doble funcionalidad. Concretamente, nuestras, Different surface functionalities can be achieved by means of topography instead of chemistry, based on inspirations from nature. The main objective of this thesis is the investigation of Nanoimprint Lithography (NIL) as a feasible fabrication technique to modify both organic and inorganic surfaces to alter their physical properties and utilize them for superhydrophobic and oleophobic applications. During this thesis a modified nanoimprint technique, capable of imprinting with zero residual layer was developed. This novel imprint based technique is adaptable to pattern over free form surfaces, allowing us to realize tailored three dimensional (3D) hierarchical micro and nanostructured surfaces. We demonstrate that the fabrication techniques developed in this thesis, are adaptable to industrial manufacturing process, allowing their application on the development of functional surfaces. The produced 3D hierarchical surfaces were realized using fully industrial replication methods such as electroplating and injection molding techniques. Moreover, various materials have been tested into which the 3D hierarchical structured were replicated. Our manufacturing approach allowed us to reproduce our superhydrophobic surfaces in a controlled manner opening the path to high volume manufacturing of functional plastic components and surfaces. Within our experimental findings we achieved a static contact angle value of 170 o with a hysteresis of 4 o without the need of any additional chemical treatment. Dynamic effects were measured on the produced surfaces, obtaining remarkable self-cleaning properties, as well as excellent robustness over impacting droplets. The precise control of the developed fabrication technique allowed us to realize hybrid hierarchical patterned surfaces with tunable wetting properties. Hierarchical surfaces were realized resulting in a dual state functionality. In particular, our structured surfaces exhibit both "lotus" and "petal" effect when varying the

Un dels reptes tecnològics més importants del segle XXI és el desenvolupament i organització de materials funcionals a escala nanomètrica ja que permet modificar-ne les propietats fonamentals i generar-ne de noves. En el cas dels òxids complexos aquesta tecnologia ha generat grans perspectives en diferents àrees d’estudi perquè presenten propietats molt interessants com la magnetoresistència colossal, superconductivitat o multiferroicitat. En particular, en l’òxid complex superconductor YBa2Cu3O7 (YBCO) s’ha demostrat que la formació de capes superconductores sobre plantilles nanoestructurades o bé la formació de nanocompostos en una matriu superconductora permet millorar de manera espectacular les seves propietats (corrent crític). Aquests resultats introduiran canvis paradigmàtics en la tecnologia de l’energia elèctrica (cables, motors, generadors) i en totes aquelles aplicacions que requereixin camps magnètics intensos. Ara bé, cal aconseguir-ho mitjançant tècniques de baix cost i que permetin un fàcil escalat. Durant els 4 mesos que s’ha disfrutat de l’ajut BP s’han preparat amb èxit noves capes primes superconductores nanoestructurades mitjançant la introducció d’una fase secundària nanomètrica complexa, Ba2YTaO6 (BYTO), dins la matriu d’YBCO pel mètode de baix cost de deposició de solucions químiques. Aquesta nova composició ha donat lloc a un augment significatiu de les propietats superconductores comparat amb la fase tradicional d’YBCO i per tant tenen gran potencial per fabricar futures cintes superconductores., One of the most imposing technological challenges of the 21st century is the development and organization of funcional materials at the nanometer scale. It constitutes a unique opportunity for the generation of new functionalities or to modify the existing ones. The superconducting complex oxide YBa2Cu3O7 (YBCO) is particularly attractive because its performance can be strongly improved by forming nanocomposite films or thin superconducting films on nanostructured templates. However, to radically revolutionize the use of electrical energy, especially in motors, electromagnetic energy storage systems and magnets it is mandatory to achieve low cost techniques on an industrial scale. During the 4 months I enjoyed the BP contract, we have successfully prepared new nanocomposites films of YBCO with the incorporation of Ba2YTaO6 (BYTO) by the low cost and scalable chemical solution deposition approach. This novel composition led to a significant increase of YBCO performance compared to the pristine YBCO films and therefore appeared as a strong candidate to fabricate coated conductors.