Los autores reconocen el apoyo financiero de FQRNT (Le Fonds Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies). Los autores desean agradecer el apoyo de consultoría del Prof. Martin Levesque, Prof. Mi Ali El Khakani y el Dr. Brahim Aissa.

1. La fabricación de 3D microfluidos Redes <ol><li> Derretir la tinta fugitiva a 80 ° C y cargarlo en una jeringa de 3 ml. Nota: La tinta fugitivo es una mezcla binaria de una cera microcristalina y una vaselina con una proporción en peso de 40:60. </li><li> Elija una boquilla de deposición en función del diámetro del filamento deseado (por ejemplo, diámetro interno (ID) = 150 m). </li><li> Instalar la boquilla en el cuerpo de la jeringa que contiene el material de tinta y montarlo en el soporte de jeringa del robot de dispensación. </li><li> Utilice un programa Excel para el diseño de la trayectoria de movimiento del robot de dispensación para la fabricación de la estructura de andamio 3D deseada. Nota: Las dimensiones totales de la estructura 3D de tinta y el espaciamiento filamentos &#39;en una capa dada se pueden programar fácilmente, en este caso, las dimensiones son 60 mm de longitud, 7,5 mm de anchura, y 1,7 mm de espesor con 0,25 mm de espaciado horizontal entre cada filamento. </li><li&gt; Ajustar la presión de deposición en el regulador de presión y la velocidad de dispensación robot. Nota: El diámetro del filamento de tinta fugitivo varía dependiendo del diámetro de la boquilla, la presión de deposición, viscosidad de la tinta y la velocidad de dispensación. Aquí, el diámetro del filamento es de ~ 150 m para una velocidad de deposición de 4,7 mm / s a ​​una presión de extrusión de 1,9 MPa. </li><li> Comience la fabricación de la microscaffold con la deposición de los filamentos a base de tinta sobre un sustrato de epoxi, lo que conduce a un patrón 2D (Figura 2a). </li><li> Depósito de las capas posteriores incrementando sucesivamente la posición z de la boquilla dispensadora en una cantidad igual al diámetro de los filamentos (Figura 2b). Nota: las estructuras 3D autoportadores con otras geometrías y muchas capas (por ejemplo, un par de capas de cientos) se podrían construir. </li><li> Mezclar las dos partes de epoxi (es decir, la resina y el endurecedor) utilizados para la encapsulación y desgasificar la EPmezcla de oxi bajo vacío durante un tiempo definido (aquí, 0,15 bar durante 30 min) para eliminar las burbujas atrapadas durante la mezcla de los componentes epoxi. Nota: El tiempo de desgasificación puede variar con el tiempo de gelificación de la mezcla de epoxi. Para un sistema epoxi diferente, el tiempo de desgasificación requerido puede ser más corto o más largo. </li><li> Cargar la resina epoxi en un cilindro de jeringa de 3 ml usando un dispensador de fluido mediante la aplicación de una presión negativa y luego montar una boquilla fina (por ejemplo, ID = 0,51 mm) en el cilindro de la jeringa. </li><li> Lugar gotas de epoxi sobre la estructura de andamio inclinada en su extremo superior usando el mismo dispensador de fluido y la boquilla montado para reducir al mínimo el riesgo de atrapamiento de burbujas durante la encapsulación de epoxi. Nota: El epoxi fluye entonces en los espacios vacíos entre los filamentos, impulsados ​​por la gravedad y las fuerzas capilares. </li><li> Siga colocando gotas de epoxi sobre el andamio hasta que el espacio vacío entre los filamentos de andamios está completamente lleno. </li><li> Deje que la epo encapsularpreendurecimiento xy a temperatura ambiente durante 24 horas y luego poner la estructura en un horno durante el post-curado a 60 ° C (Figura 2c). Nota: Un programa de curado diferente puede ser aplicada por un sistema epoxi diferente. </li><li> Corte las partes sobrantes de epoxi con una sierra de precisión después de un curado completo. </li><li> Haga dos agujeros en los dos extremos de la estructura e inserte dos tubos de plástico. </li><li> Quite la tinta prófugo de la estructura de la siguiente manera: <ol><li> Poner las muestras en un horno a 90 ° C durante 30 min para la licuefacción de tinta (Figura 2d). </li><li> Poco después de tomar las muestras del horno, lavar la red de canales con la succión de agua destilada caliente a través de los tubos conectados a los canales abiertos durante 5 min seguido por hexano durante otros 5 min. Nota: La eliminación de la tinta produce una red de microfluidos 3D interconectado (Figura 5). -Limpieza Mensaje de las redes utilizando hexano se lleva a cabo con el fin de eliminar la positrazas residuales ble de la tinta desde las paredes del canal. </li></ol></li></ol> 2. Preparación Nanocompuesto Nota: Los nanocompuestos se preparan mezclando un doble curado de la resina (curable por radiación ultravioleta / calor) termoendurecible, ya sea una resina epoxi o una resina a base de uretano y nanocargas (aquí, los nanotubos de carbono de pared única) a diferentes cargas. <ol><li> Añadir la cantidad deseada de nanotubos a una solución de 0,1 mM de un agente tensioactivo (de zinc protoporfirina IX) ya sea en acetona o diclorometano 14 (Figura 6). Nota: Aquí, se añadió 150 mg de nanotubos de carbono a la solución (~ 50 ml) con el fin de preparar un material nanocompuesto con una concentración de nanotubos final de 0,5% en peso. Se debe también mencionar que el uso de disolventes de alta temperatura de ebullición como DMF debe evitarse debido a la posible el endurecimiento térmico de la radiación UV-epoxi utilizado en este estudio a temperaturas superiores a 60 ° C durante la evaporación del disolvente. </li><li> Sonicar el dospension en un baño de ultrasonidos durante 30 min a debundle los agregados de nanotubos (Figura 6). Nota: se deben hacer esfuerzos adicionales, tales como filtración o ultracentrifugación de la solución de nanotubos para quitar los grandes conglomerados restantes antes de la mezcla con la resina. </li><li> Mezclar la resina (ya sea epoxi o uretano) con la suspensión de nanotubos sobre una placa de agitación magnética caliente a una temperatura ligeramente por debajo de la temperatura de ebullición del disolvente (por ejemplo, 50 ° C para la solución de acetona) durante 4 horas. </li><li> Coloque la mezcla nanocompuesto en el baño de ultrasonidos y, simultáneamente, aplicar la sonicación y calentamiento (40-50 º C) durante 1 hora (Figura 6). </li><li> Dejar evaporar el disolvente residual calentando el nanocompuesto a 30 ° C durante 12 horas y después a 50 º C durante 24 horas al vacío (~ 0,1 bar). </li><li> Cizallamiento mezclar los materiales nanocompuestos pasándolos a través de un pequeño hueco entre los rodillos en un mezclador de molino de tres rodillos en order para romper los grandes agregados de nanotubos (Figura 6). Mantenga una porción de nanocompuesto antes de la mezcla para la comparación de referencia de tres eventos. </li><li> Establezca los parámetros de mezcla de tres cilindros (es decir, las lagunas y la velocidad de rotación). Nota: Aquí, una velocidad constante de 250 rpm se utiliza para el rodillo de delantal. Sin embargo, las brechas entre los rodillos se reducen en el procesamiento de los tres pasos de la siguiente manera: 5 pasa a 25 micras, 5 pases a las 10 micras y 10 pasadas a 5 micras, respectivamente. </li><li> Desgasificar la mezcla final al vacío de ~ 0,1 bar durante 24 horas utilizando un secador para eliminar las burbujas de aire atrapadas durante la mezcla. </li></ol> 3. Nanocompuesto infiltración (inyección) <ol><li> Cargue los nanocompuestos, preparados en el apartado 2, en un tubo de la jeringa de 3 ml usando el dispensador de fluido mediante la aplicación de una presión negativa. </li><li> Inserte una boquilla fina (por ejemplo, ID = 0,51 mm) que encaja en los tubos de plástico unidos a los canales abiertos (los mismos tubos utilizadospara la eliminación de la tinta) y montarlo en el cuerpo de la jeringa que contiene los materiales nanocompuestos. </li><li> Ajuste la presión deseada (es decir, la presión positiva) en el dispensador de la presión. Nota: Aquí, la presión de inyección nanocompuesto se fija en 400 kPa. Nota: Un vacío (es decir, presión negativa) se podría aplicar al otro extremo (es decir, lado de salida) para ayudar al llenado de la red. Una vez que se aplica la presión, la red de microfluidos, construido en el Protocolo 1, se llena con suspensión de nanocompuesto, que entra en la red a través de los tubos de plástico. </li><li> Poco después de la inyección, exponer las vigas mixtas nanocompuestos-llenado para iluminación UV de una lámpara UV durante 30 minutos para precurado. Nota: Se cree que esta operación de precurado para reducir el efecto del movimiento browniano sobre la posible orientación de los nanotubos de carbono. También reduce la contracción inducida por calor (Figura 7) </li><li> Post-curar las vigas fabricadas en el hornoa, en el caso de los rayos UV-epoxi, 80 ° C durante 1 hora seguido de 130 ° C durante otra 1 h (Figura 7). </li><li> Cortar las partes exceso de epoxi con una sierra y luego pulir las vigas a las dimensiones deseadas (en este caso, ~ 60 mm de longitud, ~ 6,8 mm de ancho, y ~ 1,6 mm de espesor de las vigas se fabrican para la facilidad de caracterización mecánica). </li></ol>

<ol>
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H., Copic, D., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel-driven+carbon+nanotube+microtransducers.">Hydrogel-driven carbon nanotube microtransducers.</a> Soft Matter. 7 (21), 9844-9847 (2011).</li></ol>

No hay conflictos de interés declarado.

El procedimiento experimental que se presenta aquí es un método nuevo y flexible de fabricación con el fin de adaptar el rendimiento mecánico de los materiales basados ​​en polímeros para el diseño de materiales. Usando este método, las propiedades deseadas podrían alcanzarse sobre la base de la elección adecuada de los componentes (es decir, materiales infiltrados y de la matriz principal), así como la ingeniería de las estructuras de materiales compuestos. En primer lugar, la técnica permite la fabricación de un solo material, compuesto de diferentes polímeros termoendurecibles, que representa una característica dependiente de la temperatura única que es diferente de las de los componentes graneles a 15. Otra ventaja de la presente técnica sobre otras técnicas de fabricación nanocompuesto por el cual las nanocargas se distribuyen de manera uniforme a través de toda la matriz es la capacidad de colocar espacialmente los refuerzos en los puntos deseados en estas vigas compuestas 3D-reforzada. Debido a esta capacidad de posicionamiento, una menor cantidad de nano posiblemente carose necesita relleno para obtener un 13 específica rendimiento mecánico. Puesto que el patrón de refuerzo obedece la escritura directa original del andamio de tinta, el espaciamiento de los filamentos &#39;en una capa dada se limita a aproximadamente diez veces el diámetro de los filamentos de tinta debido a las propiedades viscoelásticas de la tinta fugitivo. Por otra parte, una pequeña separación puede limitar el flujo de epoxi líquida durante la etapa de encapsulación de epoxi. Por otra parte, el diámetro del filamento de tinta debe ser lo suficientemente grande (por ejemplo por encima de 50 micras) para facilidad de fabricación (por ejemplo, extrusión de alta tinta viscosa) y etapas de fabricación posteriores tales como infiltración de nanocompuesto en las redes de microfluidos. Otro potencial del presente método puede ser la capacidad de alinear los nanotubos de carbono individuales u otras nanocargas en la dirección del flujo bajo flujo de cizallamiento 16 por la infiltración nanocompuesto a velocidades más altas / presiones, si las nanocargas son así-Dispersado en durante el proceso de nanocompuesto de mezcla. Sin embargo, un alto grado de alineación sólo podría lograrse a presiones muy altas de infiltración (debido al pequeño diámetro de canal), que pueden causar el atrapamiento de aire en la red durante la infiltración. Imágenes ópticas de representación en la figura 6 se muestran los nanocompuestos preparados por el procedimiento de mezcla se presenta en el Protocolo 2 (dos imágenes en la parte inferior de la figura). Las manchas oscuras observadas se cree que son los agregados de nanotubos. Para el nanocompuesto a ultrasonidos, los agregados de tamaño micrométrico con un diámetro de hasta ~ 7 micras están presentes, mientras que se observa un cambio drástico del tamaño de los agregados (con un promedio de ~ 1 m) para el material nanocompuesto de cizallamiento mixto. Puesto que la dispersión nanorelleno afecta a las propiedades mecánicas y eléctricas de las vigas de nanocompuestos 3D fabricados, una dispersión mejorada se debe lograr para tomar la ventaja completa de posicionamiento 3D de NaNofillers utilizando la técnica de fabricación actual. Por lo tanto, se necesita un estudio adicional para investigar sistemáticamente los estados de dispersión de los nanotubos y el uso de otras nanocargas, que pueden ser más fácilmente dispersadas en la matriz epoxi. La técnica de fabricación actual podría permitir el diseño de productos en 3D nanocompuestos funcionales para aplicaciones microingeniería 17. La técnica no se limita a los materiales utilizados en este estudio. Por lo tanto, la aplicación de esta técnica podría ser prorrogado por la utilización de otros materiales termoestables y nanocargas. Entre las diversas aplicaciones, monitoreo de salud estructural, productos de absorción de vibraciones y la microelectrónica puede mencionar.

Nanocompuestos poliméricos utilizando nanomateriales, especialmente los nanotubos de carbono (CNT) incorporados en matrices poliméricas tienen propiedades multifuncionales 1 para aplicaciones potenciales, tales como compuestos estructurales 2, 3 sistemas microelectromecánicos (por ejemplo, microsensores) y polímeros inteligentes 4. Varios pasos de procesamiento que incluyen el tratamiento CNT y nanocompuesto métodos de mezcla pueden ser obligados a deseablemente dispersar los nanotubos de carbono en la matriz. Dado que la relación de aspecto de los nanotubos de carbono &#39;, su tratamiento y estado de la superficie de dispersión influye principalmente el rendimiento eléctrico y mecánico, el régimen de nanocompuesto puede variar dependiendo de las propiedades deseadas para una aplicación específica 5. Por otra parte, para condiciones de carga específicas, la alineación de los nanotubos de carbono a lo largo de una dirección deseada y también la colocación de los refuerzos en los puntos deseados permitir una mejora adicional de las propiedades mecánicas y / o eléctricas de estos NAnocomposites. Algunas técnicas, tales como flujo de cizallamiento 6-7 y campos electromagnéticos 8 se han utilizado para alinear los nanotubos de carbono a lo largo de una dirección deseada en una matriz de polímero. Por otra parte, la orientación CNT inducida por restricción dimensional, específicamente en una sola dimensión (1D) y de dos dimensiones (2D), se ha observado durante el procesamiento / la formación de materiales nanocompuestos 9-11. Sin embargo, todavía se necesitan nuevos avances en los procesos de fabricación para permitir un control suficiente de la orientación en tres dimensiones (3D) y / o el posicionamiento de la armadura de nanotubos durante la fabricación de un producto para las condiciones óptimas. En este trabajo, se presenta un protocolo para la fabricación de vigas mixtas 3D reforzado a través de la infiltración dirigida y localizada de una red de microfluidos 3D con suspensiones de nanocompuestos de polímero (Figura 1). En primer lugar, la fabricación de un 3d interconectado microfluidosde red se demuestra, que implica la fabricación de escritura directa de los filamentos de tinta fugitivas 12-13 sobre sustratos epoxi (figuras 2a y 2b), seguido de la encapsulación de epoxi (Figura 2c) y la eliminación de la tinta de sacrificio (Figura 2d). El método de escritura directa consta de un robot controlado por ordenador que se mueve un dispensador de fluido a lo largo de la x, y, y z ejes (Figura 3). Esta técnica proporciona una manera rápida y flexible para la fabricación de microdispositivos 3D para fotónicos, MEMS y aplicaciones de la biotecnología (Figura 4). Entonces, la preparación de nanocompuestos se demuestra, junto con su infiltración (o inyección) en la red porosa bajo diferentes presiones controladas y constantes para la fabricación de materiales compuestos reforzados multiescala-3D (figuras 2e y 2f). Por último, se muestran algunos resultados representativos, junto con sus posibles aplicaciones.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="604">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Dispensing Robot</td>
			<td style="width:160px;">I &#38; J Fisnar</td>
			<td style="width:136px;">I &#38; J2200-4</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:163px;">Robot software</td>
			<td style="width:160px;">I &#38; J Fisnar</td>
			<td style="width:136px;">-</td>
			<td style="width:147px;">JR-Point Dispensing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Syringe Barrel</td>
			<td style="width:160px;">Nordson EFD Inc.</td>
			<td style="width:136px;">7012072</td>
			<td style="width:147px;">3cc</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:163px;">Dispensing Nozzle</td>
			<td style="width:160px;">Nordson EFD Inc.</td>
			<td style="width:136px;">7018225</td>
			<td style="width:147px;">Stainless Steel Tip&#160;&#160; (ID: 0.51 mm)</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:163px;">Dispensing Nozzle</td>
			<td style="width:160px;">Nordson EFD Inc.</td>
			<td style="width:136px;">7018424</td>
			<td style="width:147px;">Stainless Steel Tip&#160;&#160; (ID: 0.15 mm)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Fluid Dispenser</td>
			<td style="width:160px;">Nordson EFD Inc.</td>
			<td style="width:136px;">HP-7X</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Fluid Dispenser</td>
			<td style="width:160px;">Nordson EFD Inc.</td>
			<td style="width:136px;">800</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Live camera</td>
			<td style="width:160px;">MediaCybernetics</td>
			<td style="width:136px;">QI, Cool, Color</td>
			<td style="width:147px;">12 Bit, Qimaging</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Live Camera Software</td>
			<td style="width:160px;">Image-pro Plus</td>
			<td style="width:136px;">-</td>
			<td style="width:147px;">Version 6</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Precision Saw</td>
			<td style="width:160px;">Buehler (IsoMet)</td>
			<td style="width:136px;">622-ISF-03604&#160;</td>
			<td style="width:147px;">&#160;Low-Speed Saw</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Flexible plastic Tube</td>
			<td style="width:160px;">Saint-Gobain PRL Corp.</td>
			<td style="width:136px;">Tygon 177936</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Stirring hot plate</td>
			<td style="width:160px;">Barnstead international</td>
			<td style="width:136px;">SP131825</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Vacuumed-oven</td>
			<td style="width:160px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:136px;">EW-05053-10</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Ultrasonic cleaner</td>
			<td style="width:160px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:136px;">EW-08891-11</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Three-roll mill mixer</td>
			<td style="width:160px;">Exakt Technologies</td>
			<td style="width:136px;">Exakt 80E</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:163px;">Dynamic Mechanical Analyzer</td>
			<td style="width:160px;">TA Instruments</td>
			<td style="width:136px;">DMA Q800</td>
			<td style="width:147px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:163px;">UV-lamp</td>
			<td style="width:160px;">Cole Parmer</td>
			<td style="width:136px;">RK-97600-00</td>
			<td style="width:147px;">Intensity of 21mW/cm&#178;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

manufacturing of three-dimensionally microstructured nanocomposites through microfluidic infiltration

Vigas mixtas microestructuradas reforzados con el complejo en tres dimensiones (3D) microfilamentos nanocompuestos estampados se fabrican a través de la infiltración de nanocompuestos de 3D interconectar redes de microfluidos. La fabricación de las vigas reforzadas comienza con la fabricación de redes de microfluidos, que implica la deposición capa por capa de filamentos de tinta fugitivas utilizando un robot de dispensación, llenando el espacio vacío entre los filamentos usando una resina de baja viscosidad, el curado de la resina y finalmente la eliminación de la de tinta. Estructuras 3D autoportadores con otras geometrías y muchas capas (por ejemplo, un par de capas de cientos) se podrían construir con este método. Las redes de microfluidos tubulares resultantes se infiltran con suspensiones nanocompuestos termoestables que contienen nanocargas (por ejemplo, los nanotubos de carbono de pared simple), y posteriormente se curan. La infiltración se realiza mediante la aplicación de un gradiente de presión entre dos extremos del vacío NR ED (ya sea mediante la aplicación de un vacío o microinyección asistido por vacío). Antes de la infiltración, las suspensiones de nanocompuestos se preparan por dispersión de nanocargas en matrices de polímero utilizando ultrasonidos y de tres rodillos métodos de mezcla. Los nanocompuestos (es decir, materiales infiltrados) se solidifica entonces bajo cura la exposición UV / calor, dando como resultado una estructura de material compuesto reforzado con 3D. La técnica presentada aquí permite el diseño de nanocompuestos productos macroscópicos funcionales para aplicaciones microingeniería tales como actuadores y sensores.

Las figuras 8a y 8b muestran una imagen representativa de vigas fabricados y una imagen óptica de su sección transversal, que consta de nueve capas de los filamentos de nanocompuestos. Figuras 8c y 8d muestran imágenes típicas de SEM de una superficie de fractura fabricado vigas y una imagen de mayor aumento de los canales llenos (es decir, microfibras nanocompuestos incrustados), respectivamente. Dado que no la desunión se ve en la pared canales, es justo decir que el epoxi circundante y los materiales infiltrados están bien adheridos, como resultado de una limpieza adecuada de los canales con hexano después de la eliminación de la tinta. La Figura 9 muestra una imagen óptica representante de un haz roto durante el ensayo mecánico en el que hexano no se utiliza durante la eliminación de la tinta. Pérdida de adherencia de la fibra, como se observa un resultado de una mala interfaz mecánica que podría ser debido arastros de tinta fugitivos permanecieron después de la limpieza de la red. La figura 10 muestra el módulo de almacenamiento, E &#39;, de las muestras moldeadas epoxi mayor (como puntos de referencia) y las vigas de 3D-reforzada. Los resultados muestran tendencias únicas para las vigas fabricadas que son la combinación de la incrustado y materiales epoxi circundantes con propiedades superiores con la presencia de sólo ~ 0,18 en peso. % CNT. La figura 11 muestra los tres puntos de flexión resultados de las pruebas de las vigas mixtas fabricados utilizando un DMA. Como resultado de posicionamiento CNT, el módulo de flexión de la 3D reforzado vigas mostraron un aumento del 34% en comparación con el puro epoxi infiltrado (todo epoxi) vigas. <img alt="Figura 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Representación esquemática de un 3D-Rnanocompuesto einforced fabricado por el enfoque microinfiltración. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Representación esquemática de la fabricación de vigas reforzadas-3D. (A) de filamento de tinta deposición directa usando un robot de dispensación, (b) deposición de varias capas en la parte superior de cada otra mediante el incremento de la boquilla de distribución en la dirección z, (C ) Llenar el espacio poroso entre los filamentos utilizando una resina de baja viscosidad, (d) Integración de la tinta fuera de la red por su licuefacción, lo que resulta en la fabricación de canales de microfluidos. (E) Llenar el vacío con la redla suspensión nanocompuesto seguido de curado, y (f) Corte las partes sobrantes epoxi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Una foto de la etapa de deposición robótica que consiste en un robot controlado por ordenador, un aparato de distribución, y una cámara en vivo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" target="_blank">Haz clic aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4. Algunas imágenes de microestructuras fabricadas por la escritura directa assemblea. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" target="_blank">Haz clic aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="La figura 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5. Una vista isométrica y una imagen SEM de la red vacía de microfluidos conectado con 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" target="_blank">Haz click aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="La figura 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6. Nanocompuestos de mezcla estrategias incluyendo nanotubos de funcionalización no covalente, ultrasonicación, y / o de tres rodillos de mezcla molino que conducen a nanotubos dispersiones con diferentes calidades (imágenes ópticas de las películas de nanocompuestos). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="La figura 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7. Nanocompuesto curado bajo iluminación UV de una lámpara UV seguido de post-curado en el horno. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="Figura 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" width="500" /> Figura 8. (A) Me sometric imagen de un haz reforzado con 3D, (b) la sección transversal típica de un haz de nanocompuesto-inyectada, (c) Una imagen de SEM de la fractura superficial del haz, y ( <stron<html> g&gt; d) Una vista de cerca de (c). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="Figura 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" width="500" /> Figura 9. Imagen de la superficie de fractura de una viga nanocompuesto infiltrado poliuretano. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver la imagen más grande.</a> <img alt="Figura 10" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg" width="500" /> Figura 10 propiedades mecánicas. Dependientes de la temperatura (módulo de almacenamiento) de los epoxis a granel y las vigas fabricadas utilizando un analizador mecánico dinámico./ Www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver la imagen más grande. <img alt="Figura 11" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" width="500" /> Figura 11. Propiedades cuasiestáticos mecánicas (flexión) de las resinas epoxi, a granel y las vigas prefabricadas (ensayo de flexión de tres puntos). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" target="_blank">Haz click aquí para ver la imagen más grande.</a>

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Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Vigas mixtas microestructuradas (3D) en tres dimensiones se fabrican a través de la infiltración dirigida y localizada de nanocompuestos en redes de microfluidos porosas 3D. La flexibilidad de este método de fabricación permite la utilización de diferentes materiales termoendurecibles y nanocargas con el fin de lograr una variedad de 3D funcional nanocompuestos productos macroscópicas reforzados.

Fabricación de tridimensionalmente Microestructurados nanocompuestos mediante Microfluidic Infiltración

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

manufacturing-three-dimensionally-microstructured-nanocomposites

Research

JoVE Journal

Chemistry

12.2K vistas.  École Polytechnique de Montréal.  Vigas mixtas microestructuradas (3D) en tres dimensiones se fabrican a través de la infiltración dirigida y localizada de nanocompuestos en redes de microfluidos porosas 3D. La flexibilidad de este método de fabricación permite la utilización de diferentes materiales termoendurecibles y nanocargas con el fin de lograr una variedad de 3D funcional nanocompuestos productos macroscópicas reforzados. 

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Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle diameters ranging from 30-250 nm by varying the reaction conditions. Through the selection of a microwave compatible solvent, silicic acid precursor, catalyst, and microwave irradiation time, these microwave-assisted methods were capable of overcoming the previously reported shortcomings associated with synthesis of silica nanoparticles using microwave reactors. The siloxane precursor was hydrolyzed using the acid catalyst, HCl. Acetone, a low-tan &#948; solvent, mediates the condensation reactions and has minimal interaction with the electromagnetic field. Condensation reactions begin when the silicic acid precursor couples with the microwave radiation, leading to silica nanoparticle sol formation. The silica nanoparticles were characterized by dynamic light scattering data and scanning electron microscopy, which show the materials&#39; morphology and size to be dependent on the reaction conditions. Microwave-assisted reactions produce silica nanoparticles with roughened textured surfaces that are atypical for silica sols produced by St&#246;ber&#39;s methods, which have smooth surfaces.

Silica nanoparticles were prepared using acid-catalysis of a siloxane precursor and microwave-assisted synthetic techniques resulting in the controlled growth of nanomaterials ranging from 30-250 nm in diameter. The growth dynamics can be controlled by varying the initial silicic acid concentration, time of the reaction, and temperature of reaction.

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

Investigación

Química

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, electronics and biomedical applications. Due to their accelerating production and use, CNTs constitute a potential environmental risk if they are released to soil and groundwater systems. It is therefore essential to improve the current understanding of environmental fate and transport of CNTs. The transport and retention of CNTs in both natural and artificial media have been reported in literature, but the findings widely vary and are thus not conclusive. There are a number of physical and chemical parameters responsible for variation in retention and transport. In this study, a complete procedure of selected multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) is presented starting from their surface modification to a complete set of laboratory column experiments at critical physical and chemical scenarios. Results indicate that the stability of the commercially available MWCNTs are critical with their attached surface functional group which can also influence the transport and retention of MWCNT through the surrounding medium.

Surface properties of a nanoparticle are important for their interaction with the surrounding medium. Therefore the surface modification of carbon nanotubes can be critical for their transport and retention through porous media. Here, lab scale column experiments are used to understand the possible transport and retention of these nanoparticles.

Transporte de nanotubos de carbono modificado en la superficie a través de una columna de suelo

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, ...

Laboratory Production of Biofuels and Biochemicals from a Rapeseed Oil through Catalytic Cracking Conversion

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil (HGO) for production of transportation fuels through a fluid catalytic cracking (FCC) route. Cracking experiments are performed with a fully automated reaction unit at a fixed weight hourly space velocity (WHSV) of 8 hr-1, 490-530 &#176;C, and catalyst/oil ratios of 4-12 g/g. When a feed is in contact with catalyst in the fluid-bed reactor, cracking takes place generating gaseous, liquid, and solid products. The vapor produced is condensed and collected in a liquid receiver at -15 &#176;C. The non-condensable effluent is first directed to a vessel and is sent, after homogenization, to an on-line gas chromatograph (GC) for refinery gas analysis. The coke deposited on the catalyst is determined in situ by burning the spent catalyst in air at high temperatures. Levels of CO2 are measured quantitatively via an infrared (IR) cell, and are converted to coke yield. Liquid samples in the receivers are analyzed by GC for simulated distillation to determine the amounts in different boiling ranges, i.e., IBP-221 &#176;C (gasoline), 221-343 &#176;C (light cycle oil), and 343 &#176;C+ (heavy cycle oil). Cracking of a feed containing canola oil generates water, which appears at the bottom of a liquid receiver and on its inner wall. Recovery of water on the wall is achieved through washing with methanol followed by Karl Fischer titration for water content. Basic results reported include conversion (the portion of the feed converted to gas and liquid product with a boiling point below 221 &#176;C, coke, and water, if present) and yields of dry gas (H2-C2's, CO, and CO2), liquefied petroleum gas (C3-C4), gasoline, light cycle oil, heavy cycle oil, coke, and water, if present.

This paper presents an experimental method to produce biofuels and biochemicals from canola oil mixed with a fossil-based feed in the presence of a catalyst at mild temperatures. Gaseous, liquid, and solid products from a reaction unit are quantified and characterized. Conversion and individual product yields are calculated and reported.

Laboratorio de Producción de biocombustibles y Bioquímicos de un aceite de colza través de Craqueo Catalítico Conversión

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil ...

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under physiologically relevant conditions.1 These measurements are performed on living biofilms in aqueous medium using source and drain electrodes patterned on a glass surface in a specialized configuration referred to as an interdigitated electrode (IDA) array. A biofilm is grown that extends across the gap connecting the source and drain. Potentials are applied to the electrodes (ES and ED) generating a source-drain current (ISD) through the biofilm between the electrodes. The dependency of electrical conductivity on gate potential (the average of the source and drain potentials, EG = [ED + ES]/2) is determined by systematically changing the gate potential and measuring the resulting source-drain current. The dependency of conductivity on gate potential provides mechanistic information about the extracellular electron transport process underlying the electrical conductivity of the specific biofilm under investigation. The electrochemical gating measurement method described here is based directly on that used by M. S. Wrighton2,3 and colleagues and R. W. Murray4,5,6 and colleagues in the 1980&#39;s to investigate thin film conductive polymers.

A protocol for measuring electrical conductivity of living microbial biofilms under physiologically relevant conditions is presented.

Caracterizar el transporte de electrones a través de Biofilms de vida

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables the silk proteins to be compact and ordered by shearing and elongation forces. Here, a biomimetic microfluidic channel was designed to mimic the specific geometry of the spinning duct of the silkworm. Regenerated silk fibroin (RSF) spinning doped with high concentration, was extruded through the microchannel to dry-spin fibers at ambient temperature and pressure. In the post-treated process, the as-spun fibers were drawn and stored in ethanol aqueous solution. Synchrotron radiation wide-angle X-ray diffraction (SR-WAXD) technology was used to investigate the microstructure of single RSF fibers, which were fixed to a sample holder with the RSF fiber axis normal to the microbeam of the X-ray. The crystallinity, crystallite size, and crystalline orientation of the fiber were calculated from the WAXD data. The diffraction arcs near the equator of the two-dimensional WAXD pattern indicate that the post-treated RSF fiber has a high orientation degree.

A protocol for the microfluidic spinning and microstructure characterization of regenerated silk fibroin monofilament is presented.

Seco de microfluidos-spinning y caracterización de las fibras regeneradas fibroína de seda

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion co-flow device to generate uniform high-viscosity droplets in a low-viscosity fluid. The microfluidic capillary device has a common co-flow structure with its exit connecting to a wider tube. Elongated droplets of the low-viscosity fluid are first encapsulated by the high-viscosity fluid in the co-flow structure. As the elongated low-viscosity droplets flow through the exit, which is treated to be wetted by the low-viscosity fluid, phase inversion is then induced by the adhesion of the low viscosity droplets to the tip of the exit, which results in the subsequent inverse encapsulation of the high-viscosity fluid. The size of the resultant high-viscosity droplets can be adjusted by changing the flow rate ratio of the low-viscosity fluid to the high-viscosity fluid. We demonstrate several typical examples of the generation of high-viscosity droplets with a viscosity up to 11.9 Pas, such as glycerol, honey, starch, and polymer solution. The method provides a simple and straightforward approach to generate monodisperse high-viscosity droplets, which may be used in a variety of droplet-based applications, such as materials synthesis, drug delivery, cell assay, bioengineering, and food engineering.

A phase-inversion co-flow device is demonstrated to generate monodisperse high-viscosity droplets above 1 Pas, which is difficult to realize in droplet microfluidics.

Fabricación de gotas de alta viscosidad usando dispositivos capilares microfluídicos con estructura de flujo de co inversión de fase

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation usually consists in the formation of droplets containing low molar mass liquid crystals at elevated temperatures. Subsequently, these particle precursors are oriented in the flow field of the capillary and solidified by a crosslinking polymerization, which produces the final actuating particles. The optimization of the process is necessary to obtain the actuating particles and the proper variation of the process parameters (temperature and flow rate) and allows variations of size and shape (from oblate to strongly prolate morphologies) as well as the magnitude of actuation. In addition, it is possible to vary the type of actuation from elongation to contraction depending on the director profile induced to the droplets during the flow in the capillary, which again depends on the microfluidic process and its parameters. Furthermore, particles of more complex shapes, like core-shell structures or Janus particles, can be prepared by adjusting the setup. By the variation of the chemical structure and the mode of crosslinking (solidification) of the liquid crystalline elastomer, it is also possible to prepare actuating particles triggered by heat or UV-vis irradiation.

This article describes the microfluidic process and parameters to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. This process allows the preparation of actuating particles and the variation of their size and shape (from oblate to strongly prolate, core-shell, and Janus morphologies) as well as the magnitude of actuation.

Preparación de microfluídica de elastómero cristalino líquido actuadores

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for high wear, high hardness, and lightweight material applications such as armors. To overcome this challenge, negative additive manufacturing (AM) is employed to produce complex geometries of boron carbides at various length scales. Negative AM first involves gelcasting a suspension into a 3D-printed plastic mold. The mold is then dissolved away, leaving behind a green body as a negative copy. Resorcinol-formaldehyde (RF) is used as a novel gelling agent because unlike traditional hydrogels, there is little to no shrinkage, which allows for extremely complex molds to be used. Furthermore, this gelling agent can be pyrolyzed to leave behind ~50 wt% carbon, which is a highly effective sintering aid for B4C. Due to this highly homogenous distribution of in situ carbon within the B4C matrix, less than 2% porosity can be achieved after sintering. This protocol highlights in detail the methodology for creating near fully dense boron carbide parts with highly complex geometries.

A method called negative additive manufacturing is used to produce near fully dense complex shaped boron carbide parts of various length scales. This technique is possible via the formulation of a novel suspension involving resorcinol-formaldehyde as a unique gelling agent that leaves behind a homogenous carbon sintering aid after pyrolysis.

Fabricación aditiva negativa del complejo en forma de carburos de boro

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for ...

Accumulation and Analysis of Cuprous Ions in a Copper Sulfate Plating Solution

Knowledge of the behavior of cuprous ions (monovalent copper ion: Cu(I)) in a copper sulfate plating bath is important for improving the plating process. We successfully developed a method to quantitatively and easily measure Cu(I) in a plating solution and used it for evaluation of the solution. In this paper, a quantitative absorption spectrum measurement and a time-resolved injection measurement of Cu(I) concentrations by a color reaction are described. This procedure is effective as a method to reproduce and elucidate the phenomenon occurring in the plating bath in the laboratory. First, the formation and accumulation process of Cu(I) in solution by electrolysis of a plating solution is shown. The amount of Cu(I) in the solution is increased by electrolysis at higher current values &#8203;&#8203;than the usual plating process. For the determination of Cu(I), BCS (bathocuproinedisulfonic acid, disodium salt), a reagent that selectively reacts with Cu(I), is used. The concentration of Cu(I) can be calculated from the absorbance of the Cu(I)-BCS complex. Next, the time measurement of the color reaction is described. The color reaction curve of Cu(I) and BCS measured by the injection method can be decomposed into an instantaneous component and a delay component. By analysis of these components, the holding structure of Cu(I) can be clarified, and this information is important when predicting the quality of the plating film to be produced. This method is used to facilitate the evaluation of the plating bath in the production line.

Here, accumulation of cuprous ions in a copper sulfate plating solution in a model experiment and an analysis based on quantitative measurements are described. This experiment reproduces the accumulation process of cuprous ions in the plating bath.

Acumulación y análisis de los iones cuprosas en un sulfato de cobre, solución de la galjanoplastia

Knowledge of the behavior of cuprous ions (monovalent copper ion: Cu(I)) in a copper sulfate plating bath is important for improving the plating process. ...

Microscopic Visualization of Porous Nanographenes Synthesized through a Combination of Solution and On-Surface Chemistry

On-surface synthesis has recently been regarded as a promising approach for the generation of new molecular structures. It has been particularly successful in the synthesis of graphene nanoribbons, nanographenes and intrinsically reactive and instable, yet attractive species. It is based on the combination of solution chemistry aimed at preparation of appropriate molecular precursors for further ultra-high vacuum surface assisted transformations. This approach also owes its success to an incredible development of characterization techniques, such as scanning tunneling/atomic force microscopy and related methods, which allow detailed, local characterization at atomic scale. While the surface-assisted synthesis can provide molecular nanostructures with outstanding precision, down to single atoms, it suffers from basing on metallic surfaces and often limited yield. Therefore, the extension of the approach away from metals and the struggle to increase productivity seem to be significant challenges toward wider applications. Herein, we demonstrate the on-surface synthesis approach for generation of non-planar nanographenes, which are synthesized through a combination of solution chemistry and sequential surface-assisted processes, together with the detailed characterization by scanning probe microscopy methods.

<meta charset="utf8"></head><body>Visualización microscópica de nanografenos porosos sintetizados a través de una combinación de química en solución y en superficie

A combination of solution and surface assisted synthesis opens new directions in the atomically precise synthesis of nanostructures. Scanning tunneling microscopy (STM) supplemented by non-contact atomic force microscopy (nc-AFM) enables detailed characterization of newly designed and generated carbon-based nano-objects.