Les auteurs reconnaissent le soutien financier du FQRNT (Fonds québécois Le de la Recherche Sur La Nature Et Les Technologies). Les auteurs tiennent à remercier le soutien de consultation du professeur Martin Lévesque, professeur My Ali El Khakani et le Dr Brahim Aïssa.

Une. Fabrication de 3D microfluidiques Réseaux <ol><li> Faire fondre l&#39;encre fugitif à 80 ° C et le charger dans une seringue de 3 ml baril. Remarque: L&#39;encre fugitive est un mélange binaire d&#39;une cire microcristalline et une gelée de pétrole avec une proportion en poids de 40:60. </li><li> Choisir une buse de dépôt en fonction du diamètre du filament désiré (par exemple de diamètre interne (ID) = 150 pm). </li><li> Installer la buse sur le corps de la seringue contenant le matériau d&#39;encre et le monter sur le porte-seringue du robot de distribution. </li><li> Utiliser un programme Excel de concevoir le trajet de déplacement du robot de distribution pour la fabrication de la structure d&#39;échafaudage 3D souhaitée. Note: Les dimensions de la structure d&#39;encre 3D et l&#39;espacement de filaments dans une couche donnée peuvent être facilement programmés; dans ce cas, les dimensions sont de 60 mm de longueur, 7,5 mm de largeur et 1,7 mm d&#39;épaisseur de 0,25 mm espacement horizontal entre chaque filament. </li><li&gt; Régler la pression de dépôt sur le régulateur de pression et la vitesse de robot de distribution. Remarque: Le diamètre de filament d&#39;encre fugitif varie en fonction du diamètre de buse, pression de dépôt, de la viscosité de l&#39;encre et de la vitesse de distribution. Ici, le diamètre du filament est d&#39;environ 150 um à une vitesse de dépôt de 4,7 mm / sec à une pression d&#39;extrusion de 1,9 MPa. </li><li> Commencer la fabrication du microscaffold avec le dépôt des filaments à base d&#39;encre sur un substrat d&#39;époxy, ce qui conduit à un modèle 2D (figure 2a). </li><li> Déposer les couches ultérieures en incrémentant successivement la position z de la buse de distribution d&#39;une quantité égale au diamètre des filaments (Figure 2b). Remarque: les structures 3D auto-prise en charge avec d&#39;autres géométries et de nombreuses couches (par exemple de quelques couches centaines) pourraient être construits. </li><li> Mélanger les deux parties de l&#39;époxy (c&#39;est à dire la résine et le durcisseur) utilisés pour l&#39;encapsulation et dégazer la epmélange d&#39;oxy sous vide pendant un temps défini (ici, 0,15 bar pendant 30 min) pour éliminer les bulles emprisonnées pendant le malaxage des constituants époxy. Remarque: Le temps de dégazage peut varier avec le temps de gélification du mélange de résine époxy. Pour un système de résine époxy différente, le temps de dégazage requis peut être plus courte ou plus longue. </li><li> Charger la résine époxy dans un cylindre de seringue de 3 ml à l&#39;aide d&#39;un distributeur de produit fluide par l&#39;application d&#39;une pression négative, puis monter une buse fine (par exemple, ID = 0,51 mm) dans le cylindre de la seringue. </li><li> La place des gouttes de résine époxy sur la structure de l&#39;échafaudage inclinée à son extrémité supérieure en utilisant la même distribution de produit fluide et monté buse pour minimiser le risque de piégeage de bulles au cours de l&#39;encapsulation époxy. Remarque: L&#39;époxy s&#39;écoule ensuite dans les espaces vides entre les filaments, entraînés par les forces de gravité et capillaires. </li><li> Continuez à placer des gouttes d&#39;époxy sur l&#39;échafaud jusqu&#39;à l&#39;espace vide entre les filaments d&#39;échafaudage est complètement rempli. </li><li> Laissez le epo encapsulationprecure xy à la température ambiante pendant 24 heures et ensuite mettre la structure dans un four pour la post-cuisson à 60 ° C (figure 2c). Remarque: Un programme de durcissement différent peut être appliqué pour un système époxy différente. </li><li> Couper les parties en excès d&#39;époxy à l&#39;aide d&#39;une scie de précision après durcissement complet. </li><li> Percez deux trous aux deux extrémités de la structure et insérer deux tubes en plastique. </li><li> Retirez l&#39;encre fugitif de la structure de la manière suivante: <ol><li> Placer les échantillons dans une étuve à 90 ° C pendant 30 min pour la liquéfaction de l&#39;encre (figure 2d). </li><li> Peu de temps après la prise des échantillons du four, laver le réseau de canaux avec l&#39;aspiration de l&#39;eau distillée chaude à travers les tubes fixés aux canaux ouverts pendant 5 min, suivi par de l&#39;hexane pendant encore 5 min. Remarque: L&#39;élimination de l&#39;encre donne un réseau microfluidique 3D interconnecté (figure 5). Post-nettoyage des réseaux utilisant l&#39;hexane est effectuée afin d&#39;éliminer la possibilitétraces résiduelles ble de l&#39;encre des parois des canaux. </li></ol></li></ol> 2. Préparation nanocomposite Remarque: Les nanocomposites sont préparés en mélangeant un double durcissement de résine (durcissable par ultraviolet / chaleur) thermodurcissable, soit une résine époxy ou une résine à base d&#39;uréthane et des nanocharges (ici, les nanotubes de carbone à paroi unique) à différentes charges. <ol><li> Ajouter la quantité souhaitée de nanotubes à une solution de 0,1 mM d&#39;un tensioactif (zinc protoporphyrine IX), soit dans de l&#39;acétone ou du dichlorométhane 14 (figure 6). Remarque: ici, 150 mg de nanotubes de carbone a été ajouté à la solution (~ 50 ml) pour préparer un nanocomposite à une concentration de nanotubes finale de 0,5% en poids. Il convient également de mentionner que l&#39;utilisation de solvants à point d&#39;ébullition élevé tels que le DMF à température doit être évitée en raison de la chaleur possible le durcissement de la résine époxy-UV utilisée dans cette étude, à des températures supérieures à 60 ° C au cours de l&#39;évaporation du solvant. </li><li> Soniquer la suspension dans un bain à ultrasons pendant 30 min à debundle les agrégats de nanotubes (figure 6). Remarque: Des efforts supplémentaires telles que la filtration ou ultra-centrifugation de la solution de nanotubes devraient être prises pour éliminer les grosses grappes restantes avant le mélange avec la résine. </li><li> Mélanger la résine (époxy ou uréthane ou l&#39;autre) par la suspension de nanotubes sur une plaque d&#39;agitation magnétique à chaud à une température légèrement inférieure à la température d&#39;ébullition du solvant (par exemple 50 ° C pour la solution de l&#39;acétone) pendant 4 heures. </li><li> Placer le mélange de nanocomposite dans un bain aux ultrasons et en même temps appliquer le traitement aux ultrasons et chauffage (40-50 ° C) pendant 1 heure (Figure 6). </li><li> Laissez le solvant s&#39;évapore résiduel en chauffant le nanocomposite à 30 ° C pendant 12 heures, puis à 50 ° C pendant 24 heures sous vide (~ 0,1 bar). </li><li> Cisaillement mélanger les matériaux nanocomposites en les faisant passer à travers un petit espace entre les rouleaux dans un mélangeur à trois cylindres en order pour briser grands agrégats de nanotubes (Figure 6). Gardez une partie de nanocomposite avant trois cylindres de mélange pour base de comparaison. </li><li> Définissez les trois cylindres paramètres de mélange (à savoir les lacunes et vitesse de rotation). Remarque: ici, une vitesse constante de 250 tours par minute est utilisé pour le rouleau de tablier. Cependant, les écarts entre les rouleaux sont réduits dans le traitement en trois étapes comme suit: 5 passe à 25 pm, 5 passe à 10 pm, et 10 passe à 5 um, respectivement. </li><li> Dégazer le mélange final sous vide de ~ 0,1 bar pendant 24 heures en utilisant un dessiccateur pour éliminer les bulles d&#39;air emprisonnées pendant le mélange. </li></ol> 3. Nanocomposite infiltration (injection) <ol><li> Chargez les nanocomposites, préparés à l&#39;article 2, dans un corps de seringue de 3 ml en utilisant le distributeur de fluide en appliquant une pression négative. </li><li> Insérez une buse fine (ID = 0,51 mm) qui s&#39;insère dans les tubes en plastique attachés aux canaux ouverts (mêmes tubes utiliséspour l&#39;élimination de l&#39;encre) et le monter sur le corps de la seringue contenant les matériaux nanocomposites. </li><li> Régler la pression désirée (c&#39;est à dire la pression positive) sur le distributeur de pression. Remarque: ici, la pression d&#39;injection du nanocomposite est fixée à 400 kPa. Remarque: un vide (c&#39;est à dire d&#39;une pression négative) pourrait être appliquée à l&#39;autre extrémité (c&#39;est à dire du côté de la sortie) pour faciliter le remplissage du réseau. Une fois que la pression est appliquée, le réseau microfluidique, construit dans le protocole n ° 1, est rempli par une suspension nanocomposite, qui pénètre dans le réseau par l&#39;intermédiaire des tubes en plastique. </li><li> Peu après l&#39;injection, exposer les faisceaux composites nanocomposites-remplie à une illumination UV d&#39;une lampe UV pendant 30 min pour préséchage. Remarque: Cette opération de précuisson est pensé pour réduire l&#39;effet du mouvement brownien sur l&#39;orientation possible NTC. Elle réduit également le retrait induit par la chaleur (figure 7) </li><li> Post-traiter les poutres fabriqués dans le fourà, dans le cas de UV-époxy, 80 ° C pendant 1 heure suivie de 130 ° C pendant encore 1 heure (Figure 7). </li><li> Couper les parties d&#39;époxy en excès à l&#39;aide d&#39;une scie, puis polir les poutres aux dimensions souhaitées (ici, ~ 60 mm de longueur, ~ 6,8 mm de largeur, et ~ 1,6 mm d&#39;épaisseur des poutres ont été fabriqués pour la facilité de caractérisation mécanique). </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>

Aucun conflit d&#39;intérêt déclaré.

La procédure expérimentale présentée ici est une nouvelle et flexible méthode de fabrication afin d&#39;adapter les performances mécaniques des matériaux à base de polymères à des fins matérielles de conception. En utilisant cette méthode, les propriétés désirées pouvaient être atteints sur la base du choix correct des composants (c&#39;est à dire des matériaux matriciels infiltrés et principal), ainsi que l&#39;ingénierie des structures composites. Tout d&#39;abord, la technique permet la fabrication d&#39;un matériau unique, composée de différents polymères thermodurcissables, ce qui représente une caractéristique fonction de la température unique qui est différente de celles des composants vracs 15. Un autre avantage de la présente technique par rapport aux autres techniques de fabrication de nanocomposites par lequel les nanocharges sont uniformément réparties à travers toute la matrice est la possibilité de placer dans l&#39;espace des renforts aux endroits voulus dans ces poutres composites renforcés 3D. En raison de cette capacité de positionnement, une plus faible quantité de nano éventuellement coûteuxcharges est nécessaire pour obtenir un 13 rendement mécanique spécifique. Etant donné que le motif de renfort obéit à l&#39;écriture directe d&#39;origine de l&#39;échafaudage d&#39;encre, l&#39;espacement des filaments dans une couche donnée est limitée à environ dix fois le diamètre des filaments d&#39;encre du fait des propriétés viscoélastiques de l&#39;encre fugitive. D&#39;autre part, un petit espacement peuvent limiter l&#39;écoulement de l&#39;époxy liquide lors de l&#39;étape d&#39;encapsulation époxy. En outre, le diamètre du filament d&#39;encre doit être suffisamment grande (par exemple au-dessus de 50 pm) pour la facilité de fabrication (par exemple, l&#39;extrusion de l&#39;encre de haute viscosité) et des étapes ultérieures de la fabrication telles que nanocomposite infiltration dans les réseaux microfluidiques. Un autre potentiel de la méthode actuelle pourrait être la capacité d&#39;aligner les nanotubes de carbone individuels ou d&#39;autres nanocharges dans le sens d&#39;écoulement sous écoulement de cisaillement 16 par nanocomposite infiltration à des vitesses plus élevées / pressions, si les nanocharges sont bien-Dispersée dans au cours du processus de mélange de nanocomposite. Toutefois, un degré élevé d&#39;alignement ne peut être réalisé à des pressions très élevées d&#39;infiltration (en raison de petit diamètre du canal), qui peuvent entraîner l&#39;emprisonnement d&#39;air dans le réseau au cours de l&#39;infiltration. Images optiques représentatifs de la figure 6 montrent les nanocomposites préparés par la procédure de mélange présentée dans le protocole 2 (deux images au bas de la figure). Les taches sombres observées sont considérées comme étant des agrégats de nanotubes. Pour le nanocomposite aux ultrasons, les agrégats micron de taille avec un diamètre de jusqu&#39;à ~ 7 um sont présents pendant un changement radical de la taille des agrégats (une moyenne de ~ 1 um) est observée pour le nanocomposite de cisaillement à l&#39;emploi. Depuis la dispersion de nanocharge affecte les propriétés mécaniques et électriques des faisceaux de nanocomposites fabriqués 3D, une meilleure dispersion devrait être atteint à tirer pleinement avantage de positionnement 3D de nanofillers en utilisant la technique de fabrication présente. Par conséquent, une étude plus approfondie est nécessaire pour examiner systématiquement les états de dispersion des nanotubes et l&#39;utilisation d&#39;autres nano, qui peuvent être plus facilement dispersées dans la matrice d&#39;époxy. La technique de fabrication actuelle pourrait permettre la conception de produits nanocomposites fonctionnels en 3D pour l&#39;application de la microtechnique 17. La technique n&#39;est pas limitée à des matériaux utilisés dans cette étude. Par conséquent, l&#39;application de cette technique peut être étendue par l&#39;utilisation d&#39;autres matériaux thermodurcissables et des nanocharges. Parmi plusieurs applications, la surveillance de l&#39;état des structures, produits et microélectronique d&#39;absorption de vibrations peut être mentionné.

Les nanocomposites polymères en utilisant des nanomatériaux, notamment les nanotubes de carbone (NTC) incorporés dans des matrices polymères possèdent des propriétés multifonctionnelles 1 pour des applications potentielles telles que les composites structuraux 2, 3 systèmes micro-électromécaniques (par exemple, les microcapteurs), et les polymères intelligents 4. Plusieurs étapes de traitement, y compris le traitement CNT et nanocomposite méthodes de mélange peuvent être tenus de manière souhaitable disperser NTC dans la matrice. Depuis le rapport d&#39;aspect de la CNT, de leur état ​​et de traitement de surface de dispersion influencent principalement la performance électrique et mécanique, la procédure de traitement de nanocomposite peut varier en fonction des propriétés recherchées pour une application ciblée 5. De plus, pour des conditions de charge spécifiques, en alignant NTC long d&#39;une direction souhaitée et à positionner aussi des renforts aux endroits voulus permettre d&#39;améliorer encore les propriétés mécaniques et / ou électriques de ceux-ci nanocomposites. Quelques techniques telles que le flux de cisaillement 6-7 et les champs électromagnétiques 8 ont été utilisés pour aligner les nanotubes de carbone le long d&#39;une direction désirée dans une matrice polymère. En outre, l&#39;orientation CNT induite par contrainte dimensionnelle, en particulier dans une dimension (1D) et en deux dimensions (2D), on a observé au cours du traitement / de formage de matériaux nanocomposites 9-11. Cependant, de nouveaux progrès sur les procédés de fabrication sont encore nécessaires pour permettre une maîtrise suffisante de la (3D) l&#39;orientation et / ou le positionnement de l&#39;armature de nanotubes à trois dimensions au cours de la fabrication d&#39;un produit dans des conditions optimales. Dans cet article, nous présentons un protocole pour la fabrication de poutres composites 3D renforcé par infiltration dirigée et localisée d&#39;un réseau microfluidique 3D avec des suspensions de nanocomposites polymère (Figure 1). Tout d&#39;abord, la fabrication d&#39;un 3D interconnecté microfluidiqueréseau est mise en évidence, ce qui implique la fabrication d&#39;écriture directe des filaments d&#39;encre sur des substrats fugitives 12-13 époxy (figures 2a et 2b), suivi d&#39;encapsulation époxy (Figure 2c) et l&#39;élimination de l&#39;encre sacrificielle (figure 2d). Le procédé d&#39;écriture directe est constitué d&#39;un robot commandé par ordinateur, qui déplace un distributeur de fluide le long de la x, y, z et des axes (Figure 3). Cette technique offre un moyen rapide et flexible pour fabriquer microsystèmes 3D pour photoniques, MEMS et les applications de la biotechnologie (figure 4). Ensuite, la préparation de nanocomposite est démontrée, avec son infiltration (ou injection) dans le réseau poreux sous différentes pressions constantes et contrôlées pour la fabrication de composites renforcés de fibres multi-échelles 3D (figures 2e et 2f). Enfin, certains résultats représentatifs ainsi que leurs applications potentielles sont présentés.

<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

Poutres composites à microstructure renforcés avec un complexe en trois dimensions (3D) microfilaments nanocomposites motifs sont fabriqués par nanocomposite infiltration de réseaux interconnectés 3D microfluidiques. La fabrication des poutres renforcées commence par la fabrication de réseaux microfluidiques, qui implique le dépôt couche par couche de filaments d&#39;encre fugitives à l&#39;aide d&#39;un robot de distribution, remplissant l&#39;espace vide entre les filaments à l&#39;aide d&#39;une résine de faible viscosité, à durcir la résine et enfin l&#39;élimination de la l&#39;encre. Structures 3D auto-prise en charge avec d&#39;autres géométries et de nombreuses couches (par exemple de quelques couches centaines) pourraient être construits en utilisant cette méthode. Les réseaux microfluidiques tubulaires résultants sont ensuite infiltrés avec des suspensions thermodurcissable nanocomposites contenant des nanocharges (par exemple, les nanotubes de carbone à paroi simple), puis guéris. L&#39;infiltration est réalisée en appliquant un gradient de pression entre les deux extrémités du vide network (soit par application d&#39;un vide ou d&#39;une micro-injection assistée par aspiration). Avant l&#39;imprégnation, les suspensions nanocomposites sont préparés par dispersion de nanocharges dans des matrices de polymère en utilisant les ultrasons et à trois cylindres les méthodes de mélange. Les nanocomposites (à savoir les matériaux infiltrés) sont ensuite solidifiés sous cure exposition aux UV / chaleur, résultant en une structure composite renforcée de 3D. La technique présentée ici permet la conception de nanocomposites produits macroscopiques fonctionnels pour des applications de microtechnique tels que des actionneurs et des capteurs.

Les figures 8a et 8b montrent une image représentative des faisceaux fabriqués et une image optique de sa section transversale, composée de neuf couches de filaments de nanocomposites. Figures 8c et 8d montrent des images typiques SEM d&#39;une surface de fracture fabriqué poutres et une image de plus fort grossissement de canaux remplis (c.-à-microfibres nanocomposites embarqués), respectivement. Depuis pas de décollement est vu à la paroi des canaux, il est juste de dire que l&#39;époxy environnante et les matériaux infiltrés sont bien respectées en raison de bon nettoyage des canaux avec de l&#39;hexane après l&#39;élimination de l&#39;encre. La figure 9 montre une image optique représentative d&#39;un faisceau rompu au cours de l&#39;essai mécanique dans l&#39;hexane qui n&#39;est pas utilisée au cours de l&#39;élimination de l&#39;encre. Fibre décollement, en raison de l&#39;interface mécanique pauvres est observée, qui pourrait être due àtraces d&#39;encre fugitives sont restés après le nettoyage du réseau. La figure 10 montre le module de conservation, E &#39;, des échantillons moulés en vrac (époxy) comme points de référence et les faisceaux de 3D-renforcé. Les résultats montrent des tendances uniques pour les faisceaux, qui sont fabriqués à la combinaison de l&#39;embarqué et qui entourent les matières époxy ayant des propriétés supérieures avec la présence de seulement ~ 0,18 en poids. % NTC. La figure 11 représente les trois points les résultats des tests de flexion des poutres composites sont fabriqués à partir d&#39;un DMA. À la suite de positionnement NTC, le module de la 3D à la flexion des poutres renforcées ont montré une augmentation de 34% par rapport à la résine époxy-infiltré (ensemble époxy) pur poutres. <img alt="Figure 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1. Représentation schématique d&#39;un 3D-rnanocomposite einforced fabriqué par l&#39;approche de microinfiltration. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" width="500" /> Figure 2. Représentation schématique de la fabrication de faisceaux de 3D-renforcés. (A) filament d&#39;encre dépôt direct en utilisant un robot de distribution, (b) dépôt de plusieurs couches les unes sur les autres par l&#39;incrémentation de la buse de distribution dans la direction z, (c ) Remplissage de l&#39;espace des pores entre les filaments à l&#39;aide d&#39;une résine de faible viscosité, (d) En prenant l&#39;encre sur le réseau par sa liquéfaction, ce qui entraîne la fabrication de canaux microfluidiques. (E) de remplissage du réseau vide avecla suspension de nanocomposite suivie d&#39;un durcissement, et (f) Découpe des pièces époxy excès. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" width="500" /> Figure 3. Une photo de l&#39;étape de dépôt robotisé constitué d&#39;un robot contrôlé par ordinateur, un appareil de distribution, et une caméra en direct. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" width="500" /> Figure 4. Quelques images de microstructures fabriquées par l&#39;assem écriture directeblée. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" width="500" /> Figure 5. Une vue isométrique et une image SEM le réseau microfluidique vide 3D ​​connecté. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" width="500" /> Figure 6. Nanocomposite de mélange, y compris les stratégies nanotube fonctionnalisation non covalente, par ultrasons, et / ou broyeur à trois cylindres de mélange qui conduisent à des dispersions de nanotubes de différentes qualités (images optiques des films nanocomposites). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" width="500" /> Figure 7. Nanocomposite durcissement sous illumination UV d&#39;une lampe UV suivie par post-cuisson dans le four. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" width="500" /> Figure 8. (A) I sometric image d&#39;une poutre renforcée en 3D, (b) de section transversale typique d&#39;un faisceau de nanocomposite à injection, (c) une image de fracture de la surface du faisceau SEM, et ( <stron<html> g&gt; d) Une vue rapprochée de (c). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" width="500" /> Image de la surface Figure 9. Fracture d&#39;un faisceau de nanocomposite infiltré polyuréthane. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 10" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg" width="500" /> Figure 10 propriétés mécaniques. Dépendant de la température (module de stockage) des époxydes en vrac et les poutres sont fabriqués à partir d&#39;un analyseur mécanique dynamique./ Www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Cliquez ici pour agrandir l&#39;image. <img alt="Figure 11" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" width="500" /> Figure 11. Propriétés quasi-statiques mécaniques (flexion) des époxydes en vrac et les poutres fabriquées (test de flexion trois points). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a>

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Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

En trois dimensions (3D) des poutres composites à microstructure sont fabriqués par l&#39;infiltration dirigée et localisée des nanocomposites dans des réseaux microfluidiques poreuses 3D. La souplesse de ce procédé de fabrication permet l&#39;utilisation de différentes matières thermodurcissables et des nanocharges dans le but de réaliser une variété de 3D fonctionnel nanocomposites renforcés produits macroscopiques.

Fabrication de trois dimensions microstructurées nanocomposites par microfluidique Infiltration

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 vues.  École Polytechnique de Montréal.  En trois dimensions (3D) des poutres composites à microstructure sont fabriqués par l'infiltration dirigée et localisée des nanocomposites dans des réseaux microfluidiques poreuses 3D. La souplesse de ce procédé de fabrication permet l'utilisation de différentes matières thermodurcissables et des nanocharges dans le but de réaliser une variété de 3D fonctionnel nanocomposites renforcés produits macroscopiques. 

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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.

Préparation de nanoparticules de silice Grâce assistée par micro-ondes acide catalyse

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

Recherche

Chimie

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.

Le transport des nanotubes de carbone modifiés en surface par une colonne de sol

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.

Laboratoire de production de biocarburants et produits biochimiques à partir d&#39;une huile de colza par 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 ...

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.

Caractérisation de Transport des électrons par l’intermédiaire de Biofilms de vie

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.

Microfluidique sec-spinning et caractérisation des fibres régénérées fibroïne de soie

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.

Fabrication des gouttelettes de haute viscosité à l’aide de dispositif microfluidique à capillaire avec Structure de flux de co-inversion de Phase

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.

Préparation de la microfluidique d’élastomère cristalline liquide actionneurs

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.

Fabrication Additive négative du complexe en forme de carbures de bore

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.

L’accumulation et l’analyse des Ions cuivreux dans un placage de Solution de Sulfate de cuivre

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>Visualisation microscopique de nanographènes poreux synthétisés par une combinaison de chimie en solution et de chimie de surface

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.