Pour étudier les films minces en polymère dans les applications membranaires, les matériaux doivent être transférés d’un substrat poli et lisse à des substrats poreux d’une manière qui ne se plie pas, ne se froisse pas, ne se déchire pas ou ne déforme pas plastiquement le film. Cette vidéo décrit une chambre de vidange imprimable 3D conçue pour atteindre cet objectif et concerne les étapes quatre à six dans le flux de processus montré ici. Les échantillons utilisés dans ce travail se composent de substrats de gaufrettes de silicium dans lesquels sont enrobés d’une pile d’acide polyacrylique soluble dans l’eau suivi d’un tapis de copolymère aléatoire et d’un bloc de polystyrène polyméthyle bloc copolymère bloc.
L’objectif des étapes quatre à six est de transférer ce copolymère de bloc de formation de pore de la plaquette de silicium sur une membrane poreuse d’oxyde d’aluminium anodisé pour permettre la transformation suivante en dispositif fonctionnel de filtration. La chambre de vidange se compose d’une rampe supérieure qui permet l’introduction de la pile de film polymère et d’une partie inférieure qui détient le substrat poreux et l’eau déionisée. La partie supérieure est imprimée à partir de PLA à partir d’une imprimante filament, et la partie inférieure a été imprimée à partir d’une imprimante 3D à jet d’encre.
Un outil de transfert d’échantillons est également imprimé à partir de PLA à l’aide de l’imprimante filament. La première partie se fixe à une prise de laboratoire afin que l’échantillon puisse être soulevé et abaissé en douceur et sans vibrations des mouvements de la main. La deuxième partie maintient la plaquette BCP en place.
Avec cela, le processus de transfert peut commencer. Tout d’abord, l’outil BCP est assemblé. La partie de pince est filetée de sorte qu’une vis peut la fixer à la prise de laboratoire.
Le substrat anodisé d’oxyde d’aluminium est ensuite placé à l’intérieur de la partie inférieure de la chambre de vidange à l’aide de forceps. Ensuite, un anneau en caoutchouc O est inséré pour assurer un joint étanche. La partie de rampe de la chambre de vidange est vissée sur étroitement.
Enfin, des tuyaux en vinyle transparent sont fixés au bec à la partie inférieure de la chambre de drainage et à l’autre extrémité de la seringue qui se trouve à l’intérieur d’une pompe à seringues pour pouvoir contrôler le taux de drainage. Ensuite, la gaufrette de silicium avec la pile de polymères est placée sur l’outil de transfert, et la chambre de vidange est également remplie d’eau déionisée. La gaufrette de silicium est ensuite abaissée lentement dans l’eau, ce qui provoque la couche d’acide polyacrylique pour commencer à se dissoudre.
Cette dissolution déliminate le film polymère de la plaquette de silicium le laissant flotter à la surface de l’eau. L’outil de transfert est ensuite retiré, et le drainage est activé en commençant la pompe à seringues. L’eau est aspirée à travers le substrat d’oxyde d’aluminium et hors de la chambre par la pompe.
Il est indiqué ici que le drainage a lieu à raison d’un millilitre par minute. L’angle de la rampe et la conception de la chambre dirige le film polymère vers le centre du cylindre. Ici, la membrane et le niveau d’eau ont atteint le corps cylindrique de l’appareil, créant un ménisque plus proéminent, qui maintient la membrane tendue et centrée car elle est inférieure à la membrane sous-jacente d’oxyde d’aluminium anodisé.
Une fois que l’eau est drainée et que le polymère est en contact avec la membrane, la chambre peut être dévissé pour permettre au reste de l’eau de s’évaporer. Le processus total, y compris l’installation et le drainage de l’eau, prend environ 15 minutes, mais cette fois peut être raccourcie en augmentant le taux de drainage et en construisant la chambre pour exiger un plus petit volume d’eau. Sont projetés ici des films préparés en les ramassant directement d’une surface de bain d’eau à l’aide de la membrane poreuse.
La déchirure de la membrane et le placement au large du centre sont évidents. La distance du centre membranaire au centre du substrat est indiquée sur la droite pour diverses membranes placées. Ici, nous voyons l’amélioration de la reproductibilité en utilisant la chambre de vidange.
Les films intacts sont évidents, et la distance du centre membranaire au centre du substrat est montrée pour être réduite au minimum. La chambre de vidange a réduit les risques de déchirure du film et de pliage sur la méthode manuelle. Un environnement de laboratoire propre, exempt de poussière, limitera la contamination accidentelle.
Cette méthode de transfert de la membrane à couches minces réduit définitivement les dommages causés à la membrane et améliore la précision et la reproductibilité de son placement sur le substrat. En supprimant la tâche difficile de manipuler les couches minces à la surface de l’eau à la main, des modifications à la conception de base de la chambre de drainage peuvent permettre la mise en œuvre de différentes tailles d’échantillons polymères et de types de substrat poreux.
