Gli autori riconoscono il sostegno finanziario FQRNT (Le Fonds Quebec de la recherche sur la nature et les Technologies). Gli autori desiderano ringraziare il supporto consulenziale del Prof. Martin Levesque, Prof. mio Ali El Khakani e il dottor Brahim Aissa.

1. Fabbricazione di 3D microfluidici Networks <ol><li> Fate sciogliere l&#39;inchiostro fuggitivo a 80 ° C e caricarlo in una siringa da 3 ml. Nota: L&#39;inchiostro fuggitivo è una miscela binaria di una cera microcristallina e vaselina con una proporzione in peso di 40:60. </li><li> Scegliere un ugello di deposizione in funzione del diametro del filamento desiderato (es diametro interno (ID) = 150 pm). </li><li> Installare l&#39;ugello sul cilindro della siringa contenente il materiale di inchiostro e montarlo sul supporto siringa del robot di erogazione. </li><li> Utilizzare un programma Excel per progettare il percorso mobile del robot di erogazione per la fabbricazione della struttura scaffold 3D desideri. Nota: Le dimensioni complessive della struttura inchiostro 3D e spaziatura filamenti in un dato strato possono essere facilmente programmati, in questo caso, le dimensioni sono 60 mm di lunghezza da 7.5 mm di larghezza, e 1,7 mm di spessore di 0,25 mm in spaziatura orizzontale tra ciascun filamento. </li><li&gt; Impostare la pressione di deposizione sul regolatore di pressione e la velocità del robot di erogazione. Nota: Il diametro del filamento inchiostro fuggitivo varia a seconda del diametro dell&#39;ugello, pressione di deposizione, viscosità dell&#39;inchiostro e la velocità di erogazione. Qui, il diametro del filamento è ~ 150 micron per una velocità di deposizione di 4,7 mm / sec con una pressione di estrusione di 1.9 MPa. </li><li> Avviare la fabbricazione del microscaffold con la deposizione dei filamenti a base di inchiostro su un substrato di resina epossidica, che porta ad un modello 2D (Figura 2a). </li><li> Depositare strati successivi in successione incrementando la z-posizione dell&#39;ugello di erogazione di una quantità pari al diametro dei filamenti (Figura 2b). Nota: strutture 3D autoportanti con altre geometrie e molti strati (ad esempio, a poche centinaia di strati) potrebbe essere costruito. </li><li> Mescolare le due parti di resina epossidica (cioè la resina e l&#39;indurente) utilizzati per l&#39;incapsulamento e degassarla epmiscela oxy sotto vuoto per un tempo definito (qui, 0,15 bar per 30 min) per rimuovere le bolle intrappolate durante la miscelazione dei componenti epossidici. Nota: Il tempo di degasaggio può variare con il tempo di gelificazione della miscela epossidica. Per un sistema epossidico differente, il tempo di degassamento richiesta può essere più o meno lungo. </li><li> Caricare la resina epossidica in una siringa 3 ml usando un erogatore fluido applicando una pressione negativa e quindi montare una multa ugello (ad esempio ID = 0,51 millimetri) nel cilindro della siringa. </li><li> Luogo gocce di resina epossidica sulla struttura impalcatura inclinata alla sua estremità superiore utilizzando lo stesso erogatore fluido e montato ugello per minimizzare il rischio di intrappolamento di bolle durante l&#39;incapsulamento epossidico. Nota: La resina epossidica scorre poi negli spazi vuoti tra filamenti, spinti dalla gravità e forze capillari. </li><li> Continua mettendo gocce di resina epossidica sul patibolo fino a quando lo spazio vuoto tra i filamenti ponteggio è completamente riempito. </li><li> Lasciate che l&#39;epo incapsulamentoxy pre-indurimento a temperatura ambiente per 24 ore e poi mettere la struttura in un forno per la post-polimerizzazione a 60 ° C (figura 2c). Nota: Un programma di cura diverso può essere applicato per un sistema epossidico diverso. </li><li> Tagliare le parti in eccesso di resina epossidica con una sega di precisione dopo il completo indurimento. </li><li> Praticare due fori a due estremità della struttura e inserire due tubi di plastica. </li><li> Rimuovere l&#39;inchiostro fuggitivo dalla struttura come segue: <ol><li> Mettere i campioni in stufa a 90 ° C per 30 minuti per la liquefazione di inchiostro (figura 2d). </li><li> Poco dopo il prelievo dei campioni dal forno, lavare la rete di canale con l&#39;aspirazione di acqua distillata calda attraverso i tubi collegati ai canali aperti per 5 min seguita da esano per altri 5 min. Nota: La rimozione dell&#39;inchiostro produce una rete interconnesso microfluidica 3D (Figura 5). Post-pulizia delle reti utilizzando esano viene eseguita per rimuovere la posbili tracce residue del inchiostro dalle pareti del canale. </li></ol></li></ol> 2. Nanocompositi Preparazione Nota: I nanocompositi sono preparati miscelando un doppio indurimento resina (ultravioletto / calore curabile) termoindurente, o una resina epossidica o una resina a base di uretano e nanocariche (qui, nanotubi a parete singola di carbonio) a diversi carichi. <ol><li> Aggiungere la quantità desiderata di nanotubi a una soluzione di 0,1 mM di un tensioattivo (zinco protoporfirina IX) sia in acetone o diclorometano 14 (Figura 6). Nota: Qui, 150 mg di CNT è stato aggiunto alla soluzione (~ 50 ml) per preparare un nanocomposito con una concentrazione finale di nanotubi di 0,5% in peso. Va detto inoltre che l&#39;uso di solventi altobollenti temperatura come DMF dovrebbe essere evitata a causa di possibili termoindurente della UV-epossidica utilizzata in questo studio a temperature superiori a 60 ° C durante l&#39;evaporazione del solvente. </li><li> Sonicare il suspension in un bagno ad ultrasuoni per 30 min a debundle aggregati di nanotubi (Figura 6). Nota: sforzi aggiuntivi come filtrazione o ultracentrifugazione della soluzione nanotubo dovrebbe essere fatto per rimuovere i rimanenti grandi grappoli prima della miscelazione con la resina. </li><li> Mescolare la resina (sia epossidica o uretano) con la sospensione di nanotubi su una piastra calda agitazione magnetica ad una temperatura leggermente inferiore alla temperatura di ebollizione del solvente (per esempio 50 ° C per soluzione acetone) per 4 ore. </li><li> Mettere il composto nanocomposito nella vasca ultrasuoni e contemporaneamente applicare la sonicazione e riscaldamento (40-50 ° C) per 1 ora (Figura 6). </li><li> Lasciare evaporare il solvente residuo riscaldando il nanocomposito a 30 ° C per 12 ore e poi a 50 ° C per 24 ore sotto vuoto (~ 0,1 bar). </li><li> Taglio miscelare i materiali nanocompositi facendoli passare attraverso un piccolo spazio tra i rulli in un mixer mulino a tre rulli in order per rompere grandi aggregati di nanotubi (Figura 6). Mantenere una porzione di nanocomposito prima tre rulli di miscelazione per confronto basale. </li><li> Impostare i parametri di miscelazione a tre cilindri (cioè lacune e velocità di rotazione). Nota: Qui, una velocità costante di 250 rpm viene utilizzato per il rotolo grembiule. Tuttavia, il divario tra rulli sono ridotti in lavorazione in tre fasi come segue: 5 passaggi a 25 micron, 5 passaggi a 10 micron e 10 passa a 5 micron, rispettivamente. </li><li> Degassare la miscela finale sotto vuoto di ~ 0,1 bar per 24 ore utilizzando un essiccatore per rimuovere le bolle d&#39;aria durante la miscelazione. </li></ol> 3. Nanocompositi Infiltration (Injection) <ol><li> Caricare i nanocompositi, preparate nella sezione 2, in una siringa da 3 ml con il dispenser fluido applicando una pressione negativa. </li><li> Inserire una multa ugello (ad esempio ID = 0,51 millimetri), che si inserisce nei tubi di plastica attaccati ai canali aperti (stessi tubi utilizzatiper la rimozione di inchiostro) e montarlo nel cilindro della siringa contenente i materiali nanocompositi. </li><li> Impostare la pressione desiderata (cioè pressione positiva) sul dispensatore pressione. Nota: Qui, la pressione di iniezione nanocomposito è pari a 400 kPa. Nota: Un vuoto (pressione negativa) potrebbe essere applicato all&#39;altra estremità (cioè lato di uscita) per assistere il riempimento rete. Una volta applicata la pressione, la rete microfluidica, costruita nel protocollo 1, viene riempita con la sospensione nanocomposito, che entra nella rete attraverso i tubi di plastica. </li><li> Poco dopo l&#39;iniezione, esporre le travi composte nanocompositi-riempite di illuminazione UV di una lampada UV per 30 minuti per prestagionatura. Nota: Questa operazione prestagionatura è pensato per ridurre l&#39;effetto del moto browniano sul possibile orientamento CNT. Si riduce anche la contrazione indotta dal calore (Figura 7) </li><li> Post-curare le travi prodotte nel fornoa, nel caso di UV-epossidico, 80 ° C per 1 ora seguito da 130 ° C per circa 1 ora (Figura 7). </li><li> Tagliare le parti di resina epossidica in eccesso con una sega e poi lucidare le travi alle dimensioni desiderate (qui, ~ 60 mm di lunghezza, ~ 6,8 millimetri in larghezza, e ~ 1,6 millimetri di spessore delle travi sono state prodotte per facilità di caratterizzazione meccanica). </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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

La procedura sperimentale qui presentato è un nuovo e flessibile metodo di fabbricazione al fine di adattare le prestazioni meccaniche di materiali polimerici per la progettazione materiali. Usando questo metodo, proprietà desiderate potrebbero essere realizzati basato sulla corretta scelta dei componenti (materiali cioè infiltrati e matrice principale) e progettando strutture composite. In primo luogo, la tecnica permette la fabbricazione di un unico materiale, composto da diversi polimeri termoindurenti, che rappresenta una caratteristica unica funzione della temperatura che è diverso da quelli dei componenti bulks 15. Un altro vantaggio della presente tecnica rispetto ad altre tecniche di fabbricazione nanocomposito con cui le nanocariche sono distribuiti uniformemente attraverso matrice intera è la possibilità di collocare spazialmente i rinforzi nei punti desiderati in queste travi composte 3D rinforzato. A causa di questa capacità di posizionamento, una minore quantità di costosi possibilmente nanoriempitivi è necessario per ottenere una determinata prestazione meccanica 13. Poiché il pattern rinforzo obbedisce originale-scrittura diretta del ponteggio inchiostro, la spaziatura dei filamenti in un dato strato è limitato a circa dieci volte il diametro filamenti di inchiostro a causa delle proprietà viscoelastiche del inchiostro fuggitivo. D&#39;altra parte, una piccola distanza può limitare il flusso di resina epossidica liquida durante la fase di incapsulamento epossidico. Inoltre, il diametro del filamento inchiostro deve essere sufficientemente grande (ad esempio, superiore a 50 micron) per facilità di fabbricazione (ad esempio estrusione di alta inchiostro viscoso) e successive fasi di lavorazione come nanocomposito infiltrazione nelle reti microfluidici. Un altro potenziale del presente metodo potrebbe essere la capacità di allineare i singoli CNT o altri nanocariche nella direzione di flusso sotto flusso di taglio 16 da infiltrazioni nanocomposito a maggiori velocità / pressioni, se le nanocariche sono ben-Disperso durante il processo di miscelazione nanocomposito. Tuttavia, un elevato grado di allineamento potrebbe essere raggiunto solo a pressioni molto elevate infiltrazione (a causa di piccolo diametro canale), che possono causare l&#39;intrappolamento di aria nella rete durante l&#39;infiltrazione. Immagini ottiche Rappresentante in Figura 6 mostrano i nanocompositi preparati dalla procedura di miscelazione presentata al protocollo 2 (due immagini nella parte inferiore della figura). Le macchie scure osservati sono considerati aggregati di nanotubi. Per il nanocomposito ultrasonicated, gli aggregati micron dimensioni con un diametro fino a ~ 7 micron sono presenti mentre un drastico cambiamento delle dimensioni degli aggregati (con una media di circa 1 micron) viene osservato per il nanocomposito shear-mista. Poiché la dispersione nanoriempitivo influisce sulle proprietà meccaniche ed elettriche dei fasci nanocompositi 3D fabbricati, una dispersione migliorata dovrebbe essere realizzato per trarre il massimo vantaggio di posizionamento 3D nanofillers utilizzando la presente tecnica di fabbricazione. Pertanto, è necessario un ulteriore studio per esaminare sistematicamente gli stati di dispersione dei nanotubi e l&#39;uso di altri nanocariche, che possono essere facilmente disperse nella matrice epossidica. L&#39;attuale tecnica di produzione potrebbe consentire la progettazione di prodotti 3D nanocompositi funzionali per applicazioni microtecnica 17. La tecnica non è limitata ai materiali utilizzati in questo studio. Pertanto, l&#39;applicazione di questa tecnica può essere estesa l&#39;utilizzazione di altri materiali termoindurenti e nanocariche. Tra le diverse applicazioni, monitoraggio strutturale, prodotti di assorbimento delle vibrazioni e della microelettronica può essere menzionato.

Nanocompositi polimerici con nanomateriali, in particolare i nanotubi di carbonio (CNT) incorporati in matrici polimeriche dotate di proprietà multifunzionali 1 per potenziali applicazioni come materiali compositi strutturali, 2, 3 sistemi microelettromeccanici (ad es microsensori), e polimeri intelligenti 4. Diverse fasi di lavorazione, tra cui il trattamento CNT e nanocompositi metodi di miscelazione può essere richiesto di desiderabile disperdere CNT nella matrice. Poiché proporzioni CNT &#39;, il loro stato e trattamento superficiale dispersione influenza principalmente le prestazioni elettriche e meccaniche, la procedura di elaborazione nanocomposito variare a seconda delle proprietà desiderate per un&#39;applicazione mirata 5. Inoltre, per particolari condizioni di carico, allineando CNT lungo una direzione desiderata e anche il posizionamento dei rinforzi nei punti desiderati consentire un ulteriore miglioramento delle proprietà meccaniche e / o elettriche di questi nanocomposites. Alcune tecniche quali il flusso di shear 6-7 e campi elettromagnetici 8 sono stati utilizzati per allineare i CNT lungo una direzione desiderata in una matrice polimerica. Inoltre, l&#39;orientamento CNT indotta da vincolo dimensionale, in particolare in una dimensione (1D) e due dimensioni (2D), è stata osservata durante la trasformazione / formatura di materiali nanocompositi 9-11. Tuttavia, nuovi progressi sui processi di fabbricazione sono ancora necessari per consentire il controllo sufficiente della tridimensionale (3D) orientamento e / o il posizionamento del rinforzo nanotubo durante la fabbricazione di un prodotto per condizioni ottimali. In questo articolo presentiamo un protocollo per la produzione di travi composte 3D rinforzato via diretta e localizzata infiltrazione di una rete microfluidica 3D con sospensioni nanocompositi polimero (Figura 1). In primo luogo, la fabbricazione di un 3D interconnesso microfluidicarete è dimostrato, che prevede la realizzazione diretta-scrittura dei filamenti di inchiostro fuggitive 12-13 su substrati epossidiche (figure 2a e 2b), seguita da incapsulamento epossidico (figura 2c) e la rimozione di inchiostro sacrificale (figura 2d). Il metodo di scrittura diretta è costituito da un robot controllato da computer che muove un erogatore fluido lungo gli assi x, y, e Z (Figura 3). Questa tecnica fornisce un modo veloce e flessibile per fabbricare microdispositivi 3D per fotonici, MEMS e applicazioni biotecnologiche (Figura 4). Quindi, la preparazione nanocomposito è dimostrato, insieme alla sua infiltrazione (o iniezione) nella rete porosa sotto diverse pressioni controllate e costanti per produrre compositi multiscala 3D-rinforzati (figure 2e e 2f). Infine, vengono mostrati alcuni risultati rappresentativi con i loro potenziali applicazioni.

<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

Travi composte microstrutturato rinforzati con complesso tridimensionale (3D) microfilamenti nanocompositi a motivi geometrici sono fabbricati con nanocompositi infiltrazione del 3D interconnesse reti microfluidica. La fabbricazione delle travi rinforzate inizia con la fabbricazione di reti microfluidica, che prevede la deposizione layer-by-layer di filamenti di inchiostro fuggitive usando un robot di erogazione, riempiendo lo spazio vuoto tra filamenti usando una resina a bassa viscosità, indurimento della resina ed infine rimuovendo la inchiostro. Strutture 3D autoportanti con altre geometrie e molti strati (ad esempio, a poche centinaia di strati) potrebbero essere costruite utilizzando questo metodo. I risultanti reti microfluidica tubolari sono poi infiltrati con sospensioni termoindurente nanocompositi contenenti nanocariche (ad esempio nanotubi a parete singola carbonio), e successivamente curate. L&#39;infiltrazione avviene applicando un gradiente di pressione tra due estremità del vuoto nRETE (sia applicando un vuoto o microiniezione vuoto-assistita). Prima della infiltrazione, le sospensioni nanocompositi sono preparati disperdendo nanocariche in matrici polimeriche mediante ultrasuoni e tre rulli metodi di miscelazione. I nanocompositi (ovvero materiali infiltrati) vengono poi solidificati sotto cura esposizione UV / termico che determina una struttura composita 3D rinforzato. La tecnica qui presentata consente la progettazione di nanocompositi prodotti macroscopici funzionali per applicazioni MicroEngineering come attuatori e sensori.

Figure 8a e 8b mostrano una immagine rappresentativa di travi fabbricati e un&#39;immagine ottica della sua sezione trasversale, formato da nove strati di filamenti nanocompositi. Le figure 8c e 8d mostrano immagini tipiche SEM di una superficie di frattura prodotta travi e un&#39;immagine ingrandimento maggiore di canali pieni (cioè microfibre nanocompositi embedded), rispettivamente. Poiché nessun debonding è visto dalla parete canali, è giusto dire che la resina epossidica circostante e materiali infiltrati sono ben rispettati come risultato della corretta pulizia dei canali con esano dopo la rimozione dell&#39;inchiostro. La Figura 9 mostra un&#39;immagine rappresentativa ottica di un raggio interrotto durante il test meccanici in cui esano non viene utilizzato durante la rimozione dell&#39;inchiostro. Fibra debonding, a causa della scarsa interfaccia meccanica si osserva che potrebbe essere dovutotracce di inchiostro fuggitive rimaste dopo la pulizia della rete. Figura 10 mostra il modulo di accumulo, E &#39;, dei campioni stampati rinfusa epossidiche (come benchmark) e le travi 3D rinforzato. I risultati mostrano andamenti unici per le travi fabbricati che sono la combinazione del embedded e materiali epossidici circostanti con proprietà superiori con la presenza di solo ~ 0,18 wt. % CNT. La Figura 11 mostra i tre punti di piegatura risultati di prova delle travi composte trasformato mediante DMA. Come risultato di posizionamento CNT, il modulo di flessione del 3D rinforzato travi hanno mostrato un aumento del 34% rispetto al puro epossi-infiltrato (intero epossidica) aste. <img alt="Figura 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Rappresentazione schematica di un 3D-rnanocompositi einforced prodotto da un approccio microinfiltrazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Rappresentazione schematica della produzione di travi 3D-rinforzate. (A) filamento inchiostro deposizione diretta usando un robot di erogazione, (b) deposizione di più strati uno sopra l&#39;altro incrementando l&#39;ugello di erogazione in direzione z, (c ) Riempimento pori fra filamenti usando una resina a bassa viscosità, (d) Prendendo l&#39;inchiostro fuori dalla rete per sua liquefazione, conseguente fabbricazione di canali microfluidici. (E) Riempire la rete vuota conla sospensione nanocompositi seguita da curare, e (f) Tagliare le parti in eccesso epossidiche. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Una foto del palco deposizione robotico costituito da un robot controllato da computer, un apparecchio di distribuzione, e una macchina fotografica dal vivo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4. Alcune immagini di microstrutture prodotte dalla mon-scrittura direttaBly. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5. Un punto di vista isometrica ed una immagine SEM della rete vuota microfluidica 3D collegato. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6. Nanocompositi miscelazione strategie compresi nanotubo funzionalizzazione non covalente, ultrasuoni, e / o tre rulli mulino di miscelazione che portano a nanotubi dispersioni con differenti qualità (immagini ottiche dei film di nanocompositi). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7. Nanocompositi indurimento sotto illuminazione UV di una lampada UV seguita da post-vulcanizzazione in forno. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" width="500" /> Figura 8. (A) I sometric immagine di una trave 3D rinforzato, (b) Tipico sezione trasversale di una trave nanocomposito-iniettato, (c) Una immagine frattura superficie fascio SEM, e ( <stron<html> g&gt; d) Una vista del primo piano di (c). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" width="500" /> Immagine Superficie Figura 9. Frattura di una trave nanocompositi-infiltrato in poliuretano. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 10" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg" width="500" /> Figura 10 proprietà meccaniche. Dipendenti dalla temperatura (modulo di stoccaggio) delle resine epossidiche sfusi e le travi fabbricati utilizzando un analizzatore dinamico meccanico./ Www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita. <img alt="Figura 11" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" width="500" /> Figura 11. Proprietà quasi-statiche meccaniche (flessione) delle resine epossidiche sfusi e le travi prodotte (prova di flessione a tre punti). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a>

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Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Tridimensionali (3D) travi composte microstrutturata sono fabbricati mediante l&#39;infiltrazione diretta e localizzata di nanocompositi in reti microfluidici porosi 3D. La flessibilità di questo metodo di fabbricazione consente l&#39;utilizzo di diversi materiali termoindurenti e nanocariche al fine di ottenere una varietà di 3D funzionale rinforzati nanocompositi prodotti macroscopiche.

Produzione di tridimensionalmente microstrutturate nanocompositi attraverso Microfluidic 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 Views.  École Polytechnique de Montréal.  Tridimensionali (3D) travi composte microstrutturata sono fabbricati mediante l'infiltrazione diretta e localizzata di nanocompositi in reti microfluidici porosi 3D. La flessibilità di questo metodo di fabbricazione consente l'utilizzo di diversi materiali termoindurenti e nanocariche al fine di ottenere una varietà di 3D funzionale rinforzati nanocompositi prodotti macroscopiche. 

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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 ...

Ricerca

Chimica

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.

Trasporto di nanotubi di carbonio modificati superficie attraverso una colonna di terreno

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 produzione di biocarburanti e biochimici da un olio di colza attraverso cracking catalitico di conversione

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.

Caratterizzazione di trasporto dell'elettrone attraverso biofilm vivente

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.

A secco microfluidic-spinning e caratterizzazione delle fibre rigenerate seta Fibroin

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.

Fabbricando goccioline ad alta viscosità mediante capillare dispositivo microfluidico con struttura di co-flusso di inversione di 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.

Preparazione di microfluidica di liquido cristallino elastomero attuatori

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.

Produzione additiva negativa del complesso a forma di carburi di 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.

Accumulazione e l'analisi di ioni rameosi in un solfato di rame in soluzione di placcatura

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>Visualizzazione microscopica di nanografeni porosi sintetizzati attraverso una combinazione di soluzione e chimica superficiale

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.