Per studiare le pellicole sottili polimeriche nelle applicazioni a membrana, i materiali devono essere trasferiti da un substrato lucido e liscio a substrati porosi in un modo che non pieghi, rughe, strappi o deformi plasticamente il film. Questo video descrive una camera di scarico stampabile in 3D progettata per raggiungere questo obiettivo e riguarda i passaggi da quattro a sei nel flusso di processo mostrato qui. I campioni utilizzati in questo lavoro sono costituiti da substrati di wafer di silicio in cui sono rivestiti di spin una pila di acido poliacrilico solubile in acqua seguita da un tappetino di copolimero casuale e da un copolimero a blocchi di polistirolo polimetilmetacrilato.
Lo scopo dei passaggi da quattro a sei è quello di trasferire questo copolimero a blocchi pore-forming dal wafer di silicio su una membrana porosa di ossido di alluminio anodizzato per consentire la successiva trasformazione in un dispositivo di filtrazione funzionale. La camera di scarico è costituita da una rampa superiore che consente l'introduzione della pila di pellicola polimerica e da una porzione inferiore che contiene il substrato poroso e l'acqua deionizzata. La parte superiore è stampata da PLA da una stampante a filamento e la parte inferiore è stata stampata da una stampante 3D a getto d'inchiostro.
Uno strumento di trasferimento campioni viene stampato anche dal PLA utilizzando la stampante di filamenti. La prima parte si attacca a un jack da laboratorio in modo che il campione possa essere sollevato e abbassato senza intoppi e senza vibrazioni da movimenti delle mani. La seconda parte contiene il wafer BCP in posizione.
Con ciò, il processo di trasferimento può iniziare. Innanzitutto, lo strumento BCP viene assemblato. La parte del morsetto è filettata in modo che una vite possa fissarla al jack da laboratorio.
Il substrato di ossido di alluminio anodizzato viene quindi posizionato all'interno della parte inferiore della camera di scarico utilizzando le forcep. Successivamente, viene inserito un O-ring in gomma per garantire una tenuta impermeabile. La parte della rampa della camera di scarico è avvitata saldamente.
Infine, i tubi in vinile chiaro sono attaccati al beccuccio nella parte inferiore della camera di scarico e l'altra estremità alla siringa che si trova all'interno di una pompa di siringhe per poter controllare la velocità di drenaggio. Successivamente, il wafer di silicio con la pila di polimeri viene posizionato sullo strumento di trasferimento e anche la camera di scarico viene riempita con acqua deionizzata. Il wafer di silicio viene quindi abbassato lentamente nell'acqua, il che fa sì che lo strato di acido poliacrilico inizi a dissolversi.
Questa dissoluzione delamina il film polimerico dal wafer di silicio lasciandolo galleggiare sulla superficie dell'acqua. Lo strumento di trasferimento viene successivamente rimosso e lo scarico viene attivato avviando la pompa della siringa. L'acqua viene aspirazione attraverso il substrato di ossido di alluminio e fuori dalla camera dalla pompa.
Qui è mostrato il drenaggio che avviene ad una velocità di un millilitro al minuto. L'angolo della rampa e il design della camera indirizzano il film polimerico verso il centro del cilindro. Qui, la membrana e il livello dell'acqua hanno raggiunto il corpo cilindrico del dispositivo, creando un menisco più prominente, che tiene la membrana tesa e centrata in quanto è inferiore alla membrana di ossido di alluminio anodizzata sottostante.
Una volta che l'acqua viene scaricata e il polimero è a contatto con la membrana, la camera può essere svitata per consentire all'acqua rimanente di evaporare. Il processo totale, compresa la configurazione e lo scarico dell'acqua, richiede circa 15 minuti, ma questa volta può essere accorciato aumentando la velocità di drenaggio e costruendo la camera per richiedere un volume d'acqua inferiore. Qui sono mostrate pellicole preparate raccogliendole direttamente da una superficie del bagno d'acqua usando la membrana porosa.
Lo strappo della membrana e il posizionamento al centro sono evidenti. La distanza del centro della membrana dal centro del substrato è mostrata a destra per varie membrane posizionate. Qui vediamo il miglioramento della riproducibilità utilizzando la camera di scarico.
Le pellicole intatte sono evidenti e la distanza tra il centro della membrana e il centro del substrato si dimostra ridotta al minimo. La camera di scarico ha ridotto la possibilità di lacerazione e ripiegamento del film sul metodo manuale. Un ambiente di laboratorio pulito e privo di polvere limiterà la contaminazione accidentale.
Questo metodo per il trasferimento della membrana a film sottile riduce definitivamente il danno fatto alla membrana e migliora la precisione e la riproducibilità del suo posizionamento sul substrato. Rimuovendo a mano il difficile compito di manipolare a mano pellicole sottili sulla superficie dell'acqua, le modifiche al design della camera di scarico di base possono consentire l'implementazione di diverse dimensioni di campioni polimerici e tipi di substrato poroso.
