Name: manufacturing of three-dimensionally microstructured nanocomposites through microfluidic infiltration
Uploaded: 2014-03-12T23:00:00
Duration: 14 min 24 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration at JoVE.com

يعترف الكتاب بدعم مالي من FQRNT (لو فون الكيبيكية دي لا بحوث سور لا الطبيعة وآخرون ليه تكنولوجيز). فإن الكتاب أود أن أشكر الدعم الاستشارات البروفيسور مارتن يفيسك، الأستاذ علي بلدي ش Khakani والدكتور إبراهيم عيسى.

1. تلفيق 3D ميكروفلويديك الشبكات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إذابة الحبر الهارب في 80 ° C وتحميله إلى 3 مل حقنة برميل. ملاحظة: الحبر الهارب هو خليط ثنائي من الشمع الجريزوفولفين والفازلين مع نسبة وزن 40:60. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختيار فوهة ترسب اعتمادا على القطر خيوط المطلوب (على سبيل المثال القطر الداخلي (ID) = 150 ميكرون). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت فوهة على برميل حقنة تحتوي على مواد الحبر وتركيبها على حامل حقنة للروبوت الاستغناء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام برنامج اكسل لتصميم مسار تتحرك من الروبوت الاستغناء عن تصنيع هيكل السقالة 3D المطلوب. ملاحظة: مقاييس عامة للهيكل الحبر 3D وتباعد خيوط &#39;في طبقة معينة يمكن برمجتها بسهولة، وفي هذه الحالة، فإن أبعاد هي 60 ملم في الطول و 7.5 ملم في العرض، و 1.7 مم في السمك مع 0.25 مم التباعد الأفقي بين كل خيوط. </li><lط&gt; تعيين ضغط ترسب على منظم ضغط وسرعة الروبوت صرفها. ملاحظة: الحبر الهارب خيوط قطرها يختلف اعتمادا على فوهة قطرها، الضغط الترسيب، اللزوجة الحبر وسرعة صرفها. هنا، قطر خيوط هو ~ 150 ميكرون لسرعة ترسب 4.7 ملم / ثانية عند ضغط قذف 1.9 ميجا باسكال. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء تصنيع من microscaffold مع ترسب خيوط القائمة على الحبر على الركيزة الايبوكسي، الأمر الذي يؤدي إلى وجود نمط 2D (الشكل 2A). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيداع طبقات لاحقة عن طريق زيادة تباعا ض موقف فوهة صرفها بمبلغ مساو لقطر خيوط (الشكل 2B). ملاحظة: هياكل لنفسها 3D مع هندستها وغيرها من العديد من طبقات (على سبيل المثال عدد قليل من مئات الطبقات) يمكن أن يبنى. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مزيج شطري الايبوكسي (أي الراتنج وتصليب) المستخدمة في التغليف وديغا الجيش الشعبيخليط أوكسي تحت فراغ لفترة محددة (هنا، 0.15 بار لمدة 30 دقيقة) لإزالة فقاعات المحاصرين خلال خلط المكونات الايبوكسي. ملاحظة: قد تختلف وقت التفريغ مع الوقت هلام من خليط الايبوكسي. لنظام الايبوكسي مختلفة، قد تكون هذه هي المرة التفريغ المطلوبة أقصر أو أطول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل راتنجات الايبوكسي إلى حقنة 3 مل برميل باستخدام موزع السوائل عن طريق تطبيق الضغط السلبي ثم جبل فوهة غرامة (على سبيل المثال ID = 0.51 ملم) في برميل حقنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطرات مكان الايبوكسي خلال هيكل السقالة ميلا في نهايته العليا باستخدام نفس موزع السوائل وشنت فوهة للحد من مخاطر فقاعة محاصرة خلال تغليف الايبوكسي. ملاحظة: ثم يتدفق الايبوكسي في المساحات الفارغة بين خيوط، مدفوعة من قبل القوات الجاذبية والشعرية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مواصلة وضع قطرات من الايبوكسي على السقالة حتى يتم شغل المساحة الفارغة بين خيوط السقالة تماما. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اسمحوا المكتب الأوروبي للبراءات التغليفprecure س ص في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة وبعد ذلك وضع هيكل في الفرن لعلاج آخر، عند 60 درجة مئوية (الشكل 2C). ملاحظة: يمكن تطبيق الجدول الزمني علاج مختلفة لنظام الايبوكسي مختلفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع الأجزاء الزائدة من الايبوكسي باستخدام منشار الدقة بعد المعالجة كاملة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفر اثنين من الثقوب في طرفي هيكل وإدراج اثنين من أنابيب البلاستيك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الحبر الهارب من الهيكل على النحو التالي: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع العينات في الفرن على 90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة لإسالة الحبر (الشكل 2D). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد وقت قصير من توليه عينات من الفرن، وغسل شبكة القناة مع شفط الماء المقطر الساخن من خلال أنابيب موصولة إلى فتح قنوات لمدة 5 دقائق تليها الهكسان لمدة 5 دقائق أخرى. ملاحظة: إزالة الحبر غلة شبكة ميكروفلويديك 3D المترابطة (الشكل 5). يتم تنفيذ ما بعد تنظيف الشبكات باستخدام الهكسان من أجل إزالة possiآثار المتبقية من بلي الحبر من جدران القناة. </li></ol></li></ol> 2. إعداد بمركب متناهي في الصغر ملاحظة: تم إعداد nanocomposites وعن طريق مزج علاج مزدوج الراتنج (الأشعة فوق البنفسجية / الحرارة قابل للشفاء) بالحرارة، إما راتنجات الايبوكسي أو الراتنج القائم على يوريثان والمالئة النانومترية (هنا، أنابيب الكربون النانوية واحد الجدران) في شحنات مختلفة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة المبلغ المطلوب من الأنابيب النانوية في التوصل إلى حل من 0.1 ملي من السطحي (بروتوبرفيرين الزنك التاسع) إما في الأسيتون أو ثنائي كلورو ميثان 14 (الشكل 6). ملاحظة: هنا، تم إضافة 150 ملغ من تشارك المركز الوطني في حل (~ 50 مل) من أجل إعداد بمركب متناهي في الصغر مع التركيز أنابيب النهائي من 0.5٪ بالوزن. تجدر الإشارة أيضا إلى أن استخدام المذيبات درجة حرارة غليان عالية مثل DMF يجب تجنبها بسبب ممكن للحرارة علاج من الأشعة فوق البنفسجية الايبوكسي المستخدمة في هذه الدراسة في درجات الحرارة فوق 60 درجة مئوية خلال تبخر المذيبات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يصوتن سوspension في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة لdebundle المجاميع أنابيب (الشكل 6). ملاحظة: ينبغي بذل جهود إضافية مثل الترشيح أو تنبيذ فائق من الحل أنابيب لإزالة ما تبقى من مجموعات كبيرة قبل الاختلاط مع الراتنج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خلط الراتنج (إما الايبوكسي أو يوريثان) مع تعليق على أنابيب المغناطيسي صفيحة ساخنة التحريك عند درجة حرارة أقل بقليل من درجة حرارة غليان المذيب (على سبيل المثال 50 درجة مئوية لمدة حل الأسيتون) لمدة 4 ساعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الخليط بمركب متناهي في الصغر في حمام ultrasonication في وقت واحد تطبيق صوتنة والتدفئة (40-50 درجة مئوية) لمدة 1 ساعة (الشكل 6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> السماح للالمذيبات تتبخر المتبقية عن طريق تسخين بمركب متناهي في الصغر في 30 درجة مئوية لمدة 12 ساعة ثم في 50 درجة مئوية لمدة 24 ساعة تحت فراغ (~ 0.1 بار). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> القص خلط المواد بمركب متناهي في الصغر من خلال تمريرها من خلال فجوة صغيرة بين لفات في طاحونة خلاط ثلاثة لفة في أورديr لكسر الركام أنابيب كبيرة (الشكل 6). الحفاظ على جزء من بمركب متناهي في الصغر قبل ثلاثة لفة لخلط للمقارنة خط الأساس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين المعلمات خلط ثلاثة لفة (أي الثغرات وسرعة الدوران). ملاحظة: وهنا، يستخدم بسرعة ثابتة من 250 دورة في الدقيقة للفة ساحة. ومع ذلك، يتم تقليل الفجوات بين لفات في تجهيز ثلاث خطوات على النحو التالي: 5 تمريرات في 25 ميكرون، 5 تمريرات في 10 ميكرون، و 10 تمريرات في 5 ميكرون، على التوالي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ديغا الخليط النهائي في ظل فراغ من ~ 0.1 بار لمدة 24 ساعة باستخدام مجفف لإزالة فقاعات الهواء المحبوس خلال خلط. </li></ol> 3. بمركب متناهي في الصغر التسلل (حقن) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل nanocomposites و، الذي أعد في الباب 2، إلى حقنة 3 مل برميل باستخدام موزع السوائل عن طريق تطبيق الضغط السلبي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج فوهة غرامة (على سبيل المثال ID = 0.51 ملم) التي تناسبها في الأنابيب البلاستيكية التي تعلق على القنوات فتح (نفس الأنابيب المستخدمةلإزالة الحبر) وتركيبها في برميل حقنة تحتوي على مواد بمركب متناهي في الصغر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الضغط المطلوب (أي ضغط إيجابي) على موزع الضغط. ملاحظة: وهنا، تم تعيين ضغط الحقن بمركب متناهي في الصغر في 400 كيلو باسكال. ملاحظة: فراغ (أي الضغط السلبي) يمكن أن تطبق على الطرف الآخر (أي الجانب مخرج) لمساعدة ملء الشبكة. مرة واحدة يتم تطبيق الضغط، وشبكة ميكروفلويديك، الذي بني في بروتوكول 1، يتم شغلها من قبل تعليق بمركب متناهي في الصغر، والذي يدخل الشبكة من خلال أنابيب بلاستيكية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد وقت قصير من الحقن، وفضح الحزم مملوءة بمركب متناهي في الصغر المركبة لإضاءة الأشعة فوق البنفسجية من مصباح الأشعة فوق البنفسجية لمدة 30 دقيقة لprecuring. ملاحظة: ويعتقد أن هذا العملية precuring للحد من تأثير الحركة البراونية على التوجه تشارك المركز الوطني ممكن. كما أنه يقلل من الانكماش الناجم عن الحرارة (الشكل 7) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد علاج عوارض تصنيعها في الفرنفي، في حالة الأشعة فوق البنفسجية الايبوكسي، 80 درجة مئوية لمدة 1 ساعة تليها 130 درجة مئوية لمدة 1 ساعة أخرى (الشكل 7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع أجزاء الايبوكسي الزائد باستخدام منشار ثم تلميع الحزم إلى الأبعاد المطلوبة (هنا، ~ 60 ملم في الطول، ~ 6.8 ملم في العرض، و~ تم تصنيعها 1.6 ملم في سمك الحزم لسهولة توصيف الميكانيكية). </li></ol>

<ol>
	<li>Endo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+Carbon+Nanotubes+in+the+Twenty-First+Century.">Applications of Carbon Nanotubes in the Twenty-First Century.</a> Philosoph. Trans. Math. Phys. Eng. Sci. 362 (1823), 2223-2238 (2004).</li><li>Ear, Y., Silverman, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+and+opportunities+in+multifunctional+nanocomposite+structures+for+aerospace+applications.">Challenges and opportunities in multifunctional nanocomposite structures for aerospace applications.</a> MRS Bull. 32 (4), 328-334 (2007).</li><li>Mirfakhrai, T., Krishna-Prasad, R., Nojeh, A., Madden, J. D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromechanical+actuation+of+single-walled+carbon+nanotubes:+an+ab+initio+simulation+study.+Nanotechnology.">Electromechanical actuation of single-walled carbon nanotubes: an ab initio simulation study. Nanotechnology.</a> Nanotechnology. 19 (31), 1-8 (2008).</li><li>Sahoo, N. G., Jung, Y. C., Yoo, H. J., Cho, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+carbon+nanotubes+and+polypyrrole+on+the+thermal,+mechanical+and+electroactive+shape-memory+properties+of+polyurethane+nanocomposites.">Influence of carbon nanotubes and polypyrrole on the thermal, mechanical and electroactive shape-memory properties of polyurethane nanocomposites.</a> Comp. Sci. Technol. 67 (9), 1920-1929 (2008).</li><li>Coleman, J. N., Khan, U., Gun'ko, Y. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+reinforcement+of+polymers+using+carbon+nanotubes.">Mechanical reinforcement of polymers using carbon nanotubes.</a> Adv. Mater. 18 (6), 689-706 (2006).</li><li>Fan, Z. H., Advani, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+orientation+state+of+carbon+nanotubes+in+shear+flow.">Characterization of orientation state of carbon nanotubes in shear flow.</a> Polymer. 46 (14), 5232-5240 (2005).</li><li>Abbasi, S., Carreau, P. J., Derdouri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow-induced+particle+orientation+and+rheological+properties+of+suspensions+of+organoclays+in+thermoplastic+resins.">Flow-induced particle orientation and rheological properties of suspensions of organoclays in thermoplastic resins.</a> Polymer. 51 (4), 922-935 (2010).</li><li>Kimura, T., Ago, H., Tobita, M., Ohshima, S., Kyotani, M., Yumura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+composites+of+carbon+nanotubes+aligned+by+a+magnetic+field.">Polymer composites of carbon nanotubes aligned by a magnetic field.</a> Adv. Mater. 14 (19), 1380-1383 (2002).</li><li>Chronakis, I. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+nanocomposites+and+nanoceramics+based+on+polymer+nanofibers+using+electrospinning+process-A+review.">Novel nanocomposites and nanoceramics based on polymer nanofibers using electrospinning process-A review.</a> J. Mater. Process. Technol. 167 (2-3), 283-293 (2005).</li><li>Zhou, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+wall+carbon+nanotube+fibers+extruded+from+super-acid+suspensions:+preferred+orientation,+electrical,+and+thermal+transport.">Single wall carbon nanotube fibers extruded from super-acid suspensions: preferred orientation, electrical, and thermal transport.</a> J. Appl. Phys. 95 (2), 649-655 (2004).</li><li>Sandler, J. K. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+of+melt+spun+polyamide-12+fibres+reinforced+with+carbon+nanotubes+and+nanofibres.">A comparative study of melt spun polyamide-12 fibres reinforced with carbon nanotubes and nanofibres.</a> Polymer. 45 (6), 2001-2015 (2004).</li><li>Therriault, D., Shepherd, R. F., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fugitive+inks+for+direct-write+assembly+of+three-dimensional+microvascular+networks.">Fugitive inks for direct-write assembly of three-dimensional microvascular networks.</a> Adv. Mater. 17 (4), 395-399 (2005).</li><li>Therriault, D., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chaotic+mixing+in+three-dimensional+microvascular+networks+fabricated+by+direct-write+assembly.">Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly.</a> Nat. Mater. 2 (4), 265-271 (2003).</li><li>Lebel, L. L., Aissa, B., Khakani, A. E., Therriault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+mechanical+characterization+of+laser+ablated+single-walled+carbon-nanotubes/polyurethane+nanocomposite+microbeams.">Preparation and mechanical characterization of laser ablated single-walled carbon-nanotubes/polyurethane nanocomposite microbeams.</a> Comp. Sci. Technol. 70 (3), 518-524 (2010).</li><li>Farahani, R. D., Dalir, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-infiltration+of+three-dimensional+porous+networks+with+carbon+nanotube-based+nanocomposite+for+material+design.">Micro-infiltration of three-dimensional porous networks with carbon nanotube-based nanocomposite for material design.</a> Comp. A. Appl. Sci. Manufact. 42 (12), 1910-1919 (2011).</li><li>Farahani, R. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manufacturing+composite+beams+reinforced+with+three-dimensionally+patterned-oriented+carbon+nanotubes+through+microfluidic+infiltration.">Manufacturing composite beams reinforced with three-dimensionally patterned-oriented carbon nanotubes through microfluidic infiltration.</a> Mater. Design. 41 (5), 214-225 (2012).</li><li>Volder, M. D., Tawfick, S. 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>

أعلن عن أي تضارب في المصالح.

إجراء التجارب المقدمة هنا هي طريقة جديدة ومرنة التصنيع من أجل تكييف الأداء الميكانيكي للمواد البوليمر المستندة لأغراض تصميم المواد. باستخدام هذا الأسلوب، يمكن تحقيق الخصائص المطلوبة على أساس الاختيار السليم للمكونات (مواد أي تسلل ومصفوفة الرئيسي)، وكذلك هندسة هياكل المركب. أولا، هذه التقنية تمكن من تصنيع مادة واحدة، تتكون من البوليمرات الحرارية مختلفة، وهو ما يمثل ميزة فريدة من نوعها تعتمد على درجة الحرارة التي هي مختلفة عن تلك المكونات المعظم 15. ميزة أخرى لهذه التقنية موجودة على تقنيات تصنيع بمركب متناهي في الصغر الأخرى التي يتم من خلالها توزيع المالئة النانومترية بشكل موحد من خلال مصفوفة كله هو القدرة على وضع مكانيا التعزيزات في الأماكن المطلوبة في هذه الحزم المقوى 3D مركب. بسبب هذه القدرة لتحديد المواقع، وهو مبلغ أقل من تكلفة ربما نانوهناك حاجة إلى الحشو للحصول على 13 محددة الأداء الميكانيكية. منذ نمط التعزيز يطيع الأصلي المباشر الكتابة للسقالة الحبر، وتباعد خيوط &#39;في طبقة معينة يقتصر على ما يقرب من عشرة أضعاف قطر خيوط الحبر بسبب الخصائص اللزجة من الحبر الهارب. من ناحية أخرى، تباعد صغيرة قد تحد من تدفق السائل الايبوكسي خلال الخطوة الايبوكسي التغليف. علاوة على ذلك، ينبغي أن يكون قطرها من خيوط الحبر الكبيرة بما فيه الكفاية (على سبيل المثال أكثر من 50 ميكرون) لسهولة تلفيق (مثل قذف الحبر عالية اللزوجة) وخطوات التصنيع اللاحقة مثل بمركب متناهي في الصغر تسلل الى شبكات ميكروفلويديك. آخر محتملا للطريقة الحالية قد تكون لديها القدرة على مواءمة تشارك المركز الوطني الفردية أو المالئة النانومترية أخرى في اتجاه تدفق تدفق القص تحت 16 بواسطة تسلل بمركب متناهي في الصغر في سرعات أعلى / الضغوط، إذا كان المالئة النانومترية جيدافرقت في أثناء عملية الخلط بمركب متناهي في الصغر. ومع ذلك، يمكن تحقيق درجة عالية من التوافق فقط في الضغوط العالية جدا التسلل (قطر بسبب قناة صغيرة)، مما قد يسبب انحباس الهواء في الشبكة خلال التسلل. الصور الضوئية ممثل في الشكل (6) تظهر nanocomposites وقبل إجراء خلط الواردة في البروتوكول 2 (صورتين في الجزء السفلي من الشكل) أعدت. ويعتقد أن البقع الداكنة لاحظ أن يكون الركام أنابيب. لبمركب متناهي في الصغر ultrasonicated، المجاميع ميكرون الحجم التي يبلغ قطرها يصل إلى 7 ميكرومتر ~ موجودة في حين لوحظ تغيير جذري من حجم الركام (بمتوسط ​​~ 1 ميكرون) لبمركب متناهي في الصغر القص المختلطة. منذ تشتت nanofiller يؤثر على الخواص الميكانيكية والكهربائية لتصنيع عوارض بمركب متناهي في الصغر 3D، ينبغي أن يتحقق تحسن تشتت بالنسبة للاستفادة الكاملة من تحديد المواقع 3D من نانofillers باستخدام تقنية التصنيع الحالية. وبالتالي، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة للتحقيق منهجي دول تشتت الأنابيب النانومترية واستخدام المالئة النانومترية الأخرى، والتي يمكن أن تفرق بسهولة أكبر داخل المصفوفة الايبوكسي. تقنية التصنيع الحالية قد تمكن من تصميم وظيفية المنتجات بمركب متناهي في الصغر 3D لتطبيق microengineering 17. تقنية لا يقتصر على المواد المستخدمة في هذه الدراسة. وبالتالي، يمكن تمديد تطبيق هذه التقنية من خلال استخدام مواد أخرى بالحرارة والمالئة النانومترية. من بين العديد من التطبيقات، والمراقبة الصحية الهيكلي، والمنتجات امتصاص الاهتزاز والالكترونيات الدقيقة يمكن ذكرها.

nanocomposites والبوليمر باستخدام المواد النانوية، وخاصة أنابيب الكربون النانوية (تشارك المركز الوطني) تدمج مصفوفات البوليمر ميزة خصائص متعددة الوظائف 1 للتطبيقات المحتملة مثل المواد المركبة الهيكلية 2، 3 أنظمة ميكانيكية إلكترونية صغيرة (مثل microsensors)، والبوليمرات الذكية 4. قد يكون مطلوبا عدة خطوات المعالجة بما في ذلك العلاج والمركز الوطني للاستشعار بمركب متناهي في الصغر خلط الأساليب لتفريق تشارك المركز الوطني يستحسن في المصفوفة. منذ نسبة الارتفاع تشارك المركز الوطني &#39;، والدولة والمعالجة السطحية توزعهم تؤثر بشكل رئيسي على الأداء الكهربائية والميكانيكية، قد تختلف إجراءات المعالجة بمركب متناهي في الصغر اعتمادا على الخصائص المطلوبة لتطبيق المستهدفة 5. علاوة على ذلك، لظروف التحميل محددة، والتوفيق بين تشارك المركز الوطني على طول الاتجاه المطلوب وتحديد المواقع أيضا تعزيزات في الأماكن المطلوبة تمكين مزيد من تحسين الخواص الميكانيكية و / أو الكهربائية من هذه ناnocomposites. وهناك عدد قليل تقنيات مثل تدفق القص 6-7 والحقول الكهرومغناطيسية 8 وقد استخدمت لمحاذاة تشارك المركز الوطني على طول الاتجاه المطلوب في مصفوفة البوليمر. وعلاوة على ذلك، والتوجه CNT الناجمة عن تقييدا ​​الأبعاد، وتحديدا في بعد واحد (1D) واثنين من البعد (2D)، وقد لوحظ أثناء معالجة / تشكيل المواد بمركب متناهي في الصغر 9-11. ومع ذلك، التطورات الجديدة في عمليات التصنيع لا تزال هناك حاجة للسماح للسيطرة كافية من ثلاثي الأبعاد (3D) التوجه و / أو المواقع من خلال تعزيز أنابيب تصنيع منتج لظروف مثلى. في هذه الورقة، نقدم بروتوكول لتصنيع عوارض المقوى 3D مركب الموجهة عبر والمترجمة تسلل شبكة ميكروفلويديك 3D مع تعليق البوليمر بمركب متناهي في الصغر (الشكل 1). أولا، اختلاق 3D مترابطة ميكروفلويديكويتجلى الشبكة، والذي ينطوي على تلفيق الكتابة مباشرة من خيوط الحبر الهارب 12-13 على ركائز الايبوكسي (أرقام 2A و 2B)، تليها الايبوكسي التغليف (الشكل 2C) وإزالة الحبر الذبيحه (الشكل 2D). يتكون أسلوب الكتابة مباشرة من الروبوت الكمبيوتر التي تسيطر عليها أن تتحرك موزع السائل على طول X، Y، Z والفؤوس (الشكل 3). توفر هذه التقنية وسيلة سريعة ومرنة لافتعال الأجهزة بالغة الصغر 3D لالضوئية، ممس وتطبيقات التكنولوجيا الحيوية (الشكل 4). ثم، ويتجلى إعداد بمركب متناهي في الصغر، جنبا إلى جنب مع تغلغلها (أو حقن) في شبكة مسامية تحت ضغوط ورقابة مستمرة مختلفة لتصنيع المواد المركبة متعددة النطاقات عززت 3D (أرقام 2E و2F). أخيرا، وتظهر بعض النتائج ممثل جنبا إلى جنب مع تطبيقاتها المحتملة.

<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

الحزم مركب Microstructured معززة المعقدة ثلاثة الأبعاد (3D) هي ملفقة microfilaments بمركب متناهي في الصغر منقوشة عبر بمركب متناهي في الصغر تسلل 3D مترابطة شبكات ميكروفلويديك. تصنيع الكمرات المسلحة تبدأ تصنيع شبكات ميكروفلويديك، والذي ينطوي على طبقة تلو طبقة ترسب خيوط الحبر الهارب باستخدام الروبوت الاستغناء، وملء المساحة الفارغة بين خيوط باستخدام راتنج اللزوجة المنخفضة، وعلاج الراتنج وإزالة أخيرا الحبر. الهياكل المدعومة ذاتيا 3D مع هندستها وغيرها من العديد من طبقات (على سبيل المثال عدد قليل من مئات الطبقات) يمكن أن يبنى باستخدام هذا الأسلوب. ثم يتم تسلل الناتجة الشبكات ميكروفلويديك أنبوبي مع تعليق بالحرارة بمركب متناهي في الصغر تحتوي على المالئة النانومترية (مثل أنابيب الكربون النانوية واحد الجدران)، وبعد ذلك علاجه. ويتم ذلك من خلال تطبيق تسلل التدرج الضغط بين طرفي ن فارغةetwork (إما عن طريق تطبيق فراغ أو بمساعدة فراغ حقن مكروي). قبل تسلل، يتم إعدادها تعليق بمركب متناهي في الصغر عن طريق تشتيت المالئة النانومترية في المصفوفات البوليمر باستخدام ultrasonication وثلاثة لفة لخلط الأساليب. وnanocomposites و(أي المواد تسلل) وثم عزز تحت العلاج التعرض للأشعة فوق البنفسجية / الحرارة، مما أدى إلى هيكل المركبة عززت 3D. تقنية المعروضة هنا يمكن تصميم المنتجات العيانية بمركب متناهي في الصغر وظيفية لتطبيقات microengineering مثل المحركات وأجهزة الاستشعار.

الأرقام 8A 8B وتظهر صورة ممثل الحزم تصنيعها والصورة البصرية للفي المقطع العرضي، وتتألف من تسعة طبقات من خيوط بمركب متناهي في الصغر. أرقام 8C 8D وتظهر الصور النمطية ووزارة شؤون المرأة من تصنيعها الحزم سطح الكسر وصورة التكبير أعلى من قنوات شغل (أي microfibers بمركب متناهي في الصغر جزءا لا يتجزأ)، على التوالي. منذ وينظر debonding لا في جدار القنوات، فمن الانصاف ان نقول ان الايبوكسي المحيطة والمواد تسللت يتم الالتزام كذلك نتيجة التنظيف السليم من القنوات مع الهكسان بعد إزالة الحبر. ويبين الشكل 9 صورة بصرية ممثل شعاع كسر أثناء الاختبار الميكانيكي الذي لا يستخدم الهكسان أثناء إزالة الحبر. الألياف debonding، كما لوحظ نتيجة لسوء اجهة الميكانيكية التي قد تكون نتيجة لبقيت آثار الحبر الهارب بعد تنظيف الشبكة. ويبين الشكل (10) ومعامل التخزين، E &#39;، من مصبوب العينات الايبوكسي الأكبر (كمعايير) والحزم المقوى 3D. أظهرت النتائج الاتجاهات الفريدة للأشعة المصنعة التي هي مزيج من المواد المحيطة بها جزءا لا يتجزأ من والايبوكسي مع خصائص متفوقة مع وجود فقط ~ 0.18 بالوزن. تشارك المركز الوطني٪. ويبين الشكل (11) وثلاث نقاط الانحناء نتائج الاختبار من الحزم مركب تصنيعها باستخدام DMA. نتيجة لتشارك المركز الوطني لتحديد المواقع، ومعامل العاطفة من 3D عززت أظهرت أشعة بزيادة قدرها 34٪ مقارنة مع نقية تسلل الايبوكسي (الايبوكسي كله) الحزم. <img alt="الشكل 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" width="500" /> الشكل 1. تمثيل تخطيطي ل3D-Reinforced بمركب متناهي في الصغر المصنعة من قبل نهج microinfiltration. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" width="500" /> الشكل 2. تمثيل تخطيطي لتصنيع عوارض عززت 3D. (أ) خيوط الحبر ترسب مباشرة باستخدام الروبوت الاستغناء، (ب) ترسب من عدة طبقات فوق بعضها الآخر عن طريق زيادة فوهة صرفها في اتجاه زي، (ج ) ملء الفضاء المسام بين خيوط باستخدام راتنج اللزوجة المنخفضة، (د) اتخاذ الحبر من الشبكة من خلال تسييل لها، مما أدى إلى تلفيق من القنوات ميكروفلويديك. (ه) ملء الشبكة مع فارغةتعليق بمركب متناهي في الصغر تليها علاج، و (و) قطع الأجزاء الزائدة الايبوكسي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" width="500" /> الشكل 3. صورة لمرحلة ترسب الروبوتية تتألف من الروبوت الكمبيوتر التي تسيطر عليها، وهو جهاز صرفها، وكاميرا حية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" width="500" /> الشكل 4. وهناك عدد قليل من الصور المجهرية المصنعة من قبل عاصم مباشرة والكتابةبلاي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" width="500" /> الرقم 5. وجهة نظر متساوي القياس وصورة SEM شبكة فارغة ميكروفلويديك متصل 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" width="500" /> الرقم 6. بمركب متناهي في الصغر خلط الاستراتيجيات بما في ذلك أنابيب functionalization noncovalent، ultrasonication، و / أو ثلاثة لفة مطحنة الاختلاط الذي يؤدي إلى التفرق أنابيب مع نوعيات مختلفة (الصور البصرية من الأفلام بمركب متناهي في الصغر). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" width="500" /> الرقم 7. علاج بمركب متناهي في الصغر تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية من مصباح الأشعة فوق البنفسجية يليه آخر علاج في الفرن. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" width="500" /> الرقم 8 (أ) أنا sometric صورة شعاع عززت 3D، (ب) نموذجي شريحة من شعاع حقن بمركب متناهي في الصغر، (ج) كسر سطح شعاع SEM صورة، و( <stron<html> ز&gt; د) وجهة نظر عن قرب من (ج). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" width="500" /> الرقم 9. صورة سطح الكسر من البولي تسلل شعاع بمركب متناهي في الصغر. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a> <img alt="الرقم 10" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg" width="500" /> الرقم 10 الخواص الميكانيكية. تعتمد على درجة الحرارة (التخزين معامل) من إيبوكسى السائبة والحزم تصنيعها باستخدام محلل الميكانيكية الحيوية./ www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg &quot;الهدف =&quot; _blank &quot;&gt; اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر. <img alt="الرقم 11" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" width="500" /> الرقم 11. خصائص شبه ساكنة الميكانيكية (العاطفة) من إيبوكسى السائبة والحزم المصنعة (ثلاث نقاط اختبار الانحناء). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration at JoVE.com

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

هي ملفقة ثلاثي الأبعاد (3D) الحزم مركب microstructured من خلال تسلل وجهت والمترجمة من nanocomposites وإلى 3D شبكات ميكروفلويديك التي يسهل اختراقها. مرونة هذا الأسلوب التصنيع يمكن استخدام مواد مختلفة بالحرارة والمالئة النانومترية من أجل تحقيق مجموعة متنوعة من المنتجات 3D وظيفية بمركب متناهي في الصغر العيانية المسلحة.

تصنيع ثلاثة الأبعاد Microstructured nanocomposites وخلال ميكروفلويديك تسلل

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

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 ...

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

النقل من أنابيب الكربون النانوية المعدلة السطح من خلال عمود التربة

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

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

حدائق الكيميائية كما تدفق من خلال المفاعلات محاكاة الأنظمة الحرارية المائية الطبيعية

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment ...

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

إنتاج المختبر من الوقود الحيوي والمواد الكيميائية الحيوية من زيت بذور اللفت من خلال التحفيز تكسير التحويل

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

وصف الإلكترون النقل عبر الأغشية الحيوية الحية

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

From Molecules to Materials: Engineering New Ionic Liquid Crystals Through Halogen Bonding

من جزيئات المواد: هندسة البلورات السائلة الأيونية الجديدة من خلال الربط هالوجين

Herein, we demonstrate that a bottom-up approach, based on halogen bonding (XB), can be successfully applied for the design of a new type of ionic liquid ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

الغزل الجاف موائع جزيئية وتوصيف الألياف المجددة Fibroin الحرير

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

اختﻻق قطرات اللزوجة عالية باستخدام "جهاز الشعرية موائع جزيئية" مع "هيكل تدفق" المشارك عكس المرحلة

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

إعداد موائع جزيئية للمحركات الاستومر البلورية السائلة

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

التصنيع المضافة السلبية من مجمع على شكل الكربيدات البورون

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