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

Författarna erkänner ekonomiskt stöd från FQRNT (Le Fonds Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies). Författarna vill tacka konsultstöd av Prof. Martin Levesque, Prof. Min Ali El Khakani och Dr Brahim Aissa.

1. Tillverkning av 3D Microfluidic Networks <ol><li> Smält flyende bläck vid 80 ° C och ladda in den i en 3 ml spruta. OBS: De flyktiga bläcket är en binär blandning av en mikrokristallin vax och vaselin med en vikt andel 40:60. </li><li> Välj en avsättningsmunstycket beroende på den önskade filamentdiameter (t.ex. inre diameter (ID) = 150 ^ m). </li><li> Montera munstycket på sprutbehållaren som innehåller bläcket materialet och montera den på sprutan innehavaren av dispenseringsrobot. </li><li> Använd ett Excel-program för att utforma den rörliga banan av dispenseroboten för tillverkning av den önskade 3D scaffold struktur. Anm: De övergripande mått bläcket strukturen 3D och trådar &quot;mellanrum i ett givet skikt kan enkelt programmeras, i det här fallet, måtten är 60 mm lång, 7,5 mm bred och 1,7 mm i tjocklek med 0,25 mm horisontella avståndet mellan varje filament. </li><li&gt; Ställ nedfall trycket på tryckregulator och robotdoseringshastighet. OBS: De flyktiga bläck tråddiameter varierar beroende på munstyckets diameter, nedfall tryck, bläck viskositet och doseringshastighet. Här är glödtrådens diameter ~ 150 | am för en avsättningshastighet av 4,7 mm / sek vid en strängsprutningstryck av 1,9 MPa. </li><li> Börja tillverkningen av microscaffold genom avsättning av bläckbaserade filament på ett epoxi-substrat, vilket leder till en 2D-mönster (figur 2a). </li><li> Deponera den efterföljande skikt genom successiv inkrementering av z-positionen hos dispenseringsmunstycket med ett belopp som är lika med diametern hos filamenten (figur 2b). OBS: självbärande 3D-strukturer med andra geometrier och många lager (t.ex. några hundra lager) kunde byggas. </li><li> Blanda de två delarna av epoxi (dvs. harts och härdare) som används för inkapsling och avgasa epoxy blandning under vakuum i en definierad tid (här, 0,15 bar i 30 min) för att ta bort bubblorna instängda under blandning av epoxi komponenterna. Anm: Avgasningstiden kan variera med gelningstiden av epoxi-blandningen. För en annan epoxi-system kan den erforderliga avgasningstiden vara kortare eller längre. </li><li> Fyll på epoxihartset i en 3 ml sprutcylinder med hjälp av en vätskedispenser genom att applicera ett negativt tryck och därefter montera ett fint munstycke (t.ex. ID = 0,51 mm) i sprutcylindern. </li><li> Place droppar av epoxi över den lutande ställningen struktur vid sin övre ände med hjälp av samma vätskedispenser och monterade munstycket för att minimera risken för att bubbla svällning under epoxy inkapsling. Obs: epoxy flyter sedan in i de tomma utrymmena mellan filament, som drivs av gravitation och kapillärkrafter. </li><li> Fortsätt att placera droppar av epoxi över ställningen tills det tomma utrymmet mellan ställnings trådarna är helt fylld. </li><li> Låt inkapslings epoxy-härdning vid rumstemperatur i 24 h och sedan sätta strukturen i en ugn för efterhärdning vid 60 ° C (fig 2c). OBS: Ett annat botemedel schema kan tillämpas för ett annat epoxi-system. </li><li> Skär de överskjutande delarna av epoxi med hjälp av en precisionssågen efter fullständig härdning. </li><li> Borra två hål vid båda ändarna av struktur och sätt in två plaströr. </li><li> Ta bort den flyende bläck från strukturen enligt följande: <ol><li> Placera proverna i en ugn vid 90 ° C under 30 min för bläck förvätskning (figur 2d). </li><li> Kort efter att ha tagit proven ut ur ugnen, tvätta kanalnätverket med insug hett destillerat vatten genom rören kopplade till de öppna kanalerna för 5 min följt av hexan för en annan 5 min. OBS: Bläcket bort ger ett sammanlänkat 3D mikroflödes nätverk (Figur 5). Post-rengöring av nät som använder hexan utförs i syfte att avlägsna det möjble kvarvarande spår av bläcket från kanalväggarna. </li></ol></li></ol> 2. Nanokomposit Framställning Anm: De nanokompositer bereds genom att blanda en dubbel bot (UV / värme botas) värmehärdande harts, antingen ett epoxiharts eller en uretan-harts och nanofillers (här, enkel vägg kolnanorör) vid olika belastningar. <ol><li> Lägg till den önskade mängden av nanorör till en lösning av 0,1 mM av ett ytaktivt medel (zink-protoporfyrin IX) antingen i aceton eller diklormetan 14 (figur 6). Anmärkning: Här, var 150 mg av CNTs sattes till lösningen (~ 50 ml) för att framställa en nanokomposit med en slutlig nanorör koncentration av 0,5 vikt-%. Det bör även nämnas att användningen av hög koktemperatur lösningsmedel såsom DMF bör undvikas på grund av eventuell värmehärdningen av UV-epoxi används i denna studie vid temperaturer över 60 ° C under lösningsmedlets avdunstning. </li><li> Sonikera suspension i ett ultraljudsbad i 30 min för att debundle nanotube aggregat (Figur 6). Obs: Ytterligare insatser såsom filtrering eller ultracentrifugering av nanorör lösningen bör göras för att undanröja de kvarvarande stora kluster före blandning med hartset. </li><li> Blanda hartset (antingen epoxi eller uretan) med nanorör suspensionen under en magnetisk omrörning värmeplatta vid en temperatur strax under lösningsmedlets koktemperatur (t.ex. 50 ° C i acetonlösning) under 4 timmar. </li><li> Placera nanokompositblandning i ultrasonication badet och samtidigt applicera ultraljudsbehandling och uppvärmning (40-50 ° C) under 1 timme (fig. 6). </li><li> Låt det resterande lösningsmedlet avdunsta genom uppvärmning av nanokomposit vid 30 ° C under 12 h och sedan vid 50 ° C under 24 h under vakuum (~ 0,1 bar). </li><li> Shear blanda nanokompositmaterial genom att passera dem genom ett litet gap mellan valsarna i en tre-valskvarn mixer i order att bryta stora nanorör aggregat (Figur 6). Behåll en del av nanokomposit före tre-rulle blandning för baslinje jämförelse. </li><li> Ställ in de tre-rulle blandningsparametrar (dvs. luckor och roterande hastighet). Anmärkning: Här används en konstant hastighet av 250 varv per minut användes för förklädet valsen. Emellertid är gapen mellan rullarna minskas i tre steg bearbetning enligt följande: 5 passager vid 25 | im, 5 passager vid 10 ^ m och 10 passager vid 5 ^ m, respektive. </li><li> Lufta den slutliga blandningen under vakuum av ~ 0,1 bar för 24 timmar med hjälp av en torkapparat för att ta bort luftbubblor fångade under blandningen. </li></ol> 3. Nanokomposit Infiltration (Injection) <ol><li> Ladda nanokompositer, som upprättats i avsnitt 2, i en 3 ml sprutcylinder med hjälp av flytande dispenser genom att applicera ett negativt tryck. </li><li> Sätt i ett fint munstycke (t.ex. ID = 0,51 mm) som passar in i plaströren är anslutna till de öppnade kanaler (samma rör som användsför färgborttagning) och montera den i sprutcylindern som innehåller nanokomposit material. </li><li> Ställ in det önskade trycket (dvs. positivt tryck) på tryckbehållaren. Notera: Här är nanokomposit insprutningstryck satt till 400 kPa. Obs: Ett vakuum (dvs negativt tryck) kan tillämpas på den andra änden (dvs. utloppssida) för att hjälpa nätverket fyllning. När tryck appliceras, mikroflödesnätet, byggd i protokoll nr 1, är fyllt av nanokomposit fjädring, som kommer in i nätverket via plaströr. </li><li> Kort efter injektion, exponera nanokomposit fyllda kompositbalkar för UV-belysning av en UV-lampa under 30 minuter för förhärdning. OBS: Denna förhärdning operation är tänkt att minska effekten av Brownsk rörelse på cnts möjliga orientering. Det minskar också värmeinducerad krympning (Figur 7) </li><li> Efter bota de tillverkade balkar i ugnenvid, i fallet med UV-epoxi, 80 ° C under en timme följt av 130 ° C under ytterligare 1 h (figur 7). </li><li> Skär skjutande epoxi delar med hjälp av en såg och sedan polera balkarna till önskade mått (här, ~ 60 mm i längd, ~ 6,8 mm i bredd, och ~ 1,6 mm i tjocklek på balkarna tillverkades för enkel mekanisk karakterisering). </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>

Inga intressekonflikter deklareras.

Det experimentella förfarandet som presenteras här är ett nytt och flexibelt tillverkningsförfarande i syfte att skräddarsy mekaniska prestanda av polymerbaserade material för materialkonstruktionsändamål. Med denna metod kan önskade egenskaper uppnås bygger på korrekt val av komponenter (dvs. infiltrerade material och huvud matris) samt konstruera och tillverka de kompositstrukturer. För det första möjliggör den teknik för tillverkning av ett enda material, som består av olika härdbara polymerer, som representerar en unik temperaturberoende funktion som är annorlunda än de för de komponenter bulks 15. En annan fördel med föreliggande teknik framför andra nanokomposittillverkningstekniker genom vilken nanofillers är likformigt fördelade genom hela matrisen är förmågan att rumsligt placera förstärkningarna vid önskade platser i dessa 3D förstärkta kompositbalkar. På grund av denna positionering, en lägre mängd av eventuellt dyra nanobehövs fyllmedel för att erhålla en specifik mekanisk prestanda 13. Eftersom förstärkningsmönstret lyder den ursprungliga direktskrivande av färgställning, är trådarna &quot;mellanrum i ett givet skikt begränsas till cirka tio gånger bläck trådar diameter på grund av de viskoelastiska egenskaperna hos den flyende bläck. Å andra sidan kan ett litet avstånd begränsa flödet av flytande epoxid under epoxi inkapslingssteget. Dessutom bör bläcket filamentets diameter vara tillräckligt stor (t.ex. över 50 ^ m) för att underlätta tillverkning (t ex strängsprutning av högviskös tryckfärg) och efterföljande tillverkningssteg såsom nanokomposit infiltration i mikroflödesnätverk. En annan potentiell av föreliggande förfarande kan vara förmågan att rikta in de enskilda CNTs eller andra nanofillers i flödesriktningen under skjuvning flöde 16 av nanokomposit infiltrering vid högre hastigheter / tryck, om nanofillers är väl-Dispergeras i under nanokompositblandningsprocessen. Däremot kan en hög grad av anpassning endast uppnås vid mycket höga infiltrationstryck (på grund av liten kanal diameter), som kan orsaka luftfickor i nät under infiltrationen. Representativa optiska bilder i Figur 6 visar de nanokompositer utarbetats av förfarandet blandning presenteras i protokoll 2 (två bilder längst ner i figuren). De observerade mörka fläckar tros vara nanotube aggregat. För ultraljudnanokomposit, de mikronstora aggregat med en diameter av upp till ca 7 | im är närvarande, medan en drastisk förändring av storleken av aggregaten (med ett genomsnitt på ~ 1 | im) observeras under skjuvningen blandad nanokomposit. Eftersom nanofillern dispersionen påverkar de mekaniska och elektriska egenskaperna hos de tillverkade 3D nanokomposit balkar, bör en förbättrad dispersion uppnås att ta full fördel av 3D-positioneringen av nanofillers med användning av föreliggande tillverkningsteknik. Därför behövs ytterligare en studie för att systematiskt undersöka spridningstillstånd nanorör och användningen av andra nanofillers, vilka lättare kan dispergeras i den epoximatris. Den nuvarande tillverkningstekniken kan möjliggöra utformningen av funktionella 3D nanokompositprodukter för mikroteknik ansökan 17. Tekniken är inte begränsad till de material som används i denna studie. Därför skulle tillämpningen av denna teknik utökas genom utnyttjande av andra värmehärdande material och nanofillers. Bland flera program, kan strukturella hälsoövervakning, vibrationsabsorberande produkter och mikroelektronik nämnas.

Polymera nanokompositer med hjälp av nanomaterial, särskilt kolnanorör (cnts) införlivas i polymera matriser har multifunktionella egenskaper en för potentiella applikationer såsom strukturella kompositer 2, mikroelektromekaniska system 3 (t.ex. mikrosensorer) och smarta polymerer 4. Flera processteg inklusive CNT behandling och nanokomposit blandningsmetoder kan krävas för att önskvärt skingra cnts i matrisen. Eftersom cnts &quot;bildförhållande, deras spridning stat och ytbehandling främst påverka den elektriska och mekaniska prestanda, kan förfarandet för nanokomposit behandlingen varierar beroende på önskade egenskaper för en riktad ansökan 5. Dessutom för specifika lastförhållanden, anpassa CNTs längs en önskad riktning och även positionerar förstärkningarna vid önskade platser möjliggöra ytterligare förbättringar av de mekaniska och / eller elektriska egenskaperna hos dessa nanocomposites. Några tekniker såsom skjuvflöde 6-7 och elektromagnetiska fält 8 har använts för att rikta in de cnts längs en ​​önskad riktning i en polymermatris. Dessutom CNT orientering inducerad av dimensionell begränsande, särskilt i en dimension (1D) och tvådimensionell (2D), har observerats under behandling / formning av nanokomposit material 9-11. Dock behövs fortfarande nya framsteg på tillverkningsprocesserna för att ge tillräcklig kontroll av tredimensionella (3D) orientering och / eller placering av nanorör förstärkning under tillverkningen av en produkt för optimala förhållanden. I detta papper presenterar vi ett protokoll för att tillverka 3D-förstärkt samverkansbalkar via riktade och lokal infiltration av en 3D mikroflödes nätverk med polymer nanokomposit upphängningar (Figur 1). Först, framställning av en 3D hopkopplade mikroflödesnätverk visas, vilket innebär att direktskriv tillverkning av de flyktiga bläck trådar 12-13 på epoxy substrat (figur 2a och 2b), följt av epoxy inkapsling (Figur 2c) och offer bläck borttagning (figur 2d). Den direktskrivmetod består av en datorstyrd robot som rör sig en fluiddispenser längs x-, y-och z-axlarna (Figur 3). Denna teknik ger ett snabbt och flexibelt sätt att tillverka 3D microdevices för fotoniska, MEMS och biotekniska tillämpningar (Figur 4). Sedan är det nanokomposit beredningen visade, tillsammans med sin infiltration (eller injektion) i det porösa nätverket under olika kontrollerade och konstant tryck att tillverka 3D-förstärkta multiskal kompositer (figur 2e och 2f). Slutligen några representativa resultat tillsammans med deras potentiella tillämpningar visas.

<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

Mikrosamverkansbalkar förstärkta med komplext tredimensionellt (3D) mönstrade nanokomposit microfilaments tillverkas via nanokomposit infiltration av 3D sammankopplade mikroflödesnätverk. Tillverkningen av de förstärkta bjälkar börjar med tillverkningen av mikroflödesnätverk, som innebär att lager-för-lager nedfall av flyktiga bläckfilament med användning av en dispenseringsrobot, fylla det tomma utrymmet mellan filamenten med hjälp av ett harts med låg viskositet, härdning av hartset och slutligen avlägsnande av bläck. Självbärande 3D-strukturer med andra geometrier och många lager (t.ex. några hundra skikt) kan byggas med hjälp av denna metod. De resulterande rörformiga mikroflödes nätverk sedan infiltrerade med härdnanokomposit suspensioner innehållande nanofillers (t.ex. kolnanorör enkel vägg), och därefter härdas. Infiltreringen sker genom applicering av en tryckgradient mellan två ändar av tom network (antingen genom att tillämpa vakuum eller vakuum-assisterad mikroinjektion). Före infiltrationen, är nanokomposit suspensioner framställes genom dispergering nanofillers i polymermatriser med användning ultrasonication och tre-vals blandningsmetoder. De nanokompositer (dvs. material infiltrerat) sedan stelnar under UV-exponering / värmehärdning, vilket resulterar i en 3D-förstärkt kompositstruktur. Tekniken presenteras här möjliggör design av funktionella nanokomposit makroskopiska produkter för mikroteknik applikationer såsom ställdon och givare.

Figurerna 8a och 8b visar en representativ bild av tillverkade balkar och en optisk bild av dess tvärsnitt, som består av nio lager av nanokomposit trådar. Figurerna 8c och 8d visar typiska SEM-bilder av en tillverkad balkar brottyta och en högre förstoring bild av fyllda kanaler (dvs. inbäddade nanokomposit mikrofibrer), respektive. Eftersom ingen debonding ses på kanalerna väggen, är det rimligt att säga att den omgivande epoxi och de infiltrerade material är väl anslutit sig till följd av ordentlig rengöring av kanalerna med hexan efter färgborttagning. Figur 9 visar en representativ optisk bild av en stråle bryts under mekanisk provning där hexan inte används under färgborttagning. Fiberavbindning, som ett resultat av dålig mekanisk gränssnitt observeras vilket kan bero på attflyktiga bläck spår kvar efter nätverks rengöring. Fig. 10 visar lagringsmodulen, E &#39;, av de formade bulk epoxi prover (som riktmärken) och 3D förstärkta balkar. Resultaten visar unika trender för de tillverkade balkar som är en kombination av den inbäddade och omgivande epoxi material med överlägsna egenskaper med närvaron av endast ~ 0,18 vikt. % cnts. Figur 11 visar de tre-punktsbocktestresultat av de tillverkade samverkansbalkar med en DMA. Som ett resultat av cnts positionering, böjmodul av 3D förstärkta balkar visade en ökning på 34% jämfört med den rena epoxi-infiltrerade (hela epoxi) balkar. <img alt="Figur 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" width="500" /> Figur 1. Schematisk bild av en 3D-reinforced nanokomposit som tillverkas av microinfiltration strategi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" width="500" /> Figur 2. Schematisk representation av framställningen av 3D-armerade balkar. (A) Bläck filamentet direkt avsättning med användning av en dispenseringsrobot, (b) Avsättning av flera skikt ovanpå varandra genom att öka dispenseringsmunstycket i z-riktningen, (c ) Fyllnings porutrymmet mellan filamenten med hjälp av ett harts med låg viskositet, (d) Med det bläck ur nätverket genom dess kondensering, vilket resulterar i tillverkningen av mikrofabricerade kanaler. (E) Att fylla den tomma nät mednanokomposit fjädring följt av härdning, och (f) Skär överskottet epoxi delar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" width="500" /> Figur 3. Ett foto av robot nedfallet scenen består av en datorstyrd robot, en doseringsapparat, och en live-kamera. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" width="500" /> Figur 4. Några bilder av mikrostrukturer tillverkade av den direkt-skriva monteligt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" width="500" /> Figur 5. En isometrisk vy och en SEM-bild av 3D-ansluten mikroflödes tomma nät. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" width="500" /> Figur 6. Nanokomposit blandningsstrategier inklusive nanotube icke-kovalent funktionalisering, ultraljudsbehandling, och / eller trevalskvarn blandning som leder till nanorör dispersioner med olika egenskaper (optiska bilder av nanokomposit filmer). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" width="500" /> Figur 7. Nanokomposit härdning under UV-belysning av en UV-lampa, följt av efterhärdning i ugnen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" width="500" /> Figur 8. (A) Jag sometric bild av en 3D-förstärkt balk, (b) Typiska tvärsnitt av en nanokomposit-injicerade balk, (c) En balk yta fraktur SEM-bild, och ( <stron<html> g&gt; d) En närbild av (c). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" width="500" /> Figur 9. Fraktur yta bild av en polyuretan nanokomposit-infiltrerade balk. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</a> <img alt="Figur 10" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg" width="500" /> Figur 10. Temperaturberoende mekaniska egenskaper (lagringsmodul) för bulk epoxi och de tillverkade balkar med hjälp av en dynamisk mekanisk analysator./ Www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Klicka här för att visa en större bild. <img alt="Figur 11" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" width="500" /> Figur 11. Kvasistatiska mekaniska egenskaper (böj) för bulk epoxi och de tillverkade balkar (trepunkts böjprov). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" target="_blank">Klicka här för att visa en större bild.</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

Tredimensionella (3D) mikrostrukturerade kompositbalkar tillverkas genom riktade och lokal infiltration av nanokompositer i 3D porösa mikroflödesnätverk. Flexibiliteten i denna tillverkningsmetod möjliggör utnyttjandet av olika värmehärdande material och nanofillers i syfte att uppnå en mängd olika funktionella 3D förstärkta nanokomposit makroskopiska produkter.

Tillverkning av tredimensionellt mikro Nanokompositer genom Microfluidic Infiltration

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

Transport av Ytmodifierade kolnanorör via ett mark Kolumn

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

Kemiska Gardens som Flow-through Reaktorer likna den naturliga Hydrotermala Systems

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

Laboratorium produktionen av biobränslen och biokemikalier från en rapsolja genom katalytisk krackning Conversion

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil ...

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Karaktärisera elektrontransport genom levande biofilmer

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

Från molekyler till material: iscensätta nya Joniska flytande kristaller genom Halogen Bonding

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

Mikroflödessystem torr-spinning och karakterisering av regenererad Silk Fibroin fibrer

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

Fabricera High-viscosity droppar använder mikroflödessystem kapillär enhet med fas-inversion samtidig flöde struktur

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

Mikroflödessystem beredning av flytande kristallin Elastomer ställdon

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

Negativa additiv tillverkning av komplexa formade Boron karbider

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