Method Article

Microembossing: عملية ملائمة لتصنيع القنوات الدقيقة على الموائع الدقيقة القائمة على ورق النانو سليلوز

DOI:

10.3791/65965

⸱

October 6th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Advanced Technology, Xi’an Jiaotong - Liverpool University, 2Department of Electrical Engineering and Electronics, University of Liverpool, 3State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, 4School of Intelligent Manufacturing and Smart Transportation, Suzhou City University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا البروتوكول عملية مباشرة تستخدم قوالب بلاستيكية دقيقة مريحة لعمليات النقش الدقيقة البسيطة لتصنيع القنوات الدقيقة على ورق السليلوز النانوي ، مما يحقق عرضا لا يقل عن 200 ميكرومتر.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أثار الورق النانوي ، المشتق من السليلوز الليفي النانوي ، اهتماما كبيرا كمادة واعدة لتطبيقات الموائع الدقيقة. تكمن جاذبيتها في مجموعة من الصفات الممتازة ، بما في ذلك السطح الأملس بشكل استثنائي ، والشفافية البصرية المتميزة ، ومصفوفة الألياف النانوية الموحدة ذات المسامية النانوية ، والخصائص الكيميائية القابلة للتخصيص. على الرغم من النمو السريع للموائع الدقيقة القائمة على الورق النانوي ، فإن التقنيات الحالية المستخدمة لإنشاء قنوات دقيقة على الورق النانوي ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D أو الطلاء بالرش أو القطع والتجميع اليدوي ، والتي تعتبر ضرورية للتطبيقات العملية ، لا تزال تمتلك قيودا معينة ، لا سيما القابلية للتلوث. علاوة على ذلك ، تقتصر هذه الطرق على إنتاج قنوات بحجم المليمتر. تقدم هذه الدراسة عملية مباشرة تستخدم قوالب بلاستيكية دقيقة مريحة لعمليات النقش الدقيقة البسيطة لتصنيع القنوات الدقيقة على الورق النانوي ، وتحقيق عرض لا يقل عن 200 ميكرومتر. تتفوق القناة الدقيقة المطورة على الأساليب الحالية ، وتحقق تحسنا بمقدار أربعة أضعاف ، ويمكن تصنيعها في غضون 45 دقيقة. علاوة على ذلك ، تم تحسين معلمات التصنيع ، وتم توفير جدول مرجعي سريع مناسب لمطوري التطبيقات. تم إثبات إثبات المفهوم لخلاط رقائقي ، ومولد قطرات ، وأجهزة تحليلية وظيفية قائمة على الورق النانوي (NanoPADs) مصممة لاستشعار Rhodamine B باستخدام مطيافية Raman المحسنة السطحية. والجدير بالذكر أن NanoPADs أظهرت أداء استثنائيا مع حدود محسنة للكشف. يمكن أن تعزى هذه النتائج البارزة إلى الخصائص البصرية الفائقة للورق النانوي وطريقة النقش الدقيق التي تم تطويرها مؤخرا ، مما يتيح تكامل وضبط NanoPADs.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في الآونة الأخيرة ، ظهر ورق السليلوز النانوي (NFC) (nanopaper) كمادة ركيزة واعدة للغاية لمختلف التطبيقات مثل الإلكترونيات المرنة وأجهزة الطاقة والطبية الحيوية1،2،3،4. مشتق من النباتات الطبيعية ، الورق النانوي فعال من حيث التكلفة ، ومتوافق حيويا ، وقابل للتحلل البيولوجي ، مما يجعله بديلا جذابا لورق السليلوز التقليدي 5,6. تشمل خصائصه الاستثنائية سطحا أملسا للغاية مع خشونة سطح أقل من 25 نانومتر وهيكل مصفوفة السليلوز الكثيف ، مما يسمح بإنشاء هياكل نانوية عالية التنظيم7<....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. عملية النقش الدقيق لنقش القنوات الدقيقة على الورق النانوي

  1. إعداد القالب
    ملاحظة: ارجع إلى Yuan et al.12 للحصول على تفاصيل حول تحضير القالب.
    1. قم بإعداد فيلم PTFE كما هو موضح في جدول المواد.
    2. قم بقص فيلم PTFE المحضر بالليزر لعمل قالب محدب microchannel (الشكل 1A-I).
      ملاحظة: تحدد أبعاد قالب PTFE أبعاد القناة الدقيقة (الشكل 2E ، F) في علاقة دالة خطية من الدرجة الأولى.
  2. إعداد الورق النانوي
    1. قم بتفريق 4.0 جم من (2،2،6،6-رباعي ميثيل بيبيريدين-1-يل) أوكسيل (TEMPO) - هل....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم ابتكار طريقة فريدة لإنشاء أنماط microchannel على الورق النانوي باستخدام القوالب البلاستيكية الدقيقة العملية من خلال تقنية النقش الدقيق المريحة. والجدير بالذكر أن هذه الطريقة تحقق نمطا للقنوات الدقيقة على مقياس صغير يصل إلى 200 ميكرومتر ، وهو ما يمثل تحسنا بمقدار أربعة أضعاف مقارنة بالطرق الحالية32،33،34. بعد ضبط معلمات الزخرفة ، تظهر الإرشادات المقدمة قابلية تكرار ممتازة في عملية التصنيع ، والتي تتميز بالحد الأدنى من الانحراف.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ينصب التركيز الأساسي لهذه الدراسة على تطوير طريقة بسيطة لتصنيع القنوات الدقيقة على الورق النانوي. تم ابتكار تقنية نقش فعالة باستخدام PTFE كقالب لمواجهة هذا التحدي12. من خلال تحسين درجة الحرارة وضغط النقش ، تم إجراء سلسلة من التجارب لإنشاء عملية تصنيع موثوقة ل NanoPADs. بالإضافة إلى ذلك ، تم إثبات استخدام جدول مرجعي سريع لضبط تطبيقات NanoPADs في مجالات مختلفة. على الرغم من أن هذه الطريقة فعالة ومستقرة ، فقد تمت مواجهة بعض التحديات. في البداية ، تم استخدام المعادن كقوالب بسبب نعومتها ، ولكن نشأت صعو.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقر المؤلفون بالدعم المالي من برامج مؤسسة العلوم الطبيعية للتعليم العالي في جيانغسو (22KJB460033) ، وبرنامج جيانغسو للعلوم والتكنولوجيا - الباحث الشاب (BK20200251). كما يتم دعم هذا العمل جزئيا من قبل مركز أبحاث جامعة XJTLU الذكاء الاصطناعي ، ومركز البحوث الهندسية بمقاطعة جيانغسو لعلوم البيانات والحساب المعرفي في XJTLU ومنصة الابتكار الذكاء الاصطناعي SIP (YZCXPT2022103). كما تم الاعتراف بالدعم المقدم من مختبر State Key لهندسة أنظمة التصنيع عبر المشروع المفتوح (SKLMS2023019) والمختبر الرئيسي للهندسة الإلكترونية ، وزارة التربية والتعليم.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AgNO3 Hushi (شنغهاي ، الصين)7761-88-8>99٪
الإيثانولHushi (شنغهاي ، الصين)64-17-5>99٪
HexadecaneMacklin (شنغهاي ، الصين)544-76-3>99٪
برنامج LabSpecHoriba (اليابان)LabSpec5
MelamineMacklin (شنغهاي ، الصين)108-78-1>99٪
NaBH4علاء الدين (شنغهاي ، الصين)16940-66-2>99٪
برنامج مختبر OriginLab (الولايات المتحدة الأمريكية)
البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) صناعات مايرز (أكرون ، الولايات المتحدة الأمريكية)
أفلام البولي تترافلورو إيثيلينشنتشن Huashenglong المواد البلاستيكية المحدودة (شنتشن ، الصين)فيلم تفلون
PVDF غشاء مرشحEMD Millipore Corporation (الولايات المتحدة الأمريكية)VVLP04700حجم المسام: 0.1 مو ؛ م
مطياف رامانهوريبا (اليابان)Xplo RA
Rhodamine BMacklin (شنغهاي ، الصين)81-88-9>95٪
الفحص المجهري الإلكتروني (SEM) FEI(الولايات المتحدة الأمريكية)Scios 2 رقاقة
Horiba (اليابان)القطر: 5 مم
ملاط NFC مؤكسد تيمبو، جامعة تيانجين للعلوم والتكنولوجيا1.0٪ بالوزن ، مستوى الكربوكسيل 2.0 مليمول / جم صلب ، متوسط قطر الألياف النانوية: 10 نانومتر
السيليكون HiVac

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zhu, H., Fang, Z., Preston, C., Li, Y., Hu, L. Transparent paper: fabrications, properties, and device applications. Energy & Environmental Science. 7 (1), 269-287 (2013).
  2. Nogi, M., Iwamoto, S., Nakagaito, A. N., Yano, H. Optically transparent nanofiber paper. Advanced Ma....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Nanocellulose PaperMicroembossing ProcessMicrofluidic DevicesMicrochannel FabricationNanopaper MicrofluidicsSurface Enhanced RamanMicrochannel PatterningPTFE MoldLaminar MixerDroplet Generator

Related Articles