تصنيع ثلاثة الأبعاد Microstructured nanocomposites وخلال ميكروفلويديك تسلل

الهدف العام من هذا الإجراء هو تصنيع حزم مركبة ثلاثية الأبعاد ذات هيكل دقيق من خلال التسلل الموجه والموضعي لمركبات النانو إلى شبكات الموائع الدقيقة المسامية ثلاثية الأبعاد. يتم تصنيع شبكات الموائع الدقيقة عن طريق ترسيب الحبر السائل طبقة تلو الأخرى. ثم يتم ملء الفراغات الفارغة بين الخيوط باستخدام راتنج منخفض اللزوجة ويتم معالجة الإيبوكسي المغلف.

ثم تتم إزالة الحبر الهارب من الهيكل عن طريق تسييل الحبر ، متبوعا بغسل القنوات بالماء الساخن والهين. بعد ذلك ، يتم اختراق شبكات الموائع الدقيقة الأنبوبية الناتجة عن طريق معلقات مركبة نانوية ذات إعداد حراري تحتوي على حشوات نانوية ويتم معالجتها لاحقا. الخطوة الأخيرة هي معالجة العارضة المصنعة وقطع الأجزاء الزائدة إلى الأبعاد المطلوبة.

في النهاية ، يتم استخدام العديد من تقنيات التوصيف المورفولوجي والميكانيكي لإظهار قدرة تقنية التصنيع لتصميم المنتجات العيانية النانوية المركبة الوظيفية. لقد عملنا لعدة سنوات حتى الآن على تطوير مواد متقدمة ، وتحديدا مركبات النانو القائمة على اللدائن الحرارية والخلايا الحرارية. نحن نحاول الآن دفع حدود طريقتنا من خلال البحث في نظام مواد جديد وأيضا طرق جديدة لتصنيع أجزاء ثلاثية الأبعاد معقدة.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل القولبة بالحقن ، هي أن تقنية PRIs تسمح بالتحكم الكافي في الاتجاه ثلاثي الأبعاد وتحديد موضع تقوية أنبوب النانو أثناء تصنيع المنتج للحصول على الظروف المثلى. تمتد تقنية التصنيع المرنة هذه نحو استخدام مواد الإعداد الحراري الأخرى وحشوات النانو. تشمل العديد من التطبيقات مراقبة الصحة الهيكلية ومنتجات امتصاص الاهتزاز والإلكترونيات الدقيقة لجعل الحبر الهارب يذوب والشمع الجريزوفولفين والفازلين فوق خلاط مغناطيسي على لوح ساخن عند 80 درجة مئوية عند صهره وخلطه ، قم بتحميل الحبر في برميل حقنة بسعة ثلاثة سم مكعب.

قم بتركيب فوهة التخلص من 150 ميكرومتر على المحقنة وقم بتركيب المحقنة على حامل الحقنة لروبوت التوزيع. استخدم برنامج Excel لتصميم المسار المتحرك لروبوت الاستغناء عن تصنيع هيكل السقالة ثلاثية الأبعاد المطلوب. يجب أن تتضمن هذه المعلومات الهيكل والأبعاد وتباعد الفتيل وعدد الطبقات وحالة التشغيل والإيقاف للتوزيع في كل موقع أثناء التصنيع.

في هذه الحالة ، يبلغ طول الأبعاد 60 ملم ، وعرضها 7.5 ملم ، وسماكة 1.7 ملم مع تباعد أفقي 0.25 ملم بين كل خيوط لقطر خيوط يبلغ حوالي 150 ميكرومتر. اضبط ضغط الترسيب على 1.9 ميجا باسكال على منظم الضغط واضبط سرعة توزيع الروبوت على 4.7 ملم في الثانية. بعد ذلك ، قم بتنشيط ترسيب الخيوط القائمة على الحبر على ركيزة إيبوكسي.

ينتج عن هذا نمط ثنائي الأبعاد ، وهو الطبقة الأولى من السقالة الصغيرة. استمر في إيداع طبقات إضافية من السقالة الدقيقة عن طريق زيادة موضع Z لفوهة الاستغناء على التوالي بمقدار يساوي قطر الفتيل. تستغرق كل طبقة حوالي أربع إلى خمس دقائق لصنع هياكل ذاتية الدعم يمكن بناؤها ببضع مئات من الطبقات بهذه الطريقة.

الخطوة التالية هي تحضير الإيبوكسي الذي سيتم استخدامه للتغليف. ابدأ بخلط الراتنج والمقسى ، ثم قم بإزالة خليط الايبوكسي تحت الفراغ لمدة 30 دقيقة. بعد التفريغ ، قم بتحميل الإيبوكسي في برميل حقنة بسعة ثلاثة سم مكعب عن طريق الضغط السلبي باستخدام موزع السوائل.

ثم ضع فوهة بمعرف 0.51 ملم في برميل المحقنة. ضع سقالة الحبر على منحدر للمساعدة في تدفق الراتنج. ثم باستخدام نفس موزع السوائل والفوهة المثبتة ، ضع قطرات من الإيبوكسي في الطرف العلوي من هيكل السقالة المنحدرة.

ثم يتدفق الإيبوكسي إلى الفراغات الفارغة بين الخيوط التي تحركها الجاذبية وقوى الشعيرات الدموية. استمر في وضع قطرات من الإيبوكسي فوق السقالة حتى تمتلئ الفراغ الفارغ بين خيوط السقالة تماما. دع الإيبوكسي المغلف يسبق التكديس في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة ثم ضع الهيكل في الفرن لمعالجة 60 درجة مئوية لمدة ساعتين.

بعد المعالجة ، استخدم منشارا دقيقا لقطع الأجزاء الزائدة من الإيبوكسي. ثم حفر حفرة قطرها حوالي ملليمتر واحد في كل طرف من طرفي الهيكل. للوصول إلى سقالة الحبر ، أدخل أنبوبا بلاستيكيا في كل ثقب.

الخطوة التالية هي إزالة الحبر الهارب من الهيكل. ابدأ بوضع العينات في فرن على حرارة 90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة لتسييل الحبر. بعد إخراج العينات من الفرن ، اغسل شبكة القناة عن طريق شفط الماء المقطر الساخن عبر الأنابيب البلاستيكية لمدة خمس دقائق.

ثم شفط الهكسان من خلال الأنابيب لمدة خمس دقائق أخرى لإزالة الآثار المتبقية للحبر من جدران القناة بعد إزالة الحبر. ما تبقى هو شبكة موائع دقيقة ثلاثية الأبعاد مترابطة ، والتي يمكن تخزينها في درجة حرارة الغرفة حتى الحاجة إليها. لتحضير مركبات النانو ، أضف 150 ملليغرام من أنابيب النانو الكربونية إلى محلول 0.1 ملليمولار من الزنك بروتو بورفيرين تائن السطحي الخافض للتوتر السطحي إما في الأسيتون أو ثنائي كلورو ميثان للحصول على تركيز نهائي لأنبوب النانو يبلغ 0.5 بالمائة من الوزن.

بعد ذلك ، صوتنة التعليق في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة. لتجميع DB مجاميع أنبوب النانو. امزج راتنجات الايبوكسي أو اليوريثان مع تعليق أنبوب النانو فوق صفيحة تسخين مغناطيسية عند درجة حرارة أقل بقليل من المذيب.

ثم يتم وضع درجة حرارة الغليان لمدة أربع ساعات خليط مركب النانو في الألتراس ، والشمس ، والحمام ، والصوتنة أثناء التسخين عند 40 إلى 50 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. بعد ذلك ، قم بتسخين مركب النانو عند 30 درجة مئوية لمدة 12 ساعة ثم قم بتسخينه تحت الفراغ عند 50 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لتبخر المذيب المتبقي. في اليوم التالي.

ضع جانبا جزءا من مركب النانو في درجة حرارة الغرفة لاستخدامه كمقارنة أساسية لكسر أي مجاميع أنابيب نانو كبيرة. اضبط سرعة لفة المئزر لخلاط ثلاثي الأسطوانات على 250 دورة في الدقيقة ، بدءا من فجوة 25 ميكرومتر بين اللفات بعد خليط مركب النانو المتبقي عبر اللفائف خمس مرات. ثم اضبط الفجوة بين اللفات على 10 ميكرومتر وقم بإجراء خمس تمريرات أخرى بعد التخفيض النهائي للفجوة إلى خمسة ميكرومترات ، قم بعمل 10 تمريرات إضافية لمركبات النانو قبل وبعد المرور عبر البكرات موضحة هنا.

بعد ذلك ، قم بإزالة الخليط النهائي على المكنسة الكهربائية لمدة 24 ساعة باستخدام مجفف لإزالة فقاعات الهواء المحتبسة أثناء الخلط. الخطوة التالية هي حقن مركب النانو في جهاز الموائع الدقيقة. بعد وضع مركبات النانو في موزع السوائل ، قم بتطبيق ضغط سلبي على موزع السوائل ، مما يؤدي إلى تحميل مركبات النانو في برميل حقنة بسعة ثلاثة سم مكعب.

قم بتوصيل فوهة دقيقة في برميل المحقنة وأدخل الفوهة في الأنابيب الموجودة في الموائع الدقيقة إلى الجهاز. ثم اضبط الضغط على موزع السوائل على 400 كيلو باسكال إذا لزم الأمر ، للمساعدة في ملء الشبكة. قم بتطبيق ضغط سلبي على جانب مخرج شبكة الموائع الدقيقة باستخدام موزع سائل آخر.

بمجرد تطبيق الضغط ، يتم ملء شبكة الموائع الدقيقة بواسطة نظام التعليق المركب النانوي ، الذي يدخل الشبكة من خلال الأنبوب البلاستيكي. بعد فترة وجيزة من الحقن ، تعرض الحزم المركبة المملوءة بمركب النانو لإضاءة الأشعة فوق البنفسجية لمدة 30 دقيقة للمعالجة المسبقة. ثم قم بمعالجة الحزم المصنعة في الفرن عند 80 درجة مئوية أو ساعة واحدة متبوعة ب 130 درجة مئوية لمدة ساعة أخرى.

بعد قطع أجزاء الإيبوكسي الزائدة باستخدام طلاء المنشار ، والحزم إلى الأبعاد المرغوبة ، يتم عرض صورة متساوية القياس لشعاع مقوى ثلاثي الأبعاد مصنع. يوضح هذا المقطع التسع طبقات من خيوط النانو المركبة. يوضح هذا الشكل صورة SEM لسطح كسر الحزمة المصنعة وصورة تكبير أعلى لإحدى القنوات المضمنة بألياف دقيقة مركبة نانوية.

نظرا لعدم رؤية الترابط عند جدار القناة ، يبدو أن الإيبوكسي المحيط والمواد المتسللة ملتصقة جيدا ، ويفترض أنه نتيجة للتنظيف السليم للقنوات بالهكسان بعد إزالة الحبر. على النقيض من ذلك ، تظهر هنا عوارض مكسورة أثناء الاختبار الميكانيكي حيث لم يتم استخدام الهكسان أثناء إزالة الحبر. لوحظ ربط الألياف نتيجة لواجهة ميكانيكية ضعيفة ، والتي قد تكون بسبب آثار الحبر الهاربة المتبقية بعد تنظيف الشبكة.

يتم عرض معامل التخزين لعينات الايبوكسي السائبة المصبوبة المستخدمة كمعايير ، والحزم المقواة ثلاثية الأبعاد هنا. تظهر الحزم المصنعة ، وهي مزيج من مواد الإيبوكسي المدمجة والمحيطة بها ، خصائص فائقة تعتمد على درجة الحرارة مع وجود حوالي 0.18 في المائة فقط من الأنابيب النانوية الكربونية. يظهر اختبار الانحناء ثلاثي النقاط أنه نتيجة لوضع الأنابيب النانوية الكربونية ، أظهر معامل المرونة للحزم المقواة ثلاثية الأبعاد زيادة بنسبة 34٪ مقارنة بالحزم المتسربة من الإيبوكسي النقي.

يتم عرض عينات الايبوكسي السائبة المصبوبة كمرجع. يمكن استخدام نهج الزخرفة هذا لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتراوح من الإلكترونيات الدقيقة المرنة إلى الهياكل الكلية ثلاثية الأبعاد غير المركبة. للميم.

نحن نعمل على دفع حدود هذه التقنية من خلال البحث في نظام جديد ومادي ، وكذلك التحقيق في طرق جديدة للبناء في 3D مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مركبات النانو القائمة على الحرارة والبلاستيك الحراري. شكرا.