Name: 미세 유체 침투를 통해 세 가지 차원 미세 구조 나노 복합 재료의 제조 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-12T23:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 24 s
Description: 학습하세요 미세 유체 침투를 통한 3차원 미세 구조 나노 복합 재료 제조 방법입니다. 다양한 열경화성 재료와 나노 충전재를 활용하여 기능성 거시 제품을 제작할 수 있습니다.

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저자는 FQRNT (르 퐁 퀘백 드 라 공들인 쉬르 라 자연 등 레 기술)에서 재정 지원을 인정합니다. 저자는 교수 마틴 레베 교수 내 알리 엘 Khakani 박사 브라 힘 아 이사의 컨설팅 지원을 감사드립니다.

1. 3 차원 미세 유체 네트워크의 제작 <ol><li> 80 ° C에서 도망자 잉크를 녹여 3 ML의 주사기 배럴에로드합니다. 주 : 비산 잉크는 미세 결정질 왁스의 이진 혼합물 40:60의 중량비와 바셀린이다. </li><li> 원하는 섬유 직경 (예 : 내부 직경 (ID) = 150 μm의)에 따라 증착 노즐을 선택합니다. </li><li> 잉크 재료를 함유 시린지 외통에 노즐을 설치하고 분배 로봇의 주사기 홀더에 마운트. </li><li> 원하는 3D 골격 구조의 제작에 분배 로봇의 이동 경로를 설계하는 엑셀 프로그램을 사용하십시오. 주 : 3D 잉크 구조 및 관련 층의 필라멘트 &#39;간격의 전체 치수는 쉽게 프로그래밍 될 수 있으며,이 경우에는 사이즈 60mm 폭 7.5 mm, 0.25 mm 가로 간격과 두께가 1.7 mm가 길이 아르 각 필라멘트 사이. </li><l난&gt; 압력 조정기 및 로봇 분배 속도에 증착 압력을 설정한다. 주 : 비산 잉크 필라멘트 직경은 노즐 직경, 증착 압력, 잉크 점도 및 분배 속도에 따라 변화한다. 여기서, 섬유 직경은 1.9 MPa로 압출 압력에서 4.7 mm / sec의 증착 속도를 ~ 150 μM이다. </li><li> 2 차원 패턴 (그림 2a)에 이르게 에폭시 기판에 잉크 기반의 필라멘트의 증착과 microscaffold의 제조를 시작합니다. </li><li> 연속 필라멘트의 직경과 동일한 양만큼 분배 노즐의 Z-위치를 증가시켜 후속 층을 증착 (도 2B). 참고 : 다른 형상과 여러 층 (예를 들어, 수백 층) 구축 할 수있는 자체 지원하는 3 차원 구조를. </li><li> 에폭시의 두 부분 (즉, 수지와 경화제) 캡슐화에 사용 및 EP를 탈기 믹스에폭시 성분의 혼합시의 기포를 제거하기 위해 정의 된 (여기에서, 30 분 동안 0.15 바)의 시간 동안 진공 하에서 옥시 혼합물. 참고 : 탈기 시간은 에폭시 혼합물의 겔 시간이 다를 수 있습니다. 다른 에폭시 시스템의 경우, 필요한 탈 시간이 짧거나 길어질 수 있습니다. </li><li> 부압을인가함으로써 유체 분배기를 사용하여 3 ㎖ 주사기 배럴에 에폭시 수지를로드 한 다음, 주사기 배럴로 미세 노즐 (예를 들면 ID = 0.51 mm)를 탑재. </li><li> 장소는 동일 유체 분배기를 사용하여 그 상단부에 경사 골격 구조 위에 에폭시 방울 및 에폭시 캡슐화 동안 버블 트래핑의 위험을 최소화하기 위해 노즐을 장착. 참고 : 에폭시 다음 중력과 모세관 힘에 의해 구동 필라멘트 사이의 빈 공간으로 흐른다. </li><li> 발판 필라멘트 사이의 빈 공간이 완전히 채워질 때까지 발판 위에 에폭시 방울을 배치 계속합니다. </li><li> 캡슐화 EPO에게하자다음 XY 24 시간 동안 실온에서 프리큐어과는 60 ° C (그림 2C)에서 후 경화 오븐에서 구조를했습니다. 참고 : 다른 치료 일정이 다른 에폭시 시스템에 적용 할 수있다. </li><li> 완전 경화 후 정밀 톱을 사용하는 에폭시의 초과 부분을 잘라냅니다. </li><li> 구조의 두 끝에서 두 개의 구멍을 뚫고 두 개의 플라스틱 튜브를 삽입합니다. </li><li> 다음과 같은 구조에서 도망자 잉크를 제거 <ol><li> 잉크 액화 (그림 2D)에 대해 30 분 동안 90 ° C의 오븐에서 샘플을 넣어. </li><li> 바로 오븐에서 샘플을 채취 한 후, 또 다른 5 분 헥산 다음 5 분 동안 열린 채널에 연결된 튜브를 통해 뜨거운 증류수의 흡입과 채널 네트워크를 씻어. 참고 : 잉크 제거 (그림 5) 상호 연결된 3 차원 미세 유체 네트워크를 얻을 수 있습니다. 헥산을 사용하여 네트워크의 후 세정은 말일을 제거하기 위해 수행된다채널 벽에서 잉크의 상상력 흔적이 남지. </li></ol></li></ol> 2. 나노 복합체의 제조 참고 : 나노 복합물은 다른 하중에서 이중 경화 (자외선 / 열 경화성) 열경화성 수지, 에폭시 수지 있거나, 우레탄계 수지 및 nanofillers (여기서, 단층 카본 나노 튜브)를 배합하여 제조된다. <ol><li> 계면 활성제 (아연 프로토 포르피린 IX) 중 하나를 아세톤, 디클로로 메탄 (14) (그림 6)의 0.1 ㎜의 용액에 나노 튜브의 원하는 금액을 추가합니다. 주 : 여기에서, 탄소 나노 튜브의 150 ㎎을 0.5 중량 %의 최종 농도의 나노 튜브와 나노 복합체를 제조하기 위해 용액 (~ 50 ㎖)에 첨가 하였다. 또한 DMF와 같은 고 비등점 용매의 사용으로 인해 용매를 증발 동안 60 ° C 이상의 온도에서 본 연구에 사용 된 UV-에폭시 가능한 열 경화 ​​피해야한다는 것을 언급한다. </li><li> SU에게 초음파 처리나노 튜브 응집체 (그림 6) debundle하는 30 분 동안 초음파 목욕 spension. 주의 : 이러한 나노 튜브 용액을 여과 또는 원심 분리 등의 추가의 노력이 수지와 혼합하기 전에 남은 큰 클러스터를 제거하여야한다. </li><li> 약간 4 시간 동안 용매 끓는 온도 (아세톤 용액에 대한 예를 들어 50 ℃) 이하의 온도에서 자기 교반 뜨거운 접시 위에 나노 튜브 현탁액 수지 (에폭시, 우레탄 중 하나)을 혼합. </li><li> 초음파 욕조에 나노 복합 혼합물을 놓고 동시에 1 시간 동안 초음파와 가열 (40 ~ 50 ℃) (그림 6)를 적용한다. </li><li> 진공 상태에서 24 시간 (~ 0.1 바)에 12 시간 동안 30 ° C에서 나노 복합체를 가열 한 후 50 ° C에 의해 잔류 용매의 증발을 보자. </li><li> ORDE의 3 - 롤 밀 믹서의 롤 사이에 작은 틈을 통과하여 나노 복합 재료를 혼합 전단(그림 6) 큰 나노 튜브 응집체를 중단하려면 r. 이전 기준 비교를 위해 혼합 세 롤에 나노 복합체의 일부를 유지합니다. </li><li> 세 롤 혼합 매개 변수 (즉, 간격 및 회전 속도)를 설정합니다. 참고 : 여기에, 250 rpm의 일정한 속도는 에이프런 롤에 사용됩니다. 각각 25 μm의 5 개의 패스, 10 ㎛에서 5 패스, 5 μm의 10 패스를, 그러나, 롤 사이의 간격은 다음과 같이 세 단계의 처리에서 줄일 수 있습니다. </li><li> 혼합 중에 갇혀 기포를 제거하는 건조기를 사용하여 24 시간 동안 0.1 ~ 바의 진공 하에서 최종 혼합물을 탈기. </li></ol> 3. 나노 복합 침투 (사출) <ol><li> 부압을인가함으로써 유체 분배기를 사용하여 3 ㎖ 주사기 배럴로, 섹션 2에서 제조 된 나노 복합 재료를,로드. </li><li> 열린 채널 (같은 튜브 사용에 부착 된 플라스틱 튜브에 맞는 미세 노즐 (예를 들어, ID = 0.51 mm)를 삽입) 잉크 제거 및 나노 복합 재료를 함유하는 시린지 외통에 마운트. </li><li> 압력 분배기에 원하는 압력 (즉, 양의 압력)을 설정합니다. 주 : 여기에서, 나노 복합 사출 압력은 400 kPa의 설정된다. 주 : 진공 (즉, 음압) 네트워크 충전물을 돕기 위해 다른 단부 (즉, 출구 측)에 적용될 수있다. 압력이인가되면, 프로토콜에 내장 한 마이크로 유체 네트워크는, 플라스틱 튜브를 통해 네트워크로 들어 나노 복합체 현탁액에 의해 충전된다. </li><li> 곧 주사 후, 예비 건조를 위해 30 분 동안 UV 램프의 UV 조명에 나노 복합 채워진 복합 빔을 노출합니다. 주 :이 예비 경화 작업이 가능한 CNT를 배향의 브라운 운동의 효과를 감소하는 것으로 생각된다. 그것은 또한 열 - 유도 수축을 감소시킨다 (도 7) </li><li> 오븐에서 제조 된 빔을 사후 치료에서, UV-에폭시, 또 다른 1 시간 (그림 7) 130 ° C 다음에 1 시간 동안 80 ° C의 경우. </li><li> 톱을 사용하여 여분의 에폭시 부분을 절단 한 후 원하는 크기로 빔을 연마 (여기에서, ~의 길이는 60mm ~ 폭 6.8 ㎜, ~ 빔의 두께가 1.6 mm 기계적 특성의 용이성을 위해 제조되었다). </li></ol>

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</ol>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

여기에 제시된 실험 절차는 재료 설계 목적으로 고분자 계 재료의 기계적 성능을 조정하기 위해 새롭고 유연한 제조 방법이다. 이 방법을 사용하면, 원하는 특성은 적절한 구성 요소 (즉, 침투 재료 및 메인 매트릭스)의 선택뿐만 아니라, 복합 재료 구조물을 설계에 기초하여 달성 될 수있다. 먼저, 기술은 구성 요소들 (15)을 벌크와 다른 고유의 온도 - 의존 특징을 나타내는 다른 열경화성 중합체로 이루어지는 단일 재료의 제조를 가능하게한다. nanofillers 균일 전체 매트릭스를 통해 배포하는 다른 나노 복합체의 제조 기술을 통해 본 기술의 또 다른 장점은 공간이 3D 강화 복합 빔에 원하는 위치에 병력을 배치 할 수있는 기능입니다. 이로 인해 위치 결정 기능에 아마도 비싼 나노 낮은 양충전제 특정 기계적 성능 (13)을 구하는 것이 필요하다. 보강 패턴은 잉크 지지체의 일본어 직접 쓰기를 따르는 때문에, 주어진 층에서 필라멘트 &#39;간격은 비산 잉크의 점탄성으로 인해 약 10 배 잉크 필라멘트 직경에 한정된다. 한편, 작은 간격은 에폭시 밀봉 공정 동안 액체 에폭시의 유동을 제한 할 수있다. 또한, 잉크 필라멘트의 직경은 제조 (고점도 잉크의 예 압출)과 같은 미세 유체 네트워크로 나노 복합 침투 후속 제조 공정의 용이성을 위해 (예를 들면 50 ㎛ 이상)만큼 커야한다. nanofillers 잘되는 경우에, 본 방법의 또 다른 가능성은, 높은 속도 / 압력에서 나노 복합체의 침투에 의한 전단 흐름 (16) 아래의 유동 방향으로 개별 탄소 나노 튜브 또는 다른 nanofillers 정렬의 기능이 될 수도나노 복합 혼합 과정에서의 분산. 그러나, 배향의 고차는 침윤 동안 네트워크에서 공기 포획을 일으킬 수있다 (인해 작은 채널 직경) 매우 높은 침투 압력에서 달성 될 수있다. 그림 6의 대표적인 광학 이미지는 프로토콜 2에서 제시 한 혼합 과정 (그림의 하단에있는 두 개의 이미지)에 의해 제조 된 나노 복합 재료를 보여줍니다. 관찰 된 검은 반점은 나노 튜브 응집체 것으로 생각되고 있습니다. (~ 1 ㎛, 평균)와 응집체의 크기의 급격한 변화가 전단 혼합 된 나노 복합체에서 관찰되는 동안 초음파 나노 복합체를 들어, 최대 ~ 12 ㎛의 직경을 가진 미크론 크기의 응집체가 존재한다. 나노 필러의 분산은 제조 된 3 차원 나노 복합 빔의 기계적 및 전기적 특성에 영향을 미치는 때문에, 향상된 분산 할머니의 3 차원 위치를 최대한 활용하기 위해 달성해야본 제조 기술을 사용 ofillers. 따라서, 더 많은 연구가 체계적 나노 튜브의 분산 상태를보다 쉽게​​ 에폭시 매트릭스 내에 분산 될 수있는 다른 nanofillers의 사용을 조사 할 필요가있다. 본 제조 방법은 마이크로 공학 응용 (17)에 대한 기능적인 3D 나노 복합 제품의 디자인을 사용할 수있다. 기술은 본 연구에서 사용 된 재료에 한정되지 않는다. 따라서,이 기술의 응용 프로그램이 다른 열경화성 재료와 nanofillers의 이용을 연장 할 수있다. 여러 애플리케이션 중에서, 구조 상태 모니터링, 진동 흡수 제품 및 마이크로 일렉트로닉스 언급 될 수있다.

나노 물질, 특히 탄소 나노 튜브 (탄소 나노 튜브) 고분자 매트릭스에 통합을 사용하여 고분자 나노 복합 재료는 구조적 복합 2, 미세 전자 기계 시스템 3 (예를 들어, 마이크로 센서), 스마트 폴리머 4와 같은 잠재적 인 응용 프로그램을위한 다기능 속성 특징 1. 방법을 혼합 CNT 처리 및 나노 복합체 등 여러 공정 단계가 매트릭스에 탄소 나노 튜브를 분산 바람직하게 제조해야 할 수도있다. 탄소 나노 튜브 &#39;화면비 때문에, 자신의 분산 상태 및 표면 처리는 주로 전기 및 기계적 성능에 영향을 미치는, 나노 복합 처리 절차는 대상 응용 프로그램 5에 대한 원하는 특성에 따라 다를 수 있습니다. 또한, 특정 부하 조건에, 원하는 방향으로 탄소 나노 튜브를 정렬하고 또한 원하는 위치에 병력을 배치하는 것은 이들의 기계적 및 / 또는 전기적 특성을 더욱 향상 수 없음nocomposites. 이러한 전단 흐름 6-7 및 전자기장 에이트 같은 몇몇 기술은 폴리머 매트릭스에서 원하는 방향으로 탄소 나노 튜브를 정렬하는 데 사용되어왔다. 또한, CNT 방향이 구체적으로 하나의 차원 (1D)에서, 치수 구속에 의해 유도 및 2 차원 (2D), 나노 복합 재료 9-11의 형성 / 처리하는 동안 관찰되었습니다. 그러나, 제조 공정에서의 새로운 발전은 여전히​​ 최적 조건에 대한 상품의 제조시 3 차원 (3D) 방향 및 / 또는 나노 튜브 보강 위치 결정의 충분한 제어를 허용하기 위해 필요하다. 이 논문에서, 우리는 고분자 나노 복합 현탁액을 가진 3 차원 미세 유체 네트워크 (그림 1)의 감독 및 지역화 침투를 통해 3D 강화 복합 빔을 제조하기위한 프로토콜을 제시한다. 첫째, 3D의 제작은 마이크로 유체를 서로 연결네트워크는 직접 기록 에폭시 기판 상에 비산 잉크 필라멘트의 제조 12-13 (도 2a 및도 2b), 에폭시 캡슐화 하였다 (도 2C) 및 희생 잉크 제거 (도 2D)를 수반하는 설명된다. 직접 기록 방법은 유체 ​​분배기를 따라 X, Y 및 Z 축 (도 3) 이동 컴퓨터 제어 로봇으로 구성된다. 이 기술은 광자, MEMS 및 생명 공학 응용을위한 3 차원 마이크로 디바이스 (그림 4)를 조작 할 수있는 빠르고 유연한 방법을 제공합니다. 그런 다음, 나노 복합 제제는 3D 강화 다중 스케일 복합 재료 제조하는 다른 통제와 일정한 압력에서 다공성 네트워크에의 침투 (또는 주사)와 함께 설명된다 (그림 2E 및 2 층). 마지막으로, 자신의 잠재적 인 응용 프로그램과 함께 약간의 대표적인 결과가 표시됩니다.

<table><tbody><tr><td>디스펜싱 로봇</td><td>I & J 피스나르</td><td>I & J2200-4</td><td></td></tr><tr><td>로봇 소프트웨어</td><td>I & J Fisnar</td><td></td><td>JR-Point 디스펜싱</td></tr><tr><td>주사기 배럴</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7012072</td><td>3ml</td></tr><tr><td>디스펜싱 노즐</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7018225</td><td>스테인레스 스틸 팁&nbsp; &nbsp; (ID: 0.51mm)</td></tr><tr><td>디스펜싱 노즐</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7018424</td><td>스테인레스 스틸 팁&nbsp; &nbsp; (ID: 0.15mm)</td></tr><tr><td>유체 디스펜서</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>HP-7X</td><td></td></tr><tr><td>유체 디스펜서</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>800</td><td></td></tr><tr><td>라이브 카메라</td><td>MediaCybernetics</td><td>QI, 쿨, 컬러</td><td>12비트, Qimaging</td></tr><tr><td>라이브 카메라 소프트웨어</td><td>이미지 프로 플러스</td><td></td><td>버전 6</td></tr><tr><td>정밀 톱</td><td>Buehler (IsoMet)</td><td>622-ISF-03604</td><td>저속 톱</td></tr><tr><td>유연한 플라스틱 튜브</td><td>Saint-Gobain PRL Corp.</td><td>Tygon 177936</td><td></td></tr><tr><td>교반 핫 플레이트</td><td>Barnstead International</td><td>SP131825</td><td></td></tr><tr><td>진공 오븐</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-05053-10</td><td></td></tr><tr><td>초음파 세척기</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-08891-11</td><td></td></tr><tr><td>3 롤 밀 믹서</td><td>Exakt Technologies</td><td>Exakt 80E</td><td></td></tr><tr><td>동적 기계 분석기</td><td>TA Instruments</td><td>DMA Q800</td><td></td></tr><tr><td>UV-램프</td><td>Cole Parmer</td><td>RK-97600-00</td><td>강도 21 mW/cm&sup2;</td></tr></tbody></table>

미세 유체 침투를 통해 세 가지 차원 미세 구조 나노 복합 재료의 제조

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

복잡한 3 차원 (3D)로 강화 된 미세 복합 빔 패턴 나노 복합체의 미세 섬유는 미세 유체 네트워크는 3 차원의 나노 복합 침투를 통해 서로 연결 제조된다. 보강 빔의 제조는, 디스 펜싱 로봇을 이용하여 낮은 점도의 수지를 사용하여 필라멘트 사이에 빈 공간을 채우고, 수지를 경화 마침내 제거 비산 잉크 필라멘트의 계층 별 증착을 수반 미세 유체 네트워크의 제조로 시작 잉크. 다른 형상과 여러 층 (예를 들어, 수백 층)로 직접 지원하는 3 차원 구조는이 방법을 사용하여 구축 할 수 있습니다. 얻어진 관상 미세 유체 네트워크이어서 nanofillers (예를 들면 단층 카본 나노 튜브)를 포함하는 열경화성 나노 복합체 현탁액으로 함침하고,이어서 경화된다. 침투는 빈 N의 두 끝 사이의 압력 구배를 적용하여 수행됩니다(진공 또는 진공을 이용한 미세 주입을 적용하여 하나) 네트워크 관리기. 이전 침투로, 나노 복합 현탁액은 방법을 혼합 초음파 및 3 롤을 사용하여 고분자 매트릭스에 nanofillers를 분산시켜 제조된다. 나노 복합 재료 (침투 즉, 재료는) 다음 3D 강화 복합 구조의 결과로, 자외선 노출 / 열 경화에서 경화된다. 여기에 제시된 기술은 액츄에이터 및 센서와 같은 마이크로 공학 응용 프로그램의 기능 나노 복합 거시적 인 제품의 설계를 가능하게한다.

도 8a 및 제조 빔의 대표 화상과 나노 복합 필라멘트 구 층으로 이루어진 단면의 광학 상을 표시도 8b. 인물의 (c) 및 (d)는 각각 빔 제조 파면의 전형적인 SEM 이미지와 못 채널 (즉, 내장 된 나노 복합체의 미세 섬유)의 높은 배율의 이미지를 보여줍니다. 어떠한 결합 해제가 채널 벽에서 보이지 않기 때문에, 그 주위의 에폭시 함침 재료가 아니라 잉크 제거 후 헥산 채널의 적절한 세척의 결과로서 부착되는 것은 말할 공정이다. 도 9는 헥산이 잉크를 제거하는 동안 사용되지 않는 기계적 시험 도중 끊어짐 빔의 대표적인 광학 이미지를 보여준다. 섬유 결합 해제는별로 기계 인터페이스의 결과를 관찰로 인해있을 수있는도망자 잉크 흔적 네트워크 세척 후 남아 있었다. 도 10 (벤치 마크로서) 일괄 성형 에폭시 샘플 및 3D 보강 빔, 저장 탄성률 E &#39;를 나타낸다. 결과의 조합 제조 빔에 대해 고유 한 경향을 보여 내장 만 ~ 0.18 중량의 존재와 우수한 특성과 주변 에폭시 재료. % 탄소 나노 튜브. 도 11는 DMA를 이용하여 제조 된 복합 빔의 3 점 굽힘 시험 결과를 나타낸다. CNT를 위치 결정의 결과로서, 3 차원의 굴곡 탄성율은 빔 순수한 에폭시 함침 (전체 에폭시) 빔에 비해 34 %의 증가를 보였다 강화. <img alt="그림 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" width="500" /> 3D-R의 그림 1. 도식 표현microinfiltration 방법에 의해 제조 된 나노 복합체는 einforced. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" width="500" /> 3D 강화 빔의 제조의 그림 2. 도식 표현. () 분배 로봇을 사용하여 잉크 필라멘트 직접 증착, z 방향에서 분사 노즐을 증가시켜 서로의 상단에 여러 층의 (b)에 증착, (C ) 미세 유체 채널의 제조 결과, 그 액화하여 네트워크 밖으로 잉크를 촬영 저점도의 수지를 사용하여 필라멘트 사이의 공극 공간 (d)를 채우기. (E)와 빈 네트워크를 작성치료 및 (F)를 초과하는 에폭시 부분을 절단 한 다음 나노 복합 서스펜션은. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" width="500" /> 그림 3. 컴퓨터 제어 로봇, 디스 펜싱 장치 및 라이브 카메라로 구성된 로봇 증착 단계의 사진입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" target="_blank">큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" width="500" /> 그림 4. 직접 쓰기 ASSEM에서 제조 한 미세 구조의 몇 가지 이미지BLY. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" width="500" /> 그림 5. 등각 투영 뷰와 SEM 이미지는 3D 연결된 미세 유체 빈 네트워크. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" width="500" /> 그림 6. 나노 복합체는 서로 다른 자질 (나노 복합 필름의 광학 이미지 분산을 나노 튜브로 이어질 나노 튜브 비공유 작용, 초음파, 및 / 또는 세 롤 밀 혼합 등의 전략을 혼합). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" width="500" /> 그림 7. 오븐에 경화 후의 다음에 UV 램프의 자외선 조명 아래에서 치료 나노 복합체. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" width="500" /> 도 8. (a) I는 3D 보강 빔의 이미지를 sometric, (b) 나노 복합물 주사 빔의 전형적인 단면, (c) 빔 표면 골절 SEM 화상, 및 ( <stron<html> G&gt; D) (C)의 근접 촬영보기. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" width="500" /> 폴리 우레탄 나노 복합체 - 침투 빔의 그림 9. 파괴 표면의 이미지. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 10" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg" width="500" /> 동적 기계 분석기를 사용하여 대량 에폭시 및 제조 빔 10. 온도에 따라 기계적 성질 (저장 ​​탄성률)를 그림./ www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg &quot;대상 =&quot;_blank &quot;&gt; 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 11" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" width="500" /> 그림 11. 대량 에폭시의 준 정적 기계적 특성 (굴곡) 및 제조 빔 (3 점 굽힘 시험). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

3 차원 (3D) 미세 복합 빔은 3 차원 다공성 미세 유체 네트워크로 나노 복합 재료의 감독 및 지역화 침투를 통해 제조된다. 이 제조 방법의 유연성은 기능적 3D 강화 나노 복합체 거시적 다양한 제품을 달성하기 위해 서로 다른 열경화성 재료와 nanofillers의 이용을 가능하게한다.

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

본 절차의 전반적인 목표는 3D 다공성 미세유체 네트워크 내로 나노 복합체를 지향성 및 국소적으로 침투시켜 3D 미세 구조 복합 빔을 제조하는 것입니다. 미세유체 네트워크는 액상 잉크를 층별로 적층하여 제작합니다. 그 다음, 필라멘트 사이의 빈 공간을 저점도 수지로 채우고 캡슐화 에폭시를 경화시킵니다.그 다음, 잉크를 액화시켜 구조물에서 휘발성 잉크를 제거하고, 뜨거운 물과 헤파(heane)로 채널을 세척합니다. 이어서, 생성된 관형 미세유체 네트워크에 나노 필러가 포함된 열경화성 나노 복합재 현탁액을 침투시킨 후 경화시킵니다. 마지막 단계는 제작된 빔을 경화시키고 과잉 부분을 원하는 치수로 절단하는 것입니다.최종적으로, 다양한 형태학적 및 기계적 특성 분석 기술을 사용하여 기능성 나노 복합재 거시 제품 설계에 대한 제조 기술의 역량을 입증합니다. 당사는 수년간 첨단 소재, 특히 열가소성 및 열세포 기반 나노 복합재 개발 연구를 수행해 왔습니다. 현재는 새로운 재료 시스템을 탐색하고 복잡한 3D 부품을 제조하는 새로운 방법을 모색함으로써 해당 방법론의 한계를 넓히고자 노력하고 있습니다.사출 성형과 같은 기존 방법과 비교하여 이 기술의 주요 장점은, PRIs 기술이 제품 제조 과정에서 나노튜브 보강재의 3차원적 방향과 배치를 충분히 제어하여 최적의 조건을 구현할 수 있다는 점입니다. 이 유연한 제조 기술은 다른 열경화성 재료 및 나노 필러의 활용으로까지 확장 가능합니다. 주요 응용 분야로는 구조 건강 모니터링, 진동 흡수 제품 및 마이크로일렉트로닉스가 있습니다. 희생 잉크를 녹이기 위해, 80 °C의 핫플레이트 마그네틱 믹서 위에서 미세결정성 왁스와 페트롤리움 젤리를 가열하여 녹이고 혼합한 후, 3 cc 시린지 배럴에 잉크를 충전합니다.주사기에 150 micrometer 디스펜싱 노즐을 장착하고, 주사기를 디스펜싱 로봇의 주사기 홀더에 고정합니다. Excel 프로그램을 사용하여 원하는 3D 스캐폴드 구조 제작을 위한 디스펜싱 로봇의 이동 경로를 설계합니다. 이 정보에는 구조물의 치수, 필라멘트 간격, 레이어 수, 그리고 제작 중 각 위치에서의 디스펜싱 온-오프 상태가 포함되어야 합니다.이 경우, 크기는 길이 60 millimeters, 너비 7.5 millimeters, 두께 1.7 millimeters이며, 각 필라멘트 사이의 수평 간격은 0.25 millimeter로 필라멘트 직경은 약 150 micrometers입니다. 압력 조절기에서 증착 압력을 1.9 megapascals로 설정하고, 로봇 디스펜싱 속도를 4.7 millimeters per second로 설정하십시오. 다음으로, 에폭시 기판 위에 잉크 기반 필라멘트의 증착을 활성화하십시오.그 결과로 마이크로 스캐폴드의 첫 번째 층인 2D 패턴이 형성됩니다. 디스펜싱 노즐의 Z축 위치를 필라멘트 직경만큼 순차적으로 증가시키며 마이크로 스캐폴드의 추가 층을 계속 적층합니다. 각 층을 형성하는 데 약 4~5분이 소요되며, 이러한 방식으로 수백 개의 층으로 구성된 자립형 구조물을 제작할 수 있습니다.다음 단계는 캡슐화에 사용할 에폭시를 준비하는 것입니다. 먼저 수지와 경화제를 혼합한 다음, 진공 상태에서 30분 동안 에폭시 혼합물을 탈기하십시오. 탈기가 완료되면 유체 디스펜서를 사용하여 음압을 가해 3 cc 시린지 배럴에 에폭시를 충진하십시오.그런 다음 내경이 0.51 millimeters인 노즐을 시린지 배럴에 장착합니다. 수지의 흐름을 돕기 위해 잉크 지지체를 경사지게 배치합니다. 그 후 동일한 액체 분주기와 장착된 노즐을 사용하여 경사진 지지체 구조의 상단 끝부분에 에폭시 방울을 떨어뜨립니다.그 후 에폭시는 중력과 모세관력에 의해 필라멘트 사이의 빈 공간으로 흘러 들어갑니다. 스캐폴드 필라멘트 사이의 빈 공간이 완전히 채워질 때까지 스캐폴드 위에 에폭시 방울을 계속 떨어뜨립니다. 캡슐화 에폭시를 상온에서 24시간 동안 예비 경화시킨 후, 구조물을 오븐에 넣고 60 °C에서 2시간 동안 후경화시킵니다.경화 후, 정밀 톱을 사용하여 에폭시의 과잉 부분을 절단합니다. 그다음 구조물의 각 끝단에 지름 약 1 mm의 구멍을 뚫습니다. 잉크 스캐폴드에 도달하기 위해 각 구멍에 플라스틱 튜브를 삽입합니다.다음 단계는 구조물에서 휘발성 잉크를 제거하는 것입니다. 먼저 샘플을 90 °C의 오븐에 30분 동안 넣어 잉크를 액화시킵니다. 오븐에서 샘플을 꺼낸 후, 플라스틱 튜브를 통해 뜨거운 증류수를 5분 동안 흡입하여 채널 네트워크를 세척합니다.그 후, 잉크 제거 후 채널 벽에 남아 있는 잉크의 잔류 흔적을 없애기 위해 튜브를 통해 hexane을 5분 더 흡입합니다. 이렇게 하면 서로 연결된 3D 미세유체 네트워크가 형성되며, 이는 필요할 때까지 실온에서 보관할 수 있습니다. 나노 복합체를 준비하려면, 최종 나노튜브 농도가 0.5 weight percent가 되도록 acetone 또는 di chloro methane에 녹인 0.1 millimolar zinc Proto porphyrin nine 계면활성제 용액에 carbon nano tubes 150 milligrams를 첨가합니다.다음으로, 초음파 세척기에서 현탁액을 30분 동안 초음파 처리하십시오. 이는 나노튜브 응집체를 분산시키기 위함입니다. 용매의 끓는점보다 약간 낮은 온도에서 자석 교반 가열판을 사용하여 에폭시 또는 우레탄 수지를 나노튜브 현탁액과 혼합하십시오.4시간 동안 끓인 후, 나노 복합체 혼합물을 초음파 세척기에 넣고 40~50 °C로 가열하며 1시간 동안 초음파 처리합니다. 다음으로, 나노 복합체를 30 °C에서 12시간 동안 가열한 후, 잔류 용매를 증발시키기 위해 50 °C의 진공 상태에서 24시간 동안 가열합니다. 그 다음 날.큰 나노 튜브 응집체를 분쇄하기 위한 기준 비교군으로 사용하기 위해, 나노 복합체의 일부를 실온에 따로 보관합니다. 3롤 믹서의 에이프런 롤 속도를 250 RPM으로 설정하고, 롤 사이의 간격을 25 µm로 시작하여 남은 나노 복합체 혼합물을 롤에 5회 통과시킵니다. 그런 다음 롤 사이의 간격을 10 µm로 조정하고 5회 더 통과시킵니다. 마지막으로 간격을 5 µm로 줄인 후 10회 추가로 통과시킵니다. 롤러를 통과시키기 전과 후의 나노 복합체가 여기에 표시되어 있습니다.다음으로, 혼합 과정 중 유입된 기포를 제거하기 위해 데시케이터를 사용하여 진공 상태에서 최종 혼합물을 24시간 동안 탈기합니다. 다음 단계는 나노 복합체를 미세유체 장치에 주입하는 것입니다. 나노 복합체를 유체 분배기에 넣은 후, 유체 분배기에 음압을 가하면 나노 복합체가 3 cc 주사기 배럴로 로딩됩니다.미세 노즐을 시린지 배럴에 부착하고, 이 노즐을 미세유체 장치의 튜브에 삽입하십시오. 그 다음, 네트워크 충진을 돕기 위해 필요한 경우 유체 디스펜서의 압력을 400 kilo pascals로 설정하십시오. 또 다른 유체 디스펜서를 사용하여 미세유체 네트워크의 배출구 쪽에 음압을 가하십시오.압력을 가하면 플라스틱 튜브를 통해 나노 복합재 현탁액이 유입되어 미세유체 네트워크를 채우게 됩니다. 주입 직후, 나노 복합재로 채워진 복합 빔을 UV 광원에 30분 동안 노출시켜 예비 경화를 진행합니다. 그 후, 제조된 빔을 오븐에서 80 °C로 1시간 동안 후경화시키고, 이어서 130 °C에서 다시 1시간 동안 후경화시킵니다.톱을 사용하여 과잉 에폭시 부분을 절단하고 빔을 원하는 크기로 연마한 후, 제작된 3D 보강 빔의 등축 투영도가 여기에 표시되어 있습니다. 이 단면은 나노 복합 필라멘트의 9개 층을 보여줍니다. 이 그림은 제작된 빔의 파단면 SEM 이미지와 나노 복합 마이크로파이버가 내장된 채널 중 하나의 고배율 이미지를 보여줍니다.채널 벽에서 박리가 관찰되지 않는 것으로 보아, 주변 에폭시와 침투된 재료들이 잘 접착된 것으로 보이며, 이는 잉크 제거 후 헥산으로 채널을 적절히 세척한 결과로 추정됩니다. 이와 대조적으로, 여기에 표시된 빔들은 잉크 제거 과정에서 헥산을 사용하지 않은 상태로 기계적 테스트 중에 파손된 것입니다. 불량한 기계적 계면으로 인해 섬유 박리가 관찰되며, 이는 네트워크 세척 후에도 잔류한 휘발성 잉크 흔적 때문일 수 있습니다.벤치마크로 사용된 성형 벌크 에폭시 샘플과 3D 보강 빔의 저장 탄성률이 여기에 표시되어 있습니다. 매립된 에폭시 재료와 주변 에폭시 재료의 결합체인 제조된 빔은 약 0.18 weight percent의 탄소 나노튜브만으로도 우수한 온도 의존적 특성을 나타냅니다. 3점 굽힘 시험 결과, 탄소 나노튜브의 배치 덕분에 3D 보강 빔의 굴곡 탄성률이 순수 에폭시가 침투된 빔에 비해 34% 증가한 것으로 나타났습니다.참고용으로 성형된 벌크 에폭시 시료들을 보여줍니다. 이러한 패턴 형성 방식은 유연 마이크로전자공학부터 3D 비복합체 매크로 구조에 이르기까지 광범위한 응용 분야에 활용될 수 있습니다. MEMS용으로도 가능합니다.저희는 새로운 재료 시스템을 탐구하고, 열경화성 및 열가소성 기반 나노 복합재를 이용한 3D 자유형상 프린팅과 같은 새로운 3D 구축 방법을 연구함으로써 이 기술의 경계를 확장하기 위해 노력하고 있습니다. 감사합니다.

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연구

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Chemistry

화학

여기 핫 엠보싱 및 열 실링을 사용하여 열가 소성 microfluidic 칩을를 조작하는 방법을 보여줍니다. 그럼 우리가 합성 고체 위상 열을 형성 밀봉된 칩을 통해 현장 조명 감독 접목 표면 중합에 사용하는 방법을 보여줍니다.

열가 소성 Microfluidic 채널 제작

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이 논문은 내피 세포의 생리 학적 특성을 요점을 되풀이 미세 혈관을 설계하는 사출 성형 방법을 제공한다. 미세 유체 기반의 공정은 흐름, 세포 성분, 형상, 생화학 그라디언트로 테일러 조건과 특허 3 차원 혈관 네트워크를 생성합니다. 제조 공정 및 잠재적 응용 예들이 설명된다.

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첨가제 제조 (오전)을 채용 하는 표면에 마이크로 기능으로 복잡 한 형상에 대 한 삽입 성형 사출 날조를 위한 프로토콜 제공 됩니다.

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상보적인 반응성 그룹을 갖는 마이크로겔 로드는 수용액에서 상호 연결될 수 있는 능력을 가진 마이크로유체공학을 통해 생산됩니다. 아니소메트릭 마이크로젤은 구형 기반 시스템에 비해 더 큰 기공을 가진 안정적인 구조물로 막히고 상호 연결됩니다. GRGDS-PC로 변형 된 마이크로 겔은 세포 배양에 사용할 수있는 거대 다공성 3D 구조물을 형성합니다.

마이크로젤 로드의 상호 연결된 거대 다공성 3D 스캐폴드

이 프로토콜은 3D 콜라겐 하이드로겔(두께 &lt;250μm)에서 섬유를 정렬하기 위해 확장 변형(스트레칭)을 생성하기 위해 유체 흐름 방향을 따라 기하학이 변화하는 미세유체 채널의 사용을 보여줍니다. 결과 정렬은 수 밀리미터에 걸쳐 확장되며 연신 변형률의 영향을 받습니다.

Microengineering 3D 콜라겐 하이드로겔(장거리 섬유 정렬 포함)

학습하세요 미세 유체 침투를 통한 3차원 미세 구조 나노 복합 재료 제조 방법입니다. 다양한 열경화성 재료와 나노 충전재를 활용하여 기능성 거시 제품을 제작할 수 있습니다.

미세 유체 침투를 통해 세 가지 차원 미세 구조 나노 복합 재료의 제조

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