3D 종이 미세 유체 장치를 구축하기 위해 접착제 패터닝을 사용하여

이 기술의 전반적인 목표는 에어로졸 접착제의 패터닝을 통해 건설 중과 사용 후에 펼칠 수 있는 평면 및 비평면 3차원 종이 미세유체 장치를 만드는 것입니다. 이 방법은 이전에 연구원들이 일반 채널 네트워크에서 제작하는 것을 막았던 제약 조건을 제거함으로써 종이 미세유체역학을 위한 새로운 설계 공간을 엽니다. 이 기술의 주요 장점은 종이 미세유체 장치의 제조 중에 적용되는 접착제의 양을 크게 줄이고 비평면 3차원 종이 미세유체 회로의 구성을 가능하게 한다는 것입니다.

먼저 고체 잉크 프린터를 사용하여 장치의 각 레이어 배열을 여과지에 인쇄합니다. 각 여과지를 섭씨 170도의 열판에 2분 동안 올려 왁스 기반 잉크를 녹이고 종이에 완전히 침투하여 소수성 장벽을 형성하도록 합니다. 종이가 식으면 마이크로 피펫을 사용하여 레이어 3의 각 분기에 다른 염료 색상을 넣으십시오.

5 밀리몰 염료의 4 마이크로 리터 분취량으로 충분합니다. 이제 건설을 시작하십시오. 먼저 스텐실과 판유리 조각과 같은 뻣뻣한 지지대 사이에 맨 아래 층을 고정합니다.

스프레이 그림자를 최소화하기 위해 스텐실이 종이에 평평한지 확인하십시오. 그런 다음 메트로놈을 분당 180비트로 설정하고 약 24cm 떨어진 곳에서 접착제를 4비트 동안 분사합니다. 스텐실을 가로질러 캔을 네 번의 균일한 동작으로 움직입니다.

캔을 너무 천천히 움직이면 접착제가 스텐실 자체에 쌓여 스텐실을 막게 됩니다. 캔을 너무 빨리 움직이면 접착제가 충분히 도포되지 않습니다. 그런 다음 스텐실을 제거하고 장치의 다음 레이어를 갓 분사된 레이어 위에 놓고 가장자리에 조심스럽게 정렬합니다.

레이어를 함께 단단히 누릅니다. 그런 다음 접착제를 다시 뿌립니다. 모든 레이어가 단단히 부착될 때까지 이 과정을 계속합니다.

4층 스택에 하단 층을 가로질러 포장 테이프 스트립을 붙여서 액체가 누출되는 것을 방지합니다. 그런 다음 인쇄된 패턴에 따라 스택에서 개별 장치를 절단할 수 있습니다. 이전 절차와 마찬가지로 고체 잉크 프린터를 사용하여 장치를 여과지에 인쇄하고 섭씨 170도의 열판에서 2분 동안 잉크를 녹입니다.

이 절차에서는 동일한 방식으로 주름 패턴을 일반 프린터 용지에 인쇄합니다. 인쇄물이 냉각되면 주름 패턴의 선을 채널 패턴의 가장자리에 정렬합니다. 그런 다음 테이프를 사용하여 고정합니다.

다음으로, 뭉툭한 스타일러스로 주름 패턴을 추적합니다. 장치 시트에 표시할 만큼 충분한 힘을 가하되 용지를 찢지 마십시오. 찢어짐이 발생하면 다시 시작하십시오.

이 사전 주름 기술은 폴딩의 정확도와 정밀도를 높입니다. 이제 주름 패턴에 따라 산과 계곡 접기를 사용하여 장치를 접기 시작합니다. 접착제를 도포하기 전에 접으면 장치 조립 속도를 높이는 데 도움이 됩니다.

접힌 후 펼치면 접착제가 필요한 부분이 노출됩니다. 그런 다음 칼날로 마스크를 잘라내어 접착제가 도포되는 위치를 제한합니다. 이제 마스크가 있는 스텐실과 뻣뻣한 지지대 사이에 장치를 평평하게 고정합니다.

메트로놈을 사용하여 1.3초의 시간을 초과하고 이전과 같이 접착제를 적용합니다. 주변 습도가 낮으면 접착제가 너무 빨리 마르지 않도록 습도가 조절되는 장소에 접착제를 도포하십시오. 다음으로 스텐실과 마스크를 제거하고 시트를 뒤집습니다.

그런 다음 같은 방법으로 종이 뒷면에 스프레이합니다. 즉시 스텐실에서 장치를 제거하고 장치를 접기 시작합니다. 장치가 완전히 접히면 건조될 때까지 접착제 함유 부분에 지속적인 압력을 가합니다.

4 레이어 장치에서 위킹 테스트를 수행하려면 20 개의 장치를 무작위로 선택하십시오. 증발을 최소화하기 위해 기류로부터 차폐된 곳에 장치를 배치하십시오. 그런 다음 각 장치의 입구에 40마이크로리터의 물을 침전합니다.

각 장치의 모든 콘센트가 염료로 완전히 채워지는 데 걸리는 시간을 기록하십시오. 종이접기 장치의 경우, 두 개의 종이접기 공작새를 비교하는데, 하나는 앞서 설명한 대로 만들어졌고, 다른 하나는 접착제를 바르는 동안 스텐실을 사용하지 않고 만들었습니다. 그런 다음 작은 종이 리드의 한쪽 끝을 공작 몸체에 삽입합니다.

통제된 상대 습도 하에서 90% 이상에서는 각 공작새의 각 다리와 종이 납을 5밀리몰 염료로 채워진 용기에 넣습니다. 서로 다른 양의 접착제가 도포된 4중 장치의 평균 위킹 시간과 성공률을 비교했습니다. 균일한 접착제 적용 범위는 상대적으로 높은 성공률을 보였으며 접착제의 양이 증가함에 따라 감소했습니다.

또한 패턴이 있는 접착제를 한쪽 면에만 적용하는 것보다 양쪽에 도포했을 때 더 빠른 땀 흡수 시간으로 성공률이 훨씬 높았습니다. 접착제가 한쪽 면에만 도포될 때 고장이 더 자주 발생했습니다. 일반적인 적층 장치 고장은 염료가 완전히 채워지지 않거나 채우는 데 5분 이상 걸리는 배출구가 특징입니다.

종이접기 접힌 장치에서 장치 고장은 염료의 양이 채워지지 않는 배출구가 특징이었습니다. 이러한 배출구는 주름이 있는 장치의 두 가장자리를 따라 독점적으로 위치했습니다. 채널 주변 테두리의 크기를 두 배로 늘림으로써 단면 및 양면 접착제 응용 분야의 성공률이 높아졌습니다.

두 가지 접착제 도포 방법 모두 액체를 혼합하지 않고 채널 길이만큼 성공적으로 라우팅하는 장치를 만들었습니다. 그러나 접착제가 균일하게 도포된 장치는 눈에 띄게 느렸습니다. 이 절차를 시도하는 동안 균일하고 일관된 접착제 도포를 보장하는 것이 중요합니다.

에어로졸 접착제는 환기가 잘 되는 곳에만 도포해야 합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 평면 및 비평면 3D 종이 미세유체 장치를 구성하기 위해 패턴이 있는 접착제를 적용하고 사용하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 기술을 통해 연구원들은 통합 작동 및 감지와 같은 평면 장치에서 이전에 볼 수 없었던 기능을 달성하기 위해 비평면 구조의 사용을 탐구할 수 있습니다.