Proces wytwarzania trójwymiarowych mikrostruktur z wykorzystaniem parowania składnika protektorowego

Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie trójwymiarowych struktur mikro naczyniowych. Jest to realizowane poprzez wstępne stworzenie włókien ofiarnych dzięki wprowadzeniu szczawianu cyny(II) do włókien z kwasu polimlekowego. Drugim krokiem jest trójwymiarowe ukształtowanie włókien przy użyciu płyt wzorujących.

Następnie włókna są zatapiane w żywicy wlewkowej. Ostatnim etapem jest usunięcie włókien z żywicy z zastosowaniem ciepła i próżni. Ostatecznie system mikronaczyniowy może być wykorzystywany do wielu celów, w tym do wymiany ciepła, transportu masy oraz w systemach samonaprawczych.

Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą napotykają trudności ze względu na wysoki stopień zręczności manualnej i uważności wizualnej wymagany do pracy z włóknami. Prezentacja wizualna tej metody jest kluczowa, ponieważ obróbka chemiczna włókien oraz nawlekanie płytek wzoru są trudne do opanowania, gdyż wymagają koordynacji wzrokowo-ruchowej i specjalistycznego sprzętu. Proces infuzji katalizatora do włókien należy rozpocząć przy użyciu dostosowanego wrzeciona oraz źródła włókien kwasu polimlekowego o znanej średnicy.

W tym przypadku 200 mikronów. Owiń odpowiednią ilość włókien wokół dolnych trzech czwartych wrzeciona. Ogranicz nakładanie się włókien, aby zapewnić maksymalną powierzchnię ekspozycji w butelce, którą można szczelnie zamknąć.

Wymieszaj 400 milliliters wody dejonizowanej z 40 milliliters dysbaric. One 30. Zamknij butelkę i wstrząśnij nią do uzyskania jednorodnego roztworu.

Następnie umieść zlewkę o pojemności 1000 ml w kąpieli wodnej w temperaturze 37 °C. Wlej do zlewki 400 ml trifluoroetanolu. Dodaj do zlewki roztwór dyspersyjny w wodzie i mieszaj do uzyskania jednorodności.

Dodaj jeden gram zieleni malachitowej lub innego barwnika do mieszaniny i mieszaj do czasu rozpuszczenia. Następnie przymocuj mieszadło do miksera cyfrowego i dostosuj jego wysokość tak, aby mieszadło znajdowało się pół cala od dna. Ustaw mikser na 400 RPM i rozpocznij powolne mieszanie.

Do mieszaniny dodać 1,3 g katalizatora z szczawianu cyny. Dostosować pH w mieszaninie za pomocą wodorotlenku sodu, aż pH wyniesie około 6,8 do 7,2. Następnie zabezpieczyć zlewkę pokrywką i zwiększyć prędkość obrotową mieszadła do 500 RPM.

Przechowywać w tych warunkach przez 24 godziny, zaczynając od pierwszych dwóch godzin. Ręcznie rozbijać wszelkie powstające aglomeraty szczawianu cyny. Po upływie 24 godzin należy przygotować piekarnik rozgrzany do 35 °C.

Wyjmij wrzeciono z mieszalnika i umieść je w piekarniku. Pozostaw do wyschnięcia na noc. Po co najmniej ośmiu godzinach suszenia wyjmij wrzeciono z piekarnika i zdejmij z niego włókna.

Usuń nadmiar katalizatora z włókien. Fabrykację mikronaczyniowej jednostki wymiany gazowej rozpoczyna się od przygotowania pary wycinanych laserowo mosiężnych płyt wzorniczych z pożądanym wzorem mikronaczyniowym. Zamocuj płyty w uchwytach zaciskowych.

Odciąć odcinek zwęglonego włókna o długości 10 cali na każdy mikrokanał. Aby usunąć pozostałości katalizatora z włókien, należy użyć płytki dociętej do średnicy włókna. Krawędzie włókna należy zwęzić, używając końcówki pistoletu do kleju na gorąco.

Należy to zrobić, powoli wysuwając końcówki włókien. Po wykonaniu tej czynności należy przełożyć włókna przez odpowiadające im otwory w parach mosiężnych płytek wzorniczych. Następnie należy przykręcić płytki do formy.

Upewnij się, że włókna nie są skręcone podczas mocowania płytek. Następnie przeciągnij końcówki włókien przez kołki stroikowe niestandardowej deski napinającej i napinaj włókna PLA, aż będą dobrze naciągnięte. Należy uważać, aby nie napiąć ich zbyt mocno i nie doprowadzić do zerwania włókien.

Usuń nadmiar cząstek stałych z wzoru włókien za pomocą sprężonego powietrza. Następnie zmieszaj bazę poli(dymetylosiloksanu) z utwardzaczem w stosunku objętościowym 10:1 i umieść mieszaninę w naczyniu z pochłaniaczem wilgoci. Odgazuj mieszaninę przez 10 minut w próżni.

Wlej mieszaninę PDMS do formy, unikając bezpośredniego wlewania na włókna. Użyj igły o rozmiarze 26 G, aby usunąć pęcherzyki powietrza z formy lub spomiędzy włókien. Po zakończeniu utwardź całość w temperaturze 85 °C przez 30 minut.

Po ochłodzeniu formy odkręć mosiężne płyty od skrzynki formierskiej, uważając, aby nie wygiąć płyt i nie ciągnąć ich zbyt mocno. Wyjmij utwardzony pierwszy stopień ze skrzynki formierskiej. Używając igły hipodermicznej o średnicy co najmniej dwukrotnie większej niż średnica zewnętrzna włókien, wykonaj otwory w zaślepce z RTV, a następnie, pozostawiając igłę w miejscu, przeciągnij włókno przez otwór.

Następnie wyjmij igłę. Wzorzec otworów powinien być podobny do tego na mosiężnej płytce wzorniczej, ale bardziej rozproszony. Następnie przymocuj zaślepki do większej formy.

Wlej drugą warstwę PDMS i usuń wszelkie pozostałe pęcherzyki gazu. Ponownie utwardzaj w temperaturze 85 degrees Celsius przez 30 minutes. Po drugim utwardzaniu odetnij nadmiar włókien PLA z próbki.

Umieść próbkę w piecu próżniowym w temperaturze 210 °C na 24 godziny lub do momentu usunięcia większości włókien PLA. Jeśli część PLA nie ulegnie usunięciu, wstrzyknij 1 mL chloroformu, aby rozpuścić pozostałości w mikrokanałach. To kończy proces wytwarzania jednostki.

Niniejsza procedura przedstawia metodę wytwarzania mikrostruktur naczyniowych w żywicy, takich jak te widoczne w jednostce wymiany gazowej. Widok u góry. W dolnym lewym rogu znajduje się szczegółowy widok fragmentu struktury.

W celu zwiększenia przejrzystości wizualnej zastosowano barwniki. Po prawej stronie znajduje się heksagonalny wzór otworów o średnicy 200 µm i 300 µm, wykorzystany do utworzenia mikrokanałów. Mikrokanały są całkowicie puste w środku, a odległość między nimi może wynosić mniej niż 50 µm.

Struktura sieci mikronaczyniowej jest ograniczona jedynie przez struktury, które mogą zostać uformowane za pomocą włókien poświęcalnych. W mikrokanałach mogą pojawić się zarówno przecieki, jak i zatory. Po lewej stronie tej jednostki wymiany gazowej znajduje się zator.

Często można je usunąć za pomocą rozpuszczalnika. Po prawej stronie znajduje się przykład przecieku. Powstają one, gdy włókna poświęcalne nie zostały dokładnie oczyszczone lub odpowiednio napięte. Po opanowaniu tej techniki, tworzenie włókien zajmuje 45 minut, a wytwarzanie jednostek mikronaczyniowych 60 minut.

Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat tego, jak wykorzystać włókna poświęcalne do stworzenia wzoru trójwymiarowego, a także jak rozwiązywać problemy występujące w tym rozbudowanym procesie.