Name: Estruturas de múltipla escala agregadas por nanofibras impressos para superfícies funcionais (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-11T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 14 s
Description: Aprenda a fabricar estruturas nano-micro multiescala para superfícies funcionais usando filtros de óxido de alumínio anódico e autoagregação de nanofibras. Este método acelera a produção de padrões complexos com propriedades superhidrofílicas.

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Este material é baseado no trabalho de suportado pelo programa de pesquisa de ciência básica através da nacional Research Foundation de Coreia (NRF) financiado pelo Ministério da ciência, TIC e futuro planejamento (NRF-2017R1A2B4008053) e o Ministério do comércio, indústria e energia ( MOTIE, Coreia) sob tecnologia Industrial Inovação programa n º 10052802 e o Instituto de Coreia para o avanço da tecnologia (KIAT) através do programa de incentivo para as indústrias da região de cooperação económica (N0002310).

1. fabricação de estrutura de múltipla escala Nano-Micro superfície usando um filtro AAO (Figura 1)
<ol><li>Compre um filtro AAO com um tamanho de poro, altura e diâmetro de 200 nm, 60 µm e 25 mm, respectivamente.</li>
	<li>1.2. Limpe a superfície do filme polietileno tereftalato (PET) com uma espessura de 100 μm usar acetona com 99,8% e álcool isopropílico (IPA), com 99,9% por 5 min e completamente seco para 3 min usando uma pistola de ar.</li>
	<li>Coloque o filme PET sobre uma superfície plana, sem contaminantes e adicionar uma gota de 0,1 mL de UV-curable poliuretano-acrilato (PUA)-tipo de resina com uma viscosidade de 257,4 cPs para a superfície.</li>
	<li>Coloque o filtro AAO na resina e pressione uniformemente, usando um rolo de borracha com diâmetro de 32 mm. A propagação da resina é confirmada visualmente, então o rolo deve ser cuidadosamente e repetidamente empurrado ao pressionar. Atenção: O filtro da AAO é frágil e pode quebrar se aplicar força excessiva.</li>
	<li>Após a laminagem, expor a amostra feita com o filtro de PET e AAO (usando a resina em anexo) para UV luz com um comprimento de onda de 365 nm por 30 s a cura da resina.</li>
	<li>Mergulhe o espécime curado em 100 mL de solução de NaOH 2 M por 10 min para dissolver o filtro. Nota: As imagens SEM mostram a seção transversal e a superfície da estrutura (Figura 2).</li>
	<li>Limpar a amostra com água e, em seguida, seque-o completamente para 3 min usando uma pistola de ar. Nota: Análise EDX confirmou que ND e Al não foram detectados e foram completamente gravado (Figura 3).</li>
</ol>2. superfície tratamentos
<ol><li>Tratamento de ozônio UV</li>
	<li>Limpe o espécime com estruturas de múltipla escala nano-micro usando IPA e DI água por 5 min e, em seguida, seque-o com uma pistola de ar por 3 min.</li>
	<li>Irradiar o lado das estruturas de múltipla escala da amostra (o lado com estruturas de múltipla escala) usando raios UV (comprimento de onda de 185-254 nm) para 60 min. Nota: Os equipamentos de ozônio UV tem uma intensidade de 25 mW/cm2.</li>
	<li>Octadecyltrichlorosilane (OTS) Self-assembly</li>
	<li>Coloque um prato quente dentro da caixa de luva e manter um ambiente de2 N para um processo de deposição de vapor.</li>
	<li>Corrigi a borda da amostra em um vidro ou placa plana usando fita adesiva. Certifique-se de que o tamanho do vidro ou placa é grande o suficiente para cobrir o topo de um copo (com 8 mm de diâmetro e 13 mm de altura).</li>
	<li>Colocar o copo sobre a chapa com 5 "x 7" e adicionar 2 mL de solução de OTS para o copo com uma pipeta.</li>
	<li>Cobrir o béquer com vidro ou placa no rosto, com o espécime virada para baixo para o copo.</li>
	<li>Processo para 60 min a 100 ° C e, em seguida, remova a amostra da caixa de luva. Nota: Após o processo de OTS-revestimento, o recipiente e luvas devem ser limpos.</li>
</ol>3. fabricação de superfície funcional através da injeção de lubrificantes
<ol><li>Depósito de cerca de 0,2 mL de Perfluorocarboneto (PFC) líquido sobre o OTS-revestido agregados Self assembly de nanofibras.</li>
	<li>Observe o processo de umectação de PFC usando um microscópio óptico com uma lente objetiva em 5 X de X-20.</li>
	<li>Remova o excesso de líquido PFC, colocando as amostras na posição vertical por algumas horas.</li>
</ol>

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<li>Chen, G., Soper, S. A., McCarley, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free-standing%2C+erect+ultrahigh-aspect-ratio+polymer+nanopillar+and+nanotube+ensembles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Free-standing, erect ultrahigh-aspect-ratio polymer nanopillar and nanotube ensembles.</a> Langmuir. 23, 11777-11781 (2007).</li>
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</ol>

Os autores têm sem interesses financeiros concorrentes para divulgar.

A etapa chave na fabricação da Assembleia nanofibras Self agregados é garantir que o filtro AAO frágeis não quebra ao aplicar a resina com os rolos de borracha. Na verdade, deve ser assegurada que o filtro AAO não quebrar a qualquer momento antes da etapa de condicionamento. Porque o filtro AAO é 25 mm de diâmetro, o tamanho do substrato é aproximadamente 30 x 30 mm.
O assembly de nanofibras Self agregados permite-nos fornecer várias superfícies funcionais através do tratamento de superfície a...

Nanoescala texturizado estruturas tais como nanopartículas, nanotubos e nanofibras têm atraído a atenção da comunidade científica, como eles demonstram características únicas em várias aplicações, incluindo elétrica, biomédicas, óptica e superfície 1,2,3,4,5,6,7,8de engenharia. Em particular, Nanofibras são amplamente utilizadas em eletrodos stretchable e transparente9, wearable sensores10,11, interconexões12,13e aplicações de nano-óptica 14. entre os vários métodos de fabricação de estruturas em nanoescala, tais como métodos sol-gel, auto-montagem, litografia e replicação15,16,17,18, 19,20, replicação direta usando um modelo atualmente é considerado um método promissor porque é simples, econômico e aplicável a diversos materiais curável21,22 , 23 , 24 , 25 , 26.
Devido à sua estrutura múltipla escala tendo um grande número de poros de nano-escala e altura de micro escala, AAO é amplamente utilizado como modelo para a fabricação de nanofibras e nanotubos com uma alta proporção de27,28,29 , 30. no entanto, por causa da tensão superficial em uma alta proporção, nanofibras tendem facilmente agregar31,32,33. Pesquisa existente provou que nanofibras tendo uma proporção maior do que 15:1 não fica em pé mas ao invés de agregação, Considerando que aqueles que têm uma relação de menos de 5:1 são individualmente isolados sem agregação33,34. Força capilar e tensão superficial desempenham um papel importante após a remoção de alumina, usando um ácido, que é um dos processos durante a fabricação de nanofibras. Quando aumenta a taxa de proporção, a tensão superficial entre nanofibras tende a puxá-los mais perto um ao outro, causando a agregação. Vários estudos têm incidido sobre métodos para evitar tal agregação35, que é particularmente observado em polímero e nanofibras metálicas. Entre estes, hidratação da superfície de nanofibras pode reduzir a aglomeração, porque quando um líquido ocupa os espaços entre nanofibras, diminui a tensão superficial. Além disso, o método de liofilização também pode reduzir a agregação, diminuindo a tensão superficial entre nanofibras. No entanto, apesar de vários esforços, o endireitamento de nanofibras com uma alta proporção permanece um desafio.
Para este fim, nós relatamos um método exclusivo para a fabricação de estruturas de múltipla escala de nanofibras emaranhada, explorando o fenômeno de agregação em uma maneira positiva. Aqui, a estrutura de nanofibras é impresso usando um filtro AAO e poliuretano-acrilato (PUA)-tipo de resinas com uma viscosidade de 257,4 cP. Após a litografia de impressão UV nano (UV-zero), o molde é gravado com uma solução de NaOH. Para caracterizar as estruturas de múltipla escala propostas, investigamos os comportamentos padrão da amostra com nanofibras agregadas e a molhabilidade da superfície após tratamentos de superfície apropriados como o revestimento com uma monocamada auto montado e tratamento de ozônio UV . Além disso, propomos que a superfície porosa múltipla escala pode ser convertida simplesmente em uma superfície escorregadia, usando um processo de lubrificante-infundido.

<table><tbody><tr><td>MINS 511RM</td><td>Minuta Tech</td><td></td><td>Resina curável UV</td></tr><tr><td>Octadeciltriclorossilano (OTS)</td><td>Aldrich</td><td></td><td>Tratamento de superfície</td></tr><tr><td>Oxidanida de sódio</td><td>SAMCHUN</td><td></td><td>Solução de gravação</td></tr><tr><td>Anopore Membranas Inoganic</td><td>Whatman</td><td></td><td>25mm/0.2&micro; m</td></tr><tr><td>MT-UV-A 47</td><td>Meiji Techno</td><td></td><td>Equipamento de cura UV</td></tr><tr><td>UVC-30</td><td>Jaesung Engineering</td><td></td><td>UVO equipamento de tratamento</td></tr><tr><td>Smart Drop Plus</td><td>FEMTOFAB</td><td></td><td>Medição do ângulo de contato</td></tr><tr><td>Fluorinert FC-70</td><td>3M</td><td></td><td>mistura líquida de compostos alifáticos completamente fluorados</td></tr><tr><td>Filme de tereftalato de polietileno</td><td>Sunchem</td><td></td><td>Substrato</td></tr><tr><td>Acetona (99,8%)</td><td>Daejung</td><td></td><td>Solução de limpeza</td></tr><tr><td>Álcool isopropílico (99,9%)</td><td>Daejung</td><td></td><td>Solução de limpeza</td></tr><tr><td>Rolo de borracha</td><td>Hwahong</td><td></td><td>Para aplicação de resina</td></tr><tr><td>Corning Agitando Placas Quentes Corning</td><td></td><td></td><td>Equipamento de placa quente (5" x 7")</td></tr></tbody></table>

estruturas de múltipla escala agregadas por nanofibras impressos para superfícies funcionais

Multiscale Structures Aggregated by Imprinted Nanofibers for Functional Surfaces

Estruturas de superfície múltipla escala têm atraído interesse crescente devido a vários potenciais aplicações em dispositivos de superfície. No entanto, um desafio existente no campo é a fabricação de estruturas de micro-nano híbrido usando um método fácil, baixo custo e alta produtividade. Para superar estes desafios, este trabalho propõe um protocolo para fabricar estruturas de múltipla escala usando somente um processo de impressão com um filtro de óxido de alumínio anódico (AAO) e um processo de evaporação auto-agregação de nanofibras. Ao contrário das tentativas anteriores que apontam para endireitar nanofibras, vamos demonstrar um método de fabricação exclusivo para múltipla escala nanofibras agregados com altas proporções. Além disso, a morfologia superficial e molhabilidade destas estruturas em vários líquidos foram investigados para facilitar a sua utilização em superfícies multifuncionais.

Demonstrámos um método rápido e simples para a fabricação de estruturas de múltipla escala nano-micro híbrido usando um filtro AAO como um molde de impressão. Todo o processo levou 30 min (Figura 4). Observou-se que, depois de ser submetido a processo de decapagem com NaOH, a superfície resultante exibiu uma cor opaca e semelhante ao original filtro AAO, devido o assembly de nanofibras agregados causado por tensão superficial. Além disso, os resultados da aná...

Apresentado é um método fácil para fabricar estruturas de múltipla escala nano-micro, para superfícies funcionais, agregando nanofibras fabricadas usando um filtro de óxido de alumínio anódico.

Estruturas de múltipla escala agregadas por nanofibras impressos para superfícies funcionais

Multiscale surface structures have attracted increasing interest owing to several potential applications in surface devices. However, an existing ...

Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo do engenheiro para a superfície na compreensão da superfície funcional para morfologia tubular e molhabilidade. A principal vantagem de nossa abordagem é que ela permite a fabricação mais rápida de nanomicroestruturas multiescala usando apenas um processo de impressão com um filtro de óxido de alumínio anódico e uma autoagregação de nanofibras. Após o imprinting, os padrões de superfície replicados inicialmente exibiram superhidrofilicidade.Podemos alterar a disponibilidade da superfície das estruturas impressas usando o tratamento de origem UV e o revestimento monocamada automontado. Obtenha um filtro de óxido de alumínio anódico, ou AAO, com um tamanho de poro de 200 nanômetros, altura de 60 mícrons e diâmetro de 25 mililitros. Limpe a superfície com tereftalato de polietileno, ou filme PET, com 99,8% de acetona por cinco minutos, seguido de 99,9.álcool isopropílico por cinco minutos. Seque completamente o filme por três minutos usando uma pistola de ar. Em seguida, coloque o filme PET em uma superfície plana sem contaminantes.Adicione uma gota de 0,1 mililitro de resina tipo acrilato de poliuretano curável por UV com uma viscosidade de 257,4 CPS na superfície. Coloque o filtro AAO na resina e pressione uniformemente usando um rolo de borracha com um diâmetro de 32 milímetros. A propagação da resina é confirmada visualmente.O rolo deve ser repetido e empurrado com cuidado ao pressionar. O filtro AAO é quebradiço e pode quebrar se for aplicada força excessiva. Após a laminação, exponha a amostra feita com o filtro PET e AAO à luz UV com comprimento de onda de 365 nanômetros por 30 segundos para curar a resina.Em seguida, mergulhe a amostra curada em 100 mililitros de solução de hidróxido de sódio de dois molares por 10 minutos para dissolver o filtro. As imagens SEM mostram a superfície e a seção transversal da estrutura. Limpe a amostra com água deionizada.Em seguida, seque-o completamente por três minutos usando uma pistola de ar. Use a análise de raios-x por dispersão de energia para confirmar que o sódio e o alumínio não são detectados e estão completamente gravados. Para realizar o tratamento com ozônio UV, primeiro limpe a amostra com estruturas nanomicro multiescala usando álcool isopropílico por cinco minutos e depois água deionizada por cinco minutos.Seque a amostra lavada com uma pistola de ar comprimido por três minutos. Irradiar a amostra usando raios UV por 60 minutos usando equipamento de ozônio UV com uma intensidade de 25 miliwatts por centímetro quadrado. Para a automontagem OTS, coloque o local quente dentro do porta-luvas e mantenha um ambiente de nitrogênio para o processo de deposição de vapor.Para fins de filmagem, demonstraremos o procedimento em mock fora de um porta-luvas. Colocar um copo na placa de aquecimento e adicionar dois mililitros de solução OTS ao copo com uma pipeta. Cobrir o copo com o vidro ou a placa virados para dentro, com o provete virado para baixo no copo.Processe por 60 minutos a 100 graus Celsius antes de remover a amostra do porta-luvas. Para fabricar a superfície funcional injetando lubrificantes, deposite aproximadamente 0,2 mililitros por centímetro quadrado de líquido de perfluorocarbono no conjunto de nanofibra auto-agregada revestida com OTS. Observe o processo de umedecimento do perfluorocarbono usando um microscópio óptico com ampliação de cinco a 20 vezes.Por fim, remova o excesso de líquido de perfluorocarbono, colocando a amostra na posição vertical por algumas horas. Estruturas nanomicro híbridas multiescala obtidas pelo processo de impressão e autoagregação derivada da evaporação são mostradas aqui. É difícil medir o ângulo de contato devido à superhidrofilicidade da superfície fabricada.Curiosamente, após o tratamento com ozônio UV com tempo suficiente, a morfologia da superfície e a molhabilidade da superfície mudam de superhidrofilicidade para hidrofobicidade, com um ângulo de contato de 126,8 graus. Além disso, o ângulo de contato pode ser aumentado para 133,6 graus por um revestimento adicional da monocamada automontada. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo de superfícies projetadas explorarem a funcionalidade da superfície e a mudança de morfologia com o fenômeno de automontagem e tratamento de superfície adequado.Embora este método possa fornecer informações sobre a modificação da morfologia e molhabilidade da superfície, ele também pode ser aplicado a outras aplicações, como tecido via bisturi, filtros ambientais, disruptor de catalisador ou com óptica difusa, devido às suas estruturas porosas de maior escala.

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JoVE Journal

Engineering

Engenharia

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