Подготовка microfluidic жидкий кристаллический эластомер приводов

Общая цель этого микрофлюидного синтеза заключается в создании капиллярного копроточного микрофлюидного реактора, который позволяет воспроизводить большое количество микрочастиц жидкокристаллического эластомера с превосходными термическими активирующими свойствами. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области производства микроактуаторов LCE, например, как перерабатывать жидкокристаллические мономеры в термически активирующие микрочастицы с помощью микрофлюидных реакторов. Основное преимущество этого метода заключается в том, что быстрое производство частиц, а также различные формы, размеры и схемы срабатывания частиц доступны за счет тонкой настройки базовой микрофлюидной установки.

Для начала оборудуем стеклянную водяную баню с двумя перегородками. Затем проткните перегородками шилом, чтобы создать отверстие для позиционирования трубки с внешним диаметром 1/16 дюйма. Затем прикрепите фитинг и соответствующий наконечник для трубки наружного диаметра 1/16 дюйма к концу трубки из ПТФЭ.

Затем воткните в него кончик кремнеземного капилляра, покрытого полиамидом. Затем прикрутите трубку из ПТФЭ к одному из противоположных плеч Т-образного соединения полиэфирэфиркетона для трубки внешнего диаметра 1/16 дюйма, установленной на небольшом металлическом столе. Затем прикрепите фитинг и соответствующий наконечник к концу второй трубки из ПТФЭ.

Затем прикрутите трубку к боковому плечу Т-образного соединения. Далее вставьте третью трубку из ПТФЭ через одну из перегородок. Разрежьте третью трубку из ПТФЭ до второго шприцевого насоса снаружи водяной бани и конца трубки 1,1 внутри водяной бани.

Затем прикрепите два замка Люэра с внутренней резьбой для трубки наружного диаметра 1/16 дюйма. Далее вводим трубку через вторую перегородку. Затем соберите четвертую трубку из ПТФЭ с фитингом и наконечником.

После сборки трубки из ПТФЭ подсоедините трубку 1,4 к оставшемуся плечу Т-образного соединения, осторожно проведя ею по капилляру. Далее переложите водяную баню на горячую плиту. Затем зафиксируйте трубку 1,4 поверх прецизионной нагревательной пластины с помощью клейкой ленты.

Также прикрепите к концу пробирки стеклянный флакон объемом 5 мл. Теперь подсоедините концы трубок 1.2 и 1.3 к шприцам, заполненным непрерывной фазой и гидравлическим маслом, которые приводятся в действие шприцевыми насосами. Далее установите стереомикроскоп и смонтируйте источник ультрафиолетового света.

Добавьте в колбу 200 мг жидкокристаллического акрилата и еще два реагента. Затем, растворите смесь в 1 мл дихлорометана. Затем используйте вакуум при температуре 40 градусов Цельсия, чтобы полностью удалить растворитель и расплавить оставшееся твердое вещество при температуре 110 градусов Цельсия в масляной бане.

Далее подготовьте шприц с заусенцем к внутренней резьбе люэровского замка для трубки внутреннего диаметра 3/32 дюйма. Присоедините шприц и пятую трубку из ПТФЭ через соединительную трубку. С помощью шприца наберите мономерную смесь в пробирку.

Используйте два замка Люэра с наружной резьбой для трубки с наружным диаметром 1/8 дюйма и прикрепите оба замка к концам трубки 1,5, содержащей смесь мономера. В дальнейшем присоедините оба конца трубки 1,5 с внутренней резьбой Люэра с помощью фиксаторов Люэра к концам трубок 1,1 и 1,3. Затем наполните водяную баню и установите ее температуру на 90 градусов Цельсия, а температуру прецизионной нагревательной пластины на 65 градусов Цельсия.

После того, как смесь мономеров расплавится, установите скорость потока непрерывной фазы на значение от 1,5 до 2,0 миллилитров в час. И скорость течения мономерной фазы до разумного значения. Затем центрируйте капилляр внутри трубки и включите ультрафиолетовое излучение, когда начнут образовываться капли аналогичного размера.

Соберите фракции полимеризованных частиц в стеклянный флакон объемом 5 мл, прикрепленный к концу пробирки 1,4. Обратите внимание на изменение цвета и образование частиц под воздействием ультрафиолетового света. Затем, чтобы смонтировать установку Януса, оборудуйте стеклянную водяную баню диаметром 190 миллиметров с двумя перегородками.

Проткните перегородки шилом, чтобы создать отверстие для позиционирования трубки с внешним диаметром 1/16 дюйма. Затем вставьте два параллельно выложенных капилляра из плавленого кремнезема во втулку трубки. Используйте суперклей для герметизации рукава.

Пусть короткий капилляр выходит примерно на три миллиметра из одной стороны рукава. Затем прикрепите фитинг и наконечник к обоим концам втулки трубки. Затем прикрутите втулку к одному из противоположных рычагов каждого Т-образного соединения, чтобы соединить два Т-образных соединения.

Установите оба Т-образных соединения на небольшой металлический столик. Просуньте трубку из ПТФЭ через перегородку на водяной бане. Оснастите его фитингом и наконечником и подсоедините его к капилляру и оставшемуся противоположному плечу Т-образного перекрестка.

Подсоедините другую трубку с наконечником и фитингом, прикрепленным к одному концу, к освобожденному боковому плечу первого Т-образного соединения. Рядом с трубкой 2.1 прикрепите еще одну трубку из ПТФЭ через второе отверстие в перегородке. Далее добавьте два внутренних замка Люэра для трубки наружного диаметра 1/16 дюйма к свободным концам трубок 2,2 и 2,3 внутри водяной бани.

Подсоедините четвертую трубку из ПТФЭ с фитингом и наконечником к боковому плечу второго Т-образного соединения. Осторожно наденьте трубку 2,5, оснащенную фитингом и наконечником с обеих сторон, на капилляры и соедините ее с оставшимся плечом Т-образного соединения два. Затем вставьте шестую трубку из ПТФЭ через другую перегородку и прикрепите фитинг и наконечник к концу внутри водяной бани.

Соедините пятую и шестую трубки из фторопласта с помощью переходника. Далее закрутите трубку, содержащую смесь мономера, между концами трубок 2,2 и 2,3. Далее устанавливаем водяную баню на горячую плиту с термометром.

Заглушите трубку 2.1 в шприце, содержащем водную фазу, трубку 2.3 в шприц, содержащую гидравлическое масло, и трубку 2.4 в непрерывную фазу. Затем прикрепите шестую трубку с помощью клейкой ленты поверх прецизионной нагревательной пластины. Далее прикрепите стеклянный флакон объемом 5 мл к концу пробирки.

Затем центрируйте капилляры внутри трубки и установите источник ультрафиолетового излучения на полимеризационную трубку 2,6 на прецизионной нагревательной пластине. Для установки оболочки сердечника сначала прикрепите фитинг, а затем наконечник к обоим концам трубки из флоринированного этилена и пропилена. Затем просуньте капилляр из плавленого кремнезема через рукав таким образом, чтобы он выступал примерно на три миллиметра с одной стороны.

Используйте другой, более тонкий капилляр и введите его через больший капилляр таким образом, чтобы более тонкий выступал на несколько миллиметров из его более длинной стороны. Исследования показывают, что частицы диаметром от 200 до 400 микрометров образуются при расходе от 1,50 до 2,00 мл в час непрерывной фазы, в то время как отношение расхода непрерывной фазы к мономерной фазе колеблется от 20 до 200. Эти изображения с помощью оптической микроскопии показывают морфологию частиц, в которой частица вытянутой формы удлиняет свою ось вращения при синтезе в более широкой полимеризационной трубке.

Эти стержневидные частицы синтезируются за счет удлинения с более высокими темпами в процессе полимеризации в более тонкой трубке с внутренним диаметром 0,5 миллиметра. Эта частица сжимается вдоль своей оси вращения во время фазового перехода. Здесь представлено удлинение и сжатие приводящих в действие частиц ядра-оболочки и стержневых частиц Януса.

При построении графиков срабатывания отдельных частиц LCE кривые нагрева и охлаждения частиц показывают, что наиболее сильное срабатывание частиц происходит при самой высокой скорости потока, где обе кривые образуют гистарезис. Интересно, что не происходит снижения срабатывания частиц даже в течение 10 циклов срабатывания. После освоения эта микрофлюидная установка может быть приготовлена за один час, а синтез частиц занимает от одного до двух часов, если он выполнен правильно.

После своего развития этот подход открывает новые возможности для исследователей в области обработки жидкокристаллических эластомеров, что позволяет изготавливать микрочастицы различной формы с различными схемами срабатывания. При проведении этой процедуры важно помнить о необходимости работы в условиях, не подверженных ультрафиолетовому излучению, и использовать чистые микрофлюидные компоненты, чтобы предотвратить засорение во время производства микрофлюидных частиц. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как обрабатывать смеси жидкокристаллических мономеров в капиллярном микрофлюидном реакторе, имеющем различные температурные зоны для работы с различными жидкокристаллическими состояниями.