तीन आयामी (3 डी) microstructured समग्र मुस्कराते हुए 3 डी झरझरा microfluidic नेटवर्क में nanocomposites का निर्देश दिया और स्थानीय घुसपैठ के माध्यम से गढ़े हैं. इस निर्माण विधि के लचीलेपन कार्यात्मक 3 डी प्रबलित nanocomposite macroscopic उत्पादों की एक किस्म प्राप्त करने के लिए विभिन्न thermosetting सामग्री और nanofillers का उपयोग सक्षम बनाता है.
जटिल तीन आयामी (3 डी) के साथ मजबूत बनाया microstructured समग्र मुस्कराते हुए नमूनों nanocomposite microfilaments microfluidic नेटवर्क 3 डी का nanocomposite घुसपैठ के माध्यम से परस्पर गढ़े हैं. प्रबलित बीम का निर्माण, एक वितरण रोबोट का उपयोग कर एक कम चिपचिपापन राल का उपयोग filaments के बीच खाली जगह भरने, राल इलाज और अंत में हटाने पर भगोड़ा स्याही तंतुओं की परत दर परत बयान शामिल है जो microfluidic नेटवर्क के निर्माण के साथ शुरू होता है स्याही. अन्य geometries और कई परतों (जैसे कुछ सैकड़ों परतों) के साथ आत्म समर्थित 3 डी संरचनाओं इस विधि का उपयोग कर बनाया जा सकता है. परिणामस्वरूप ट्यूबलर microfluidic नेटवर्क फिर nanofillers (जैसे एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब) युक्त thermosetting nanocomposite निलंबन के साथ घुसपैठ की, और बाद में ठीक हो रहे हैं. घुसपैठ खाली n के दोनों सिरों के बीच एक दबाव ढाल लागू करने के द्वारा किया जाता है(एक निर्वात या वैक्यूम की सहायता microinjection लगाने से या तो) etwork. पिछले घुसपैठ करने के लिए, nanocomposite निलंबन तरीकों मिश्रण ultrasonication और तीन रोल का उपयोग बहुलक matrices में nanofillers dispersing द्वारा तैयार हैं. nanocomposites (घुसपैठ यानी सामग्री) तो एक 3 डी प्रबलित समग्र संरचना में जिसके परिणामस्वरूप, यूवी जोखिम / गर्मी इलाज के तहत जम कर रहे हैं. यहाँ प्रस्तुत तकनीक ऐसे actuators और सेंसर के रूप में के लिए आवेदन microengineering कार्यात्मक nanocomposite macroscopic उत्पादों के डिजाइन सक्षम बनाता है.
Nanomaterials, विशेष रूप से कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) बहुलक matrices में शामिल का उपयोग बहुलक nanocomposites ऐसे संरचनात्मक कंपोजिट 2, microelectromechanical सिस्टम 3 (जैसे microsensors), और स्मार्ट पॉलिमर 4 के रूप में संभावित अनुप्रयोगों के लिए multifunctional गुण 1 शामिल हैं. तरीकों मिश्रण CNT उपचार और nanocomposite सहित कई प्रसंस्करण कदम मैट्रिक्स में CNTs फैलाने अभीष्टतापूर्वक के लिए आवश्यक हो सकता है. CNTs 'पहलू अनुपात के बाद से उनके फैलाव राज्य और सतह के उपचार मुख्य रूप से बिजली और यांत्रिक प्रदर्शन को प्रभावित, nanocomposite प्रसंस्करण प्रक्रिया एक लक्षित आवेदन 5 के लिए वांछित गुणों के आधार पर भिन्न हो सकते हैं. इसके अलावा, विशिष्ट लदान की स्थिति के लिए एक यात्रा की दिशा साथ CNTs aligning और भी वांछित स्थानों पर सुदृढीकरण स्थिति के इन यांत्रिक और / या बिजली के गुणों की आगे सुधार सक्षम NAnocomposites.
कतरनी के प्रवाह 6-7 और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के रूप में 8 कुछ तकनीकों एक बहुलक मैट्रिक्स में एक वांछित दिशा साथ CNTs संरेखित करने के लिए इस्तेमाल किया गया है. इसके अलावा, CNT अभिविन्यास विशेष रूप से एक आयाम (1 डी) में, आयामी बाधा से प्रेरित और दो आयाम (2 डी), nanocomposite सामग्री 9-11 का गठन / प्रसंस्करण के दौरान देखा गया है. हालांकि, विनिर्माण प्रक्रियाओं पर नए अग्रिमों अभी भी इष्टतम स्थितियों के लिए एक उत्पाद के निर्माण के दौरान तीन आयामी (3 डी) अभिविन्यास और / या नैनोट्यूब सुदृढीकरण की स्थिति की पर्याप्त नियंत्रण की अनुमति की जरूरत है.
इस पत्र में, हम बहुलक nanocomposite निलंबन के साथ एक 3 डी microfluidic नेटवर्क (चित्रा 1) के निर्देश दिया और स्थानीय घुसपैठ के माध्यम से 3 डी प्रबलित समग्र मुस्कराते हुए निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं. सबसे पहले, एक 3 डी का निर्माण microfluidic परस्परनेटवर्क प्रत्यक्ष लिखना epoxy substrates पर भगोड़ा स्याही filaments का निर्माण 12-13 (आंकड़े 2A और 2 बी), epoxy encapsulation के बाद (चित्रा 2C) और बलि स्याही हटाने चित्रा (2 डी) शामिल है, जो प्रदर्शन किया है. प्रत्यक्ष लिखना विधि एक तरल पदार्थ एक्स के साथ मशीन, वाई, जेड और कुल्हाड़ियों (चित्रा 3) चलता है कि एक कंप्यूटर नियंत्रित रोबोट के होते हैं. इस तकनीक photonic, MEMS और जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए 3 डी microdevices (चित्रा 4) के निर्माण के लिए एक तेज और लचीला तरीका प्रदान करता है. फिर, nanocomposite तैयारी 3D प्रबलित multiscale कंपोजिट निर्माण करने के लिए अलग नियंत्रित और लगातार दबाव के तहत झरझरा नेटवर्क में अपनी घुसपैठ (या इंजेक्शन) के साथ साथ प्रदर्शन किया है (आंकड़े 2 ई और 2 एफ). अंत में, उनके संभावित अनुप्रयोगों के साथ कुछ प्रतिनिधि परिणाम दिखाए जाते हैं.
यहाँ प्रस्तुत प्रयोगात्मक प्रक्रिया सामग्री डिजाइन प्रयोजनों के लिए बहुलक आधारित सामग्री के यांत्रिक प्रदर्शन दर्जी के क्रम में एक नया और लचीला निर्माण विधि है. इस विधि का प्रयोग, वांछित गुण उचित घटकों (यानी घुसपैठ की सामग्री और मुख्य मैट्रिक्स) के चुनाव के साथ ही समग्र संरचना इंजीनियरिंग पर आधारित प्राप्त किया जा सकता है. सबसे पहले, तकनीक घटकों के उन 15 bulks की तुलना में अलग है जो एक अनूठा तापमान पर निर्भर सुविधा का प्रतिनिधित्व विभिन्न thermosetting पॉलिमर से बनी एक भी सामग्री के निर्माण में सक्षम बनाता है. Nanofillers समान रूप से पूरे मैट्रिक्स के माध्यम से वितरित कर रहे हैं जिसके द्वारा अन्य nanocomposite निर्माण की तकनीक पर मौजूद तकनीक का एक और लाभ स्थानिक इन 3 डी प्रबलित समग्र मुस्कराते हुए में वांछित स्थानों पर सुदृढीकरण जगह करने की क्षमता है. इस वजह से यह स्थिति क्षमता के लिए, संभवतः महंगा नैनो का एक कम राशिfillers के एक विशिष्ट यांत्रिक प्रदर्शन 13 को प्राप्त करने की जरूरत है. सुदृढीकरण पैटर्न स्याही पाड़ की मूल प्रत्यक्ष लेखन का अनुसरण करता है के बाद से, एक दिया परत में filaments 'रिक्ति भगोड़ा स्याही के viscoelastic गुणों के कारण लगभग दस बार स्याही filaments व्यास तक सीमित है. दूसरी ओर, एक छोटा सा अंतर रखने epoxy encapsulation चरण के दौरान तरल epoxy के प्रवाह को सीमित कर सकता है. इसके अलावा, स्याही रेशा व्यास निर्माण (उच्च चिपचिपा स्याही से जैसे बाहर निकालना) और इस तरह के microfluidic नेटवर्क में nanocomposite घुसपैठ के रूप में बाद विनिर्माण चरणों में आसानी के लिए (जैसे 50 माइक्रोन से ऊपर) इतना बड़ा होना चाहिए.
Nanofillers अच्छी तरह से कर रहे हैं अगर वर्तमान पद्धति का एक और संभावित, उच्च गति / दबाव पर nanocomposite घुसपैठ से कतरनी प्रवाह 16 के तहत प्रवाह दिशा में CNTs व्यक्ति या अन्य nanofillers aligning की क्षमता हो सकती हैNanocomposite मिश्रण प्रक्रिया के दौरान में छितरी हुई है. हालांकि, संरेखण के एक उच्च डिग्री ही घुसपैठ के दौरान नेटवर्क में हवा फंसाने का कारण हो सकता है जो (कारण छोटे चैनल व्यास को) बहुत अधिक घुसपैठ के दबाव, कम से प्राप्त किया जा सकता है.
चित्रा 6 में प्रतिनिधि ऑप्टिकल छवियों प्रोटोकॉल 2 में प्रस्तुत मिश्रण प्रक्रिया (चित्रा के तल पर दो तस्वीरें) द्वारा तैयार nanocomposites दिखा. मनाया काले धब्बे नैनोट्यूब समुच्चय माना जाता है. (~ 1 माइक्रोन के एक औसत के साथ) समुच्चय के आकार का एक कठोर परिवर्तन कतरनी मिश्रित nanocomposite के लिए मनाया जाता है, जबकि ultrasonicated nanocomposite लिए, अप करने के लिए ~ 7 माइक्रोन की एक व्यास के साथ माइक्रोन आकार समुच्चय मौजूद हैं. Nanofiller फैलाव निर्मित 3 डी nanocomposite मुस्कराते हुए यांत्रिक और बिजली के गुणों को प्रभावित करता है के बाद से, एक बेहतर फैलाव नेन की 3 डी स्थिति का पूरा लाभ लेने के लिए हासिल किया जाना चाहिएवर्तमान उत्पादन तकनीक का उपयोग कर ofillers. इसलिए, एक आगे के अध्ययन के लिए व्यवस्थित नैनोट्यूब का फैलाव राज्य अमेरिका और अधिक आसानी से epoxy मैट्रिक्स के भीतर फैलाया जा सकता है जो अन्य nanofillers, के उपयोग की जांच करने की जरूरत है.
वर्तमान उत्पादन तकनीक microengineering आवेदन 17 के लिए कार्यात्मक 3 डी nanocomposite उत्पादों के डिजाइन के लिए सक्षम हो सकता है. तकनीक इस अध्ययन में इस्तेमाल सामग्री तक ही सीमित नहीं है. इसलिए, इस तकनीक के आवेदन के अन्य thermosetting सामग्री और nanofillers का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है. कई अनुप्रयोगों के अलावा, संरचनात्मक स्वास्थ्य की निगरानी, कंपन अवशोषण उत्पादों और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उल्लेख किया जा सकता है.
The authors have nothing to disclose.
लेखकों FQRNT (ल Fonds Québécois डी ला Recherche सुर ला प्रकृति एट लेस टेक्नोलॉजीज) से वित्तीय सहायता को स्वीकार करते हैं. इस लेखक प्रो मार्टिन लेवेस्क, प्रो मेरा अली अल Khakani और डॉ. ब्राहिम Aissa की सलाह का समर्थन शुक्रिया अदा करना चाहूँगा.
Dispensing Robot | I & J Fisnar | I & J2200-4 | – |
Robot software | I & J Fisnar | – | JR-Point Dispensing |
Syringe Barrel | Nordson EFD Inc. | 7012072 | 3cc |
Dispensing Nozzle | Nordson EFD Inc. | 7018225 | Stainless Steel Tip (ID: 0.51 mm) |
Dispensing Nozzle | Nordson EFD Inc. | 7018424 | Stainless Steel Tip (ID: 0.15 mm) |
Fluid Dispenser | Nordson EFD Inc. | HP-7X | – |
Fluid Dispenser | Nordson EFD Inc. | 800 | – |
Live camera | MediaCybernetics | QI, Cool, Color | 12 Bit, Qimaging |
Live Camera Software | Image-pro Plus | – | Version 6 |
Precision Saw | Buehler (IsoMet) | 622-ISF-03604 | Low-Speed Saw |
Flexible plastic Tube | Saint-Gobain PRL Corp. | Tygon 177936 | – |
Stirring hot plate | Barnstead international | SP131825 | – |
Vacuumed-oven | Cole-Parmer | EW-05053-10 | – |
Ultrasonic cleaner | Cole-Parmer | EW-08891-11 | – |
Three-roll mill mixer | Exakt Technologies | Exakt 80E | – |
Dynamic Mechanical Analyzer | TA Instruments | DMA Q800 | – |
UV-lamp | Cole Parmer | RK-97600-00 | Intensity of 21mW/cm² |