Summary
Hier stellen wir ein Protokoll frei aufgehängten, Mikron / Sub-Mikrometermaßstab Polymerfasern und Strukturen "web-like" durch automatische Direktschreibverfahrens mittels einer 3-Achsen-Ausgabesystem erzeugten fertigen.
Introduction
In den letzten Jahrzehnten eine Vielzahl von Herstellungstechniken, wie Nassspinnen, Trockenspinnen und Elektrospinnen, wurden eingesetzt, um neue Polymerfaserstrukturen mit vielfältigen und robust biologische, chemische, elektrische und mechanische Eigenschaften 1-12 erstellen. Obwohl diese Spinntechniken erzeugen können suspendiert dreidimensionale Fasern, sind sie in ihrer Fähigkeit zur Faserausrichtung präzise Steuerung in drei Dimensionen, da Faserablage über diese Prozesse sind in der Natur zufällig beschränkt. Darüber hinaus sind diese Techniken in ihrer Abmessungsbereich zur Faserherstellung beschränkt ist; Insbesondere durch Nass- und Trockenspinnen hergestellten Fasern variieren im Durchmesser von einigen zehn bis hundert Mikrometer, während das Elektro liefert Fasern mit Durchmessern von einigen zehn Nanometern auf einer einzigen 13 Mikron.
Um eine genauere Steuerung der Faserorientierung in 3-D-Raum zu bieten, eine Eigenentwicklung unserer Gruppe-assemble oder "Direktschreib" Faserherstellungsverfahren, die direkt wirft ein Polymermaterial aus einem hohlen Kapillare und dann zieht einzelnen Filamenten, die dünn und unter Ausnutzung der Oberflächenspannung angetriebenen Strömungsmechanik 14 in vorhersehbaren Faserdurchmesser zu verfestigen. Unsere ersten Direktschreibsystem zur Erhöhung der Kontrolle der Faserposition und Durchmesser bestand aus einer individuell gefertigter gefederte Kartuschen an der Spitze einer nach Maß Ultra High Precision Mikrofräsen Machine (Abbildung 1) angebracht ist. Die UHPMM hatte eine Stufe mit einer Positionsauflösung von 1,25 nm in der X und Y-Richtung und 20 nm in Z-Richtung, die programmatisch gesteuert wurde Mikron und Submikron-Maßstab Drähte und Strukturen zu schaffen. Eine Einschränkung dieses bestimmten Direktschreibsystem war das Fehlen von Flusskontrolle der Polymerlösung durch die Nadelspitze. Obwohl die gefederte Dosiersystem erfolgreich generiert konstant flow durch die Spitze wurde ein kontinuierlich erweitert kugelförmigen Wulst aus Polymerlösung am Auslaß der Spritzenspitze, die in Größe und Volumen in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen variiert erstellt.
Abbildung 1. Foto von Ultra High Precision Mikrofräsen Machine:. Die erste Direktschreibsystem bei der Herstellung von Mikrometer / Sub-Mikron-Skala Strukturen beschäftigt Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Die Inkonsistenz dieser Quelle Wulst beeinflusst die Fähigkeit des Systems, um wiederholt zu fertigen Drähte eines vorgegebenen Durchmessers. Wenn auch Strukturen wurden erfolgreich mit diesen Direktschreibverfahren erzeugt würden Verbesserung des Verfahrens durch Erhöhung der Steuerung des Durchflusses des Polymerlösung für mehr preci ermöglichense, vorgeschriebenen Faserdurchmesser durch Regulierung der Größe der Kügelchen an der Spitze der Spritze. So beschreibt diese Arbeit die Durchführung einer 3-Achsen-automatisierten Abgabesystem mit pneumatisch betätigten Abgabeventil genau zu steuern, die Polymerlösung Flussrate und Kopfperle Größe der vorgeschriebenen create, micron / Sub-Mikrometer-Strukturen aufgehängt.
Protocol
1. Ausrüstung Set-up
- Zubauen Abgabesystem und verbinden Ventilsteuerung und Spritzenkörper zum Pneumatikquelle über einen Druckregler, um den Druck auf 15 psi eingestellt, die Polymerlösung von der Nadelspitze mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,45 ml / min abzugeben.
- Legen Sie die 3-Achsen-Roboter und Abgabesystem in eine Wärmekammer, um eine stabile Arbeitsumgebung (Abbildung 2) zu gewährleisten.
- Installieren Joint-Robot Control Points (JR-C-Punkte) Software, die vom Systemhersteller und schließen 3-Achs-Roboter mit einem Computer über serielle Schnittstelle.
- Montieren Sie Zapfventil, um 3-Achsen-Roboter und installieren Nadelspitze auf das Ventil.
- Richten Sie die Roboter-Bühne Platte nach den Richtlinien des Herstellers, um Flachheit in Bezug auf die Höhe der Ventilspitze 15 zu gewährleisten.
- Bauen Sie ein Feedback-gesteuerte Heizung in dem Gehäuse, um das Klima hinzuzufügen.
Abbildung 2. (A) 3-Achsen-Roboter mit Abgabe erforderliche Zubehör in einem Gehäuse untergebracht ist; und (B) Nahaufnahme Bild des Abgabeventils mit angeschlossenem USB-Mikroskop für die Visualisierung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
2. Experimentelle Materialien und Controlling Factors
- Steuern Faktoren und deren Kombination.
- Variieren von 1% Geschwindigkeit (5 mm / sec) Vorschubgeschwindigkeit bis zu 100% (500 mm / s), die von der JR C-Points-Software. Für diese Anwendung mit einem 2% Geschwindigkeit (10 mm / sec) auf die Herstellung Faserstrukturen in dieser Arbeit vorgestellt.
- Vary Polymerlösung Konzentrationen auf bestimmte Viskosität, Oberflächenspannung und die Volatilität Parameter erforderlich zu erreichenzur gewünschten Anwendung. Für diese Anwendung verwenden eine 24% Polymethylmethacrylat (PMMA) in Chlorbenzol-Lösung, die in dieser Arbeit vorgestellten Faserstrukturen herzustellen.
- Vary Steuerventil Abgabezeit von 0,02 s bis 1 s, um Lösungen über pneumatische Luft auszuwerfen. Für diese Anwendung verwenden, 0,02 sec, um die in dieser Arbeit vorgestellten Faserstrukturen herzustellen.
- Wählen Sie einen Messgröße von hochpräzisen Nadelspitzen zu Polymerlösungen zu verzichten. Für diese Anwendung verwenden eine 30 G (Innendurchmesser (ID) = 152,4 um) Spitze, die in dieser Arbeit vorgestellten Faserstrukturen herzustellen.
- Stellen Sie den Betriebstemperaturbereich zwischen 70 ° F bis 100 ° F in der thermisch isolierten Box, um eine konstante Verdampfungsrate der Polymerprobe zu erhalten. Für diese Anwendung verwenden, eine Temperatur von 70 ° F, die in dieser Arbeit vorgestellten Faserstrukturen herzustellen.
- Herstellung von Polymerlösungen.
- MischenPolymerharze von Polymethylmethacrylat (PMMA; 0,72 g) mit dem Lösungsmittel Chlorbenzol (2,28 g) unter einer chemischen Strömungshaube.
- Berechnen des Gewichts des Polymers (PMMA) und deren Lösungsmittel (Chlorbenzol), um die gewünschte Konzentration des Polymers in Lösung zu erreichen. Für diese Anwendung verwenden eine 24% Polymethylmethacrylat (PMMA) in Chlorbenzol-Lösung, die in dieser Arbeit vorgeFaserStrukturen herzustellen.
- Platzieren gewünschte Menge an Polymer-Pulver / Kunstharz in Glasfläschchen. Für diese Anwendung verwenden 0,72 g PMMA-Harz, um eine 24% ige Konzentration von PMMA zu erreichen.
- Übertragen Sie Lösungsmittel auf Polymer innerhalb Fläschchen mit einer Pipette, bis die Gesamtgewicht von 3 g erreicht ist.
- Mischen Sie das Fläschchen für 1 min auf dem Vortex-Schüttler und mit Ultraschall verarbeiten sie 5 Stunden, um das Polymerpulver / Harz vollständig zu lösen.
- Überprüfen Sie die Transparenz der Lösungen, wenn es irgendeine Trübung oder Opazität zu Probe weiter, bis klar beschallen.
- Viskositätsmessung von Polymerlösungen.
- Measure Lösungsviskositäten über Kegel-Platte-Viskosimeter (zB LVDV-II + und RVDV-II +) 16.
- Last 0,5 ml bekannter Viskosität Standardprobe (a Glycerinbasis und Wasser-Mischung), die vom Hersteller bereitgestellt Viskosimeter, das Viskosimeter, um Fehler bei den Viskositätsmessungen minimiert kalibrieren. Der Hersteller versorgte eine Vielzahl von Standard-Proben für die Kalibrierung des Viskosimeters. Verwenden Sie die Glycerin-basierten Standardprobe mit einer Viskosität von 100.000 cP.
- Verbinden Sie Wassermantel zu Viskosimeter, um die Testflüssigkeit auf einem konstanten Betriebstemperatur zu halten.
- Starten Testflüssigkeit Messung, indem Sie den Ein- / Ausschalter in die Position, um die Drehung der Spindel zu starten. Sobald der Wert des Drehmoments auf der Anzeigetafel stabilisiert hat, aufzeichnen das Drehmoment und die Berechnung der endgültigen Viskositäten unter Verwendung der Beziehung zwischen dem Drehmoment, Spindel Multiplizierer konstant und die Geschwindigkeit der Spindel 16
wobei die Viskosität ist RPM die Drehzahl der Spindel auf Konus befestigt ist, ist die TK das Drehmoment (0,09373 für LVDV-II +, 1 für RVDV-II +) SMC ist die Spindel Multiplizierer Konstante, die von speziellen Spindel hängt während der Viskosität verwendet Messung. Für diese Studie wurde das CP-52 Spindel verwendet, die eine Spindel Multiplikatorkonstante von 9,83 hat.
- Oberflächenspannungsmessung von Polymerlösungen.
- Messverfahren bezieht sich auf die Wilhelmy-Technik. 14
- Zeigen 1 ml Testlösungen in einem Glasfläschchen auf eine hochauflösende Waage (Stufenauflösung = 0,001 g). Tauchen Sie einen Glasstab von bekannten Durchmesser in Testlösungen.
- Kontrollieren Sie die Position der Stange über eine Servo- oder Schritt gesteuerte Linearantrieb zur Oberfläche berühren und teilweise in Testlösungen eintauchen mit Null-Kontakt.
- Überwachung und Aufzeichnung der Änderung der Massenmessung auf die Waage, wennEntfernen Stange aus Lösung Oberfläche.
- Berechnen der Oberflächenspannung von Kraftänderung, Umfang des Stabes und der Kontaktwinkel des Fluids an der Stange.
wo ist der benetzte Umfang der Stange (l = 10,05 mm Durchmesser = 3,2 mm), ist θ Kontaktwinkel von Flüssigkeit auf der Stange, ist F Kraftänderung aufgrund der Spannung der Testflüssigkeitsoberfläche an der Spitze der Stange.
- Stoffübergangskoeffizienten Messung von Lösungen.
- Messen Stoffübergangskoeffizienten von Polymerlösungen durch thermogravimetrische Analyse. 14
- Last 30 ul der 24% (nach Gewicht) PMMA Polymerlösung auf einer Platinplatte vor der Tarierung der Waage.
- Entlüftungskammerprogramm das Gerät auf die gewünschte Arbeitstemperatur (70 ° F) für 2 h durchgeführt, um Masse von der Ziellösungen zu überwachen.
- Berechnen Sie die Stoffübergangskoeffizienten durch Änderungen in der Masse der Lösung,Fläche Lösung / Luft-Grenzfläche und Dichte.
wobei m (t) die Masse der PMMA-Lösungen, A die Fläche der Lösung / Luft-Grenzfläche (entspricht 78,5 mm 2 für Standardplatte) ist mPOLYMER die Polymermasse in der Lösung und die Dichte der Lösung.
3. mit Direktschreibversuchsdurchführung
- Spendersystem Probenbeladung Protokoll.
- Last 3 ml Polymerlösung in den Spritzenzylinder, legen Kolbens in den Spritzenzylinder zu inkonsistenten Druckluftverteiler eliminieren.
- Drehen Sie die Einlassleitung Adapter auf dem Spritzenzylinder, schließen Sie es an die Source-Leitung Luftschlauch.
- Wählen Sie die gewünschte Messgröße der Präzisionsnadelspitze zu Experiment durchzuführen.
- Auf der Ausgabe Controller Panel, wechseln in den Zustand zu reinigen und klicken Sie auf "Zyklus", um das Ausgabeventil mit Polymer so zu füllensung, bis von der Nadelspitze ausgestoßen.
- Wischen Restpolymerlösung von der Spitze in der Vorbereitung einer programmierten Faserschreibprozedur.
- Direktschreibpolymerfasern mit 3-Achsen-Roboter und Ausgabesystem.
- Bestimmen Sie den Roboter Stufe versetzt, um die Spitze der Dosiernadel aus der Standard-Ausgangsposition in die Initiationspunkt der vorgeschriebenen Mikro- / Sub-Mikrometer Faserstruktur neu gezeichnet werden soll. Mount ein USB-Mikroskop (Vergrößerung = 200X) zur Abgabesystemventil Halterung, die sich entlang der Z-Achse übersetzt. Auf der Spenderspitze eine manuelle Fokussierung durch Einstellen der Fokussierknopf auf dem USB-Mikroskop, das in genauer Positionierung der Ventilspitze auf die gewünschte Stelle, vorgefertigten Substrats oder Gerät erleichtern.
- Erstellen / Design der gewünschten Faserstrukturmuster (Figuren 3A, 4A und 5A) mit Hilfe eines CAD-Softwarepaket. Eingabe der räumlichen Koordinaten (x, y, z) in der Robot JR-C Steuerungssoftware für alle Einleitung und Beendigung Punkte in sequentieller Reihenfolge in Bezug auf das gewünschte Muster in dem CAD-Programm (3B, 4B und 5B) erstellt. 15
- Bringen Sie das ausgefüllte Faserstruktur-Design-Programm vom Computer an den Roboter, indem Sie auf "senden C & T Data" unter dem Robot-Menü innerhalb der JR-C-Software 15.
- Last 3 ml PMMA Lösungsprobe bekannter Konzentration (24%) in den Spritzenzylinder, Spülventil und Nadel gesetzt alle Ausgabeparameter für die Ventilsteuerung und Robotersteuersoftware.
- Zeigen vorgefertigten Substrat, auf dem Roboter Bühne Platte, schließen Sie die thermische Gehäusetüren auf Umgebungsluftstrom, der instabilen Verdampfen der Polymerlösung auslösen können zu vermeiden.
- Schreiben beginnen die Fasern auf das Substrat, indem Sie auf den Roboter-Menü von der JR-C-Software und wählen Sie "Test läuft" 15.
- DC-Sputter-Beschichtung eines leitfähigen Goldmetallschicht für 2 min, bis eine 2 nm dicke Goldschicht auf die gezogenen Fasern aufgebracht, um die Visualisierung der Fasern in dem Rasterelektronenmikroskop ermöglichen.
- Der Durchmesser und die Struktur der Fasern mittels Rasterelektronenmikroskop 17. Mikroskopparameter: Hochspannungsebene: 2.00 kV; Ziel: InLens, Arbeitsabstand (9,0 mm).
- Führen Sie das Dosiersystem Reinigungsverfahren unter einer chemischen Flow-Haube.
- Legen Sie das Dosiersystem in einer chemischen Flow-Haube, um den Reinigungsvorgang durchzuführen.
- Zerlegen Nadelventil nach dem Protokoll des Herstellers.
- Ort alle Metallteile in ein Becherglas gießen Aceton in den Becher bis alle Teile eintauchen.
- Becherglas in einem Ultraschallbad für 30 Minuten, um alle Polymerreste zu entfernen.
- Sie alle Teile unter fließendem DI Wasser spülen, dann verwenden Sie Luftpistole, um sie trocken zu blasen.
Abbildung 3. (A) Beispiel entwickelt "quad" Web-Struktur auf einem 10 mm x 10 mm Rahmen, (B) sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Raum Anweisungen in JR C-Punkt-Software eingegeben werden. Bitte klicken Sie hier, um einen Blick Größere Version der Figur.
Abbildung 4 (A) Beispiel entwickelt "symmetrisch" Web-Struktur auf einem 10 mm x 10 mm Rahmen, (B) sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Raum Anweisungen in JR C-Punkt-Software eingegeben werden.blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 5 (A) Beispiel entwickelt "Dual Chevron" Web-Struktur auf einem 10 mm x 10 mm Rahmen, (B) sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Raum Anweisungen in JR C-Punkt-Software eingegeben werden. Bitte klicken Sie hier, um zu sehen eine größere Version dieser Figur.
Representative Results
Bilder von den tatsächlichen über den 3-Achs-Roboter und Direktschreibverfahren für jede der jeweiligen Motive und JR C-Punkt-Algorithmen in den 3-5A & B oben definiert erzeugten Strukturen sind in den Figuren 6A, 7A und 8A gezeigt ist. Wie in den resultierenden Bildern ersichtlich ist, dreidimensionale, frei hängenden Fasern wurden erfolgreich "geschrieben" auf die Substrate durch genaues Manipulieren der Spenderspitze zu vorgeschriebenen räumlichen Orten einschließlich des initiierenden / Abschlußpunkte sowie die Schnittpunkte sind. Die Einschübe dieser Zahlen vergrößern die Schnittpunkte von suspendierten Fasern, die die Fähigkeit des Systems, um genau zu steuern, Faserorientierung (6B, 7B und 8B) in 3D-Raum zu demonstrieren.
Abbildung 6. (A) Op tische Bild hergestellt "quad" ausgesetzt Bahnstruktur mit 2 Stützfasern (Diagonalen) und 12 gabelförmig verzweigte PMMA Fasern (15X optische Vergrößerung, Maßstab = 1 mm), (B) SEM-Bild einer einzigen gegabelten Faser (289x Vergrößerung, Skala bar = 100 & mgr; m). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 7 (A) Optische Aufnahme hergestellt "symmetrisch" suspendiert Web-Struktur mit 1 Tragfaser (horizontal) und 11 gabelförmig verzweigte PMMA Fasern (15X optische Vergrößerung, Maßstab = 1 mm), (B) SEM-Bild einer einzigen gegabelten Faser (107x Vergrößerung, Maßstab = 100 & mgr; m).52834fig7large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 8 (A) Optische Aufnahme hergestellt "Dual Chevron" suspendiert Web-Struktur mit 1 Tragfaser (horizontal) und 22 gabelförmig verzweigte PMMA Fasern (15X optische Vergrößerung, Maßstab = 1 mm), (B) SEM-Bild einer einzigen gegabelten Faser. (80X Vergrößerung, Maßstab = 100 & mgr; m) Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 9 zeigt die Nahaufnahme von der sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Reihenfolge der Faserherstellung, bei der die 3-Achsen-Roboter und Ausgabesystem können die freihängend bahnförmigen Strukturen zu erzeugen. Die p olymer Kontaktstellen mit Zahlen angezeigt entsprechen dem programmierten initiierende und Abschlußpunkte in der JR-C-Software oben in 3B Bezug genommen. Die Pfeile stellen Robotertrajektorie. Abbildung 10 zeigt Mikron und Submikron-Polymerfasern, die die Fähigkeit des Direktschreibsystem, um Drähte in unterschiedlichen Größen herzustellen demonstriert.
Abbildung 9. SEM-Bild, das den sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Fertigung, um zum Zeichnen der Mikron und Submikron-Polymerfasern (29X Vergrößerung, Maßstab = 200 & mgr; m). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
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Abbildung 10. REM-Aufnahme des Mikrometer (6,5 um) und Sub-Mikrometer (555 nm) mit einer Konzentration von 20% PMMA Polymerlösung gezogenen Fasern. (2,270X Vergrößerung, Maßstab = 2 & mgr; m) Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version zu sehen diese Zahl.
Polymerfaserlänge und Durchmesser wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie 2 zeigt die Polymerparameter, die gemessen wurden, gemessen. Tabelle 1 zeigt die durchschnittliche Drahtdurchmesser für jede einzigartige Struktur in Figuren 6-8 oben entsprechend den gegabelten Verzweigungsfasern und Trägerfasern dargestellt. Tabelle von den 24% PMMA-Lösungen, die verwendet wurden, um die oben erwähnten Strukturen herzustellen.
| Struktur Durchmesser in 6 | Struktur Durchmesser in 7 | Struktur Durchmesser in 8 | |
| Stützfasern | 8,65 ± 1,43 & mgr; m | 9,39 ± 1,23 & mgr; m | 9,31 ± 1,65 um |
| Zweigfasern | 20.96 ± 3.35 & mgr; m | 15,92 ± 1,44 & mgr; m | 12.24 ± 5.42 & mgr; m |
Tabelle 1. Mittlere Durchmesser der suspendierten Träger und Zweigfasern in den Figuren 6-8 für eine 24% PMMA-Lösung gezeigt.
| 24% PMMA | |
| Viskosität (Pa · s) | 35,19 |
| Oberflächenspannung (mN / m) | 262,01 |
| 8,59 x 10 -8 |
Tabelle 2 Polymer-Parameter der 24% PMMA-Lösungen, die verwendet wurden, um die in dieser Arbeit vorgeFaserStrukturen herzustellen.
Discussion
Vor dem Versuch jeden Versuch, ist es entscheidend, daß die Viskosität, Massenübertragungskoeffizienten und Oberflächenspannungstest der Polymerlösungen genau, um zu bestimmen, ob der Roboter und Abgabesystem, das zur Verarbeitung des gewünschten Polymers ist, gemessen werden. Wie zuvor von unserer Arbeitsgruppe beschrieben, muß die Polymerlösungen behalten ausreichende: 1) Oberflächenspannung die Bildung von Flüssigkeitsfäden in Mikron / Submikron-Strukturen ermöglichen; 2) Viskosität zu widerstehen Kapillare aufzubrechen; und 3) Verdampfungsrate zu verbessern Faserverfestigungs 18. Die Synergie zwischen diesen Parametern ist der Schlüssel zu Fasern über einen bestimmten Durchmesserbereich erfolgreich zu produzieren. Gleichzeitig, Instabilität in einer dieser Parameter wird die Bildung von Mikrometer / Submikron-Maßstab Fasern. Um die Synergie zwischen diesen Parameter während der Faserherstellung zu erhalten, ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Nadel und das Nadelventil gründlich nach einer Direktschreib s gereinigtession zu verhindern: 1) Verunreinigung der Lösung; 2) eine Verringerung der Polymerlösung Strömungsrate durch die Nadel; und 3) übermäßiges Wachstum der Polymerpartikel an der Spitze der Nadel. Darüber hinaus muss die Temperatur-Steuerung der Heizung auf die gewünschte Temperatur eingestellt, um eine konstante Verdampfungsrate der Polymerlösung zu halten.
Der gegabelte Zweig Fasern waren 59%, 41% und 24% im Durchmesser größer als der der Tragstrukturen in den Figuren 6-8, die jeweils mit dem 24% PMMA-Lösung. Dies ist hauptsächlich auf die Entfernung, in welcher die Fasern gezogen werden. Insbesondere werden die Stützstrukturen über die gesamte Breite des Substrats gezogen (10,0 mm in X- und Y-Richtungen; 14,4 mm diagonal). Als Ergebnis sind die längsten Fasern der Gesamthängekonstruktionen. Die gegabelten Zweig Strukturen sind deutlich kürzer, angefangen von 7 mm maximale Länge bis zu 2,5 mm. Diese kürzere Faserziehlänge tut nichtt effektiv die Faserdehnung während des Faserausdünnungsprozess erforderlich, um die Fasern mit kleinem Durchmesser herzustellen induzieren. Auf der anderen Seite werden die Drähte mit größerem Durchmesser erforderlich, um als Trägerfasern, um das Zerren und Verformung während des gegabelten Zweig Ziehprozesses induzierten effektiv aufrecht zu dienen. Zur Bifurkation Zweige sind über die Stützfasern gezogen wird, kann eine Umgestaltung des Tragfasergeometrie aufgrund der Zugkräfte sowie eine lokalisierte Auflösung des PMMA-Polymer an der Grenzfläche zwischen dem Träger und verzweigte Fasern aus dem Lösungsmittel in die auftreten, Polymerlösung. Somit kann in einigen Fällen, müssen die Stützfasern aus einer Polymerlösung, bestehend aus einer höheren Konzentration von Polymer zu größeren Durchmesser und mechanisch stärkeren Fasern hergestellt werden.
Es gibt vor allem drei effektivsten Methoden zur Veränderung der bestehenden Protokoll, um ein breiteres Spektrum von Unterstützung und verzweigte Faser erzeugenDurchmesser: 1) das Polymer aus einem größeren Nadelspitze zunächst verzichtet werden (beispielsweise 25 G, ID = 254 um), um die Trägerfasern zu erzeugen, und dann gegen eine kleinere Nadelspitze (zB 32 G; ID = 101,6 & mgr; m) herzustellen die kleineren verzweigten Fasern; 2) wie oben erwähnt, verwenden mehrere Polymerkonzentrationen; und / oder 3) Einstellung der Zufuhrrate, das heißt die Geschwindigkeit, mit der die Bühne durchquert, wobei eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit erzeugt Fasern mit kleinerem Durchmesser und eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit erzeugt Fasern mit grßerem Durchmesser. Bis heute haben wir in der Lage, erfolgreich zu Fasern so klein herzustellen als 90 nm; jedoch die Faserausbeute bei dieser Dimension ist aufgrund der kapillaren Trennung.
Eine Einschränkung des automatischen Direktschreibverfahren ist, daß nur eine Konzentration der Polymerlösung kann zu einem Zeitpunkt ausgegeben werden. Dies begrenzt die Komplexität der suspendierten Strukturen ohne entwickelt werden: 1) in einem zweiten Abgabeventil zu dem Roboter;oder, 2) Entfernen Sie die vorhandene Ventil und führen Sie die Reinigungsprotokoll (Abschnitt 3.4) vor der Abgabe der zweiten Polymerlösung, die zusätzliche Zeit in Anspruch nimmt. Eine zweite Einschränkung ist, die Vorschubgeschwindigkeit (oder die Druckgeschwindigkeit), wobei die maximale Vorschubrate, die das System in der Lage ist, das Erreichen von 500 mm / sec. Jedoch gibt es einen Kompromiss zwischen Vorschubgeschwindigkeit und der Faserbildung. Insbesondere dann, wenn die Trägheitskräfte (Kräfte aufgrund der Vorschubgeschwindigkeit) größer als der Oberflächenspannungskräfte und Verdunstungsrate der Polymerlösung gibt, die Faserbildung nicht auftritt. Andererseits, wenn die Zufuhrrate zu gering ist, Fasern aufgrund einer übermäßigen Verdampfung vor und während des Reckvorganges brechen. Drittens sind die Faserstruktur und Abmessungen an den Arbeitsbereich der Stufe des Roboters, das heißt, 200 mm, 200 mm und 25 mm (mit einem 10 & mgr; m Positionsgenauigkeit) in der x-, y- und z-Richtung begrenzt sind. Dennoch hat dieser Prozess ermöglichen die Bildung von hohem Aspektverhältnis (Faser length: Durchmesser) Fasern. Strategisch Variieren der Abgabespitze Größe und die Konzentration der Polymerlösung wäre für einen breiteren Bereich Faserdurchmesser zu ermöglichen, die Schaffung der Möglichkeit, frei hängenden Strukturen höherer Komplexität zu erzeugen.
Durch Befolgung der Protokolle oben angegeben, können Mikrometer und Submikrometer-Durchmesser-Polymerfasern mit hoher räumlicher Kontrolle durch die Ausnutzung der Oberflächenspannung angetriebenen Fluidmechanik der Polymerlösungen, die nicht mit anderen Nass-, Trocken- oder Elektrospinnverfahren gesteuert werden kann, erzeugt werden, . Aus dem Stand der Arbeit 8,19 wissen wir, dass diese Technik verwendet werden, um komplizierte Mikro- / Submikron-Fluidik-Einrichtungen 19 und biotechnisch hergestellten Gerüste 8 herzustellen. Diese billige und einfache Methode hat ihre eigenen Vorteile gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren Hobel in vielerlei Hinsicht.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ROBOT DR2203N 3 AXES 200MM X 200MM | Nordson EFD | 7023145 | 3-Axis Robot |
| CONTROLLER 7100, DISPENSE VALVE | Nordson EFD | 7015340 | Valve Controller |
| MICRODOT VALVE | Nordson EFD | 7021233 | Microdot Valve |
| ROBOT ACC FIXTURE PLATE 200MM | Nordson EFD | 7028276 | Fixture Platen |
| ROBOT ACC DRN / DSRN POINTS SOFTWAR | Nordson EFD | 7023144 | JR-C Software |
| ROBOT MOUNT VALVE UNIVERSAL | Nordson EFD | 7028273 | Microdot Valve Mount |
| 15 PSI BARREL PRESS. REGULATOR | Nordson EFD | 7020585 | Barrel Regulator |
| KIT O BRL/PIST 5CC CL/WH 40 | Nordson EFD | 7012096 | 5CC Barrels with Pistons |
| ADAPTER ASM O 5CC BL | Nordson EFD | 7012054 | Pneumatic Barrel Adapter |
| TIP 30GA .006X.25 LAVNDR 50PC | Nordson EFD | 7018424 | 30 gauge Needle Tip (0.250" length) |
| Electric Baseboard Heater (500 W, 30" length) | Cadet | 2F500 | Heater |
| Temperature Controller with Timer | Control Company | 130726596 | Temperature Controller |
| eScope USB Microscope | OiTez | DP-M02 | 200X USB Microscope |
| Poly(methyl methacrylate) | Aldrich | 182265-500G | PMMA Powder |
| Chlorobenzene | Sigma Aldrich | 284513 | Solvent to dissolve PMMA |
References
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