여기, 우리가 현재로 통해 여 중력입니다 (PDMS) 실리콘의 긴 필 라 멘 트를 생산 하는 프로토콜. 필 라 멘 트 직경에 마이크로미터의 수백 및 길이 센티미터의 10의 순서 이며 코로나 방전 Arduino 제어 시스템 hydrophobically patternable 통해 있습니다.
입니다 (PDMS) 실리콘은 긴 필 라 멘 트에 쉽게 형성 될 수 없는 다재 다능 한 중합체 이다. 전통적인 회전 방법 실패 PDMS 녹는에서 장거리 유동성을 전시 하지 않습니다. 그것는 탄성 중합체에는 액체에서 상호 링크는 폴리머의 단계별된 온도 프로 파일에 의해 PDMS의 필 라 멘 트를 생산 하는 향상 된 방법을 소개 합니다. 그 따뜻한 온도 점도 모니터링 함으로써 시간 때의 소재 속성은 긴 필 라 멘 트로 도면에 amendable의 창 예상. 필 라 멘 트 고온 튜브 오븐, 수확 하는 충분히 그들을 치료 하는 것은 통과 한다. 이 필 라 멘이 트 직경에 마이크로미터의 수백 및 수십 센티미터 길이, 순서는 고도 길고 얇은 필 라 멘 트 가능 하다. 이 필 라 멘이 트 대량 전환 hydrophobicity를 포함 하 여, PDMS의 재료 특성의 많은 유지 합니다. 자동화 된 코로나 방전 패터 닝 방법으로이 기능을 보여 줍니다. 이러한 patternable PDMS 실리콘 필 라 멘 트 실리콘 weavings, 가스 투과 센서 구성 요소, 그리고 모델 미 foldamers 응용 프로그램 있다.
입니다 (PDMS) 실리콘은 많은 제조 및 연구 응용 프로그램을 광범위 하 게 사용 되는 소재. 그것은 열과 물 저항, 전기 절연 성, 소수 성, 가스 투과성, 식품 안전, 생체, 그리고 유연한 거의 이상적인 포아송 비율. 또한, 그것은 쉽게 하기 전에 또는1,2치료 후 추가 다양 한 기능성 분자에 대 한 호스트 될 수 있습니다. 그것의 표면은 UVO, 산소 플라즈마, 또는 코로나 방전의 hydrophobicity를 전환 단기 자체 접착3,,45를 유도 하 여 쉽게 수정할 수 이다. 특히, 그것은 또한 마이크로6에서 사용 되었습니다 했다.
PDMS의 필 라 멘 트 생산 높은 표면 지역 실리콘 weaves, 실리콘 섬유 센서7및 실리콘 기반으로 첨가제 제조 재료 (3D 인쇄)에 특히 유용 하다. 우리의 실험실에서 우리를 접는 플랫폼으로 PDMS의 hydrophobically 패턴된 필 라 멘 트 사용. 팀 연구는 수성 환경 통해 athermal 음향 여기에 필 라 멘 트의 구조적 통계와 이미징 시스템 이전 보고8.
PDMS 통해 전통적인 양식-주조에서 높은 종횡비 필 라 멘 트를 형성 하는 것은 도전적 이다. 필 라 멘 트 큰 표면 영역 볼륨 비율, 금형9릴리스를 복잡 하 게 있다. 하지만 결과 필 라 멘 트 순수 PDMS 연구팀은 나노 필 라 멘 트10,,1112에 연속 전기에 대 한 캐리어 폴리머와 PDMS를 넣는 성공을 했다.
주된 제조 방법 다른 자료 없음 macroscale 필 라 멘 트를 생산 하는 기 공 통해 저수지에서 점성 액체를 밖으로 그리기 포함 됩니다. 일반적으로, 점성 액체는 열가 소성 또는 유리 하 저수지와 냉각 (종종 아 몰 퍼스) 솔리드 필 라 멘 트로 높은 온도에서 액체는 굴뚝을 통해 밖으로 그려집니다. 이 과정은 때때로 회전, 용융 불리고 PDMS 녹는에서 장거리 유동성을 전시 하지 않습니다 때문에 PDMS와 호환 되지 않습니다. 필 라 멘 트 생산을 통해 용 해 회전, 하지만 다시, 결과 필 라 멘 트 순수 PDMS13블록 공동 고분자 실리콘과 알파-메 틸 스 티 렌의 표시 되었습니다.
방법은 우리가 여기 개요 저수지와 굴뚝의 상대 온도 전환 제외 하 고 용융-회전에 가깝다. 그것은 아직 완료 되지 cross-linking는 PDMS 실내 온도 저수지에서 액체 이다. 점도 PDMS의 경화제, 열 가속 될 수 있다 프로세스와 실리콘 오일 crosslinks로 다릅니다. 저수지에 그것을 배치 하기 전에 우리가 열 치료 PDMS 긴 중력 드립, 다음 치료 후 통해 굴뚝에서 뜨거운 튜브로 물방울에 적합 한 점도 도달할 때까지. 방식은 다소 “드라이-회전”, 어떤 고분자 그리기 동안 증발 휘발성 용 매에 녹아는 비교 합니다.
우리의 지식, 순수 PDMS의 긴 필 라 멘 트 생산의 유일한 보고 방법은 우리의 이전 게시8 이다. 여기 소개 하는 메서드는 프로세스의 아트를 최소화의 목적으로 원래의 접근 방식 따라 상당한 개선 이다. 특히, 미리 치료 단계와 타이밍 휴지 기간 중 점도 측정 하 여 우리 보고서 필 라 멘 트 spinnability의 실험적으로 액세스할 수 있는 창 수 있습니다. 또한 경도 소수 모방 하는 필 라 멘 트에 따라 활성화 반복, 지역화 된 표면 수정 코로나 필 라 멘 트 통해 Arduino 제어 시스템, 패턴화에 생산 하는 수단을 소개 합니다.
이 방법의 기초 그래서 그들은 중력 그리기에 적합 PDMS를 치료의 재료 특성 조작 이다. 안정 된 필 라 멘 트에 중력 드로잉 방울 3 크기가 없는 매개 변수16적용 됩니다. 중력 (Froude), 상대적으로 작은 물방울의 관성과 관련 된 표면 장력 (웨버), 고 점도 (레이놀즈). 가교까지 실험적으로 가장 극적으로 우리의 방법 당 안정적인 확장 증거 PDMS의 중요 한 단계에 0.07 0.83에서 크기 순서, 보다 더 감소는 레이놀즈 수를 변경 합니다. 반면, 다른 크기가 없는 매개 변수 중 하나에 다음 가장 큰 변화는 단지 배로 베버 번호입니다. PDMS spinnability 추적에 대 한 민감한 프록시 점도의 사용을 지원 합니다.
우리의 이전 필 라 멘 트 제조 방법에 중요 한 향상은 실험적인 작업 시간을 결정 하는 프로토콜 중 점도 프로필이 사용 됩니다. 기술의 한계를 확인 하려면 우리는 프로토콜 당 PDMS의 일괄 처리를 미리 치료, 열에서 제거 하 고는 PDMS cross-linking 지속적으로 실내 온도에서 점도 측정을 했다. 결과 점도 프로필 (그림 4) spinnability에 대 한 창에서 65 ° C 온수 점도 계는 PDMS를 제거 하 여 극적으로 확장은 나왔다. 우리의 프로토콜 샘플의 실내 온도에 냉각으로 약 4.5 분 가교를 계속 수 있도록 한 다음 spinnability 창 입력 전에 PDMS의 제거를 포함. 그 후,는 실험은 약 4 분 지속적인 가교 이상 drawable는 PDMS를 렌더링 하기 전에 그것을 그릴.
방법은 쉽게 같이 필 라 멘 트 직경 100의 순서를 생성의 µ m 및 길이 0.5 m의 순서. 필 라 멘 트 길이 압출 및 튜브로 아래 액세스할 수 공간에 의해 제한 됩니다. 기술의 합리적인 수정 긴 필 라 멘 트를 생산 하는 더 긴 굴뚝에 설치 하는 것입니다. 우리가 아직 탐험 하지 않은 수정 기계적으로 얇은 필 라 멘 트를 얻을 수 있습니다 중력 방울에 의존 하는 대신 필 라 멘 트를 당기고 있다.
Hydrophobically는 필 라 멘 트를 패턴화 하는 중요 한 단계는 주변 조건에 코로나 방전에 노출 됩니다. 이 방전의 모양/강도 주변 조건 및 로컬 전도도 의해 영향을 일부 모호함을 소개 합니다. 그것은 필 라 멘 뿐 아니라 코로나 장치 (10-40 킬로 볼트)의 전압을 조정 배치 접지 도선에 의해 조정 될 수 있습니다. 코로나 표면 수정 메커니즘 PDMS 사이드 체인 및 백본 lysing 가능성이 전자 에너지 전송입니다. 이러한 채권을 휴식, 전자 유 전체 장벽 방전17를 생산 하는 데 필요한 평균 에너지 보다 적은 에너지가 필요 합니다. 따라서, 그는 필 라 멘 트 봉투 관찰 방전 표면 처리 생산 있으며 쉽게 테스트 를 통해 물 작은 물방울 접촉 각 측정 될 수 있습니다.
이 메서드는 실리콘 PDMS 필 라 멘 트 및 이후의 복잡 한 소수 성 패턴의 상대적으로 손쉬운 생산 수 있습니다. 초기 목표는 소수 패턴 관찰할 필 라 멘 트 접히는 통로 접힌된 구조를 생산 하기 위해 디자인 될 수 있다 모델 foldamer 시스템을 생산 하는. 이 테스트 베드 엔지니어링 경로 접는 받아들이기는 디자인 규칙을 제공할 수 있습니다. 소수 성 또는 화학적 반응의 일부를 통해 용 매 팽 윤, 치 게 되죠 또는 가스 투과성 PDMS에 반응성 화합물의 사용에이 필 라 멘이 트 소재 응용 프로그램을 있을 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
저자는 기꺼이 통찰력과 W. 쿡, S. J 도움을 인정합니다. S. 루빈, J. Zehner, C. Barraugh, C. 후쿠시마, M. 멀리 건, M. Keckley, A. Bosshardt, 그리고 로즈 언덕 재단과 존슨 여름 학생 연구 보조금에서 재정 지원. 저자는 또한 실리콘 중 합 화학 (가 2017) 고급 실험실의 학생에 의해 추적 하는 수단으로 점도에 예비 작업을 인정 합니다.
2 part PDMS Silicone | Dow Corning Sylgard 184 | 4019862 | |
Thermosel | Brookfield | HT-110 115, HT-115A DP | |
viscometer | Brookfield | RVT115 | |
Disposible sample chamber | Brookfield | HT-2DB-100 | |
Disposible spindle | Brookfield | SC4-27D-100, SC4-DSY | |
Extruder | Makin's | 35055 | |
High-temperature silicone tubing | McMaster-Carr | 51135K16 | |
Cylindrical Tube heater (Ceramic) | Ours is a custom: 17.0 mm inner diameter, 38.7 mm outer diameter, 107.7 mm length, 150 Ohm. Companies include Watlow and Omega. Critical design considerations: smaller inner diameters will require better furnace-filament alignment, longer tubes should also be sufficient. | ||
Variable Transformer for heater | Variac | 3PN1010 | |
Metering valve | Swagelok | SS-2MA1 | |
Corona Discharge Device | Electro-Technic | BD20A | |
Arduino Kit | Elegoo | EL-KIT-003 | |
Nylon Fishing Line | EoongSng | B075DYVC3F | |
Pasta Drying Rack | Norpro | B00004UE7U | |
Infrared thermometer | Nubee | 81175535214 | |
Flatbed scanner | Canon | CanoScan 9000F MKII |