Burada, polydimethylsiloxane (PDMS) Silikon uzun filamentler yerçekimi-çizerek bir fırın üretmek için bir protokol mevcut. Filamentler mikrometre çapında yüzlerce ve santimetre uzunluğunda onlarca sırasına ve hydrophobically patternable ile bir Arduino kontrollü corona deşarj sistemi vardır.
POLYDİMETHYLSİLOXANE (PDMS) Silikon kolayca uzun filamentler kurdu değil çok yönlü bir polimerdir. PDMS erime, uzun menzilli akışkanlık göstermez çünkü geleneksel iplik yöntemleri başarısız. Biz bir elastomer bir sıvı çapraz bağlantılar gibi PDMS filamentler basamaklı sıcaklık profil polimer tarafından üretmek için geliştirilmiş bir yöntem tanıtmak. Sıcak sıcaklık viskozite izleyerek, bir pencere ne zaman malzeme özellikleri uzun filamentler çizime iyileştirilebilir zaman tahmin ediyoruz. Filamentler onları yeterince hasat için kür bir yüksek sıcaklık tüp fırın geçmek. Bu filamentler mikrometre çapında yüzlerce ve santimetre uzunluğunda onlarca sırasına, ve hatta daha uzun ve daha ince filamentler mümkün vardır. Bu filamentler birçok toplu PDMS değiştirilebilir hydrophobicity de dahil olmak üzere, malzeme özelliklerini korur. Bir otomatik corona deşarj desenlendirme yöntemiyle bu özelliği göstermektedir. Bu patternable PDMS silikon filamentler silikon dokumalar, gaz geçirgen sensör bileşenleri ve model microscale foldamers da.
POLYDİMETHYLSİLOXANE (PDMS) silikon ile birçok üretim ve araştırma uygulama genel olarak kullanılan bir malzemedir. Bu ısı ve su geçirmez, elektrikli yalıtım, hidrofobik, gaz geçirgen, gıda güvenli, biyouyumlu ve esnek neredeyse ideal bir Poisson oranı ile ‘s. Ayrıca, kolayca önce veya sonra1,2kür ekledi çeşitli işlevsel moleküller için bir ev sahibi olarak hizmet verebilir. Yüzeyi UVO, oksijen plazma veya Corona deşarj tarafından onun hydrophobicity geçmek ve kısa vadeli öz-yapışma3,4,5ikna etmek için kolayca değiştirilebilir. Özellikle, bu da Havacilik6‘ kullanılmıştır.
PDMS filamentler yüksek yüzey alanı silikon örgüler, silikon elyaf sensörler7, silikon tabanlı katkı üretim malzemeleri (3D baskı) üretimi özellikle yararlıdır. Bizim labs biz katlama incelemek için bir platform olarak PDMS hydrophobically desenli filamentler kullanın. Filaman’ın konformasyon istatistiklere bir sulu çevre yolu ile bir athermal akustik uyarma takım çalışmalar ve görüntüleme sistemi daha önce8bildirdi.
PDMS yolu ile geleneksel form-döküm üzerinden yüksek oranı filamentler şekillendirme meydan okuyor. Filamentler serbest kalıp9olmak zordur büyük yüzey alanı birimi oranları var. Elde edilen filamentler saf PDMS da araştırmacılar nano filamentler10,11,12, sürekli electrospinning için taşıyıcı Polimerler ile PDMS kaplama bir başarı olmuştur.
Diğer malzemeler dışında macroscale filamentler üretmek için baskın üretim yöntemi bir gözenek aracılığıyla bir rezervuar viskoz sıvı çizim içerir. Genellikle, viskoz sıvı bir termoplastik veya bir baca aracılığıyla o çizildiği gibi rezervuar ve cools (genellikle amorf) bir katı filaman içine yüksek sıcaklıklarda sıvı cam olur. Bu işleme bazen iplik erime denir ve PDMS erime, uzun menzilli akışkanlık göstermez çünkü PDMS ile uyumlu değil. Blok ortak polimerler silikon ve Alfa-metil stiren filamentler üretmek için yolu ile eritin iplik ama yine, elde edilen filamentler saf PDMS13değildir göstermiştir.
Rezervuar ve baca göreli sıcaklığı açık dışında biz burada anahat melt-iplik benzer-e doğru yöntemdir. Bu henüz cross-linking tamamlanmadı olarak PDMS oda sıcaklığında Reservoir sıvıdır. PDMS viskozite silikon yağı Glossar kür bir aracılı, termal olarak hızlandırılmış bir süreç olarak değişir. Uzun yerçekimi-damlar, sonra sonrası damla yolu ile baca sıcak tüp ocağında tedavi için uygun bir viskozite ulaşıncaya kadar rezervuar yerleştirmeden önce biz kür PDMS ısı. Biraz “Kuru-iplik”, hangi polimerler çizim sırasında buharlaşır uçucu çözücüler içinde çözünmüş olarak karşılaştırılabilir bir yaklaşımdır.
Bilgimizi, saf PDMS uzun filamentler üreten tek bildirilen Yöntem bizim önceki yayın8 ‘ dir. Burada sunulan sanat sürecinin en aza indirmek amacıyla özgün bir yaklaşım üzerine önemli bir gelişme yöntemidir. En önemlisi, viskozite önceden kür sahne ve zamanlama soğuma dönemleri sırasında ölçerek, biz filaman spinnability deneysel olarak erişilebilir bir pencere rapor edebiliyoruz. Ayrıca sistem, biçimlenme filaman üzerinden bir Arduino kontrollü corona tekrarlanabilir, yerelleştirilmiş yüzey değişiklikler üretmek için bir yol boyunca filaman boyuna hidrofobik desenlendirme etkinleştirmek neden.
Bu yöntemin temel böylece çizim yer çekimi için uygun PDMS kür malzemesi özelliklerini kullanıyor. Yerçekimi çizim damlacıkları istikrarlı filamentler içine üç boyutsuz parametre16tarafından tabidir. Onlar damlacık’ın atalet yerçekimi (Froude) göre ilgili yüzey gerilimi (Weber) ve viskozite (Reynolds). Crosslinking deneysel olarak en önemli ölçüde bizim yöntem başına istikrarlı uzantısı kanıtlar kadar PDMS kritik adım 0.83 0,07 için gelen bir büyüklük, daha tarafından azaltılması, Reynolds numarasını değiştirir. Buna ek olarak, bir sonraki en büyük boyutsuz diğer parametrelerden biri sadece iki katına Weber sayısı değişimdir. Bu PDMS spinnability izlemek için viskozite duyarlı bir proxy kullanımını destekler.
Bizim daha önceki filaman üretim yöntemi bir kritik gelişme viskozite profil protokol sırasında deneysel çalışma saatlerini belirlemek için kullanılır. Teknik sınırlamaları belirlemek için biz önceden PDMS bir dizi protokol başına tedavi, sıcaktan kaldırıldı ve cross-linking PDMS devam ederken viskozite ölçüm oda sıcaklığında aldı. Elde edilen viskozitesi profili (Şekil 4) 65 ° C ısıtılmış Vikozimetre PDMS kaldırarak pencerenin spinnability için önemli ölçüde genişletilmiş öneriyor. Bizim iletişim kuralı spinnability pencere girdikten sonra örnek olarak oda sıcaklığına kadar soğur crosslinking yaklaşık 4,5 dakika için devam etmek için izin önce PDMS kaldırılmasını içerir. Daha sonra deneyci devam eden crosslinking PDMS artık drawable işler önce çizmek için yaklaşık 4 dk sahiptir.
Kolayca gösterildiği gibi Yöntem filamentler çapı 100 sırasını oluşturur µm ve uzunlukları sırasına 0,5 m s. Filament uzunluğunu ekstrüzyon ve tüp ocağı altında erişilebilir alanı ile sınırlıdır. Teknik makul bir değişiklik daha uzun filamentler üretmek için daha uzun bir bacada yüklemek için olurdu. Biz henüz keşfedilmeyi değil bir değişiklik mekanik olarak daha ince filamentler verim bir yerçekimi damla güvenmek yerine filamentler çekiyor.
Hydrophobically filaman desenlendirme için kritik bir corona deşarj ortam koşullarına maruz adımdır. Deşarj şekli/yoğunluğunu ortam koşulları ve yerel iletkenlik etkilenir gibi bu bazı belirsizlik tanıttı. Filaman yanı sıra corona aygıt (10-40 kV) gerilim ayarlama altında sipariş topraklı iletkenler tarafından ayarlanabilir. Corona yüzey değişikliği PDMS yan zincirleri ve omurga lysing büyük olasılıkla elektron enerji transferi mekanizmasıdır. Bu bağlarını koparmak için elektron bir dielektrik-bariyer deşarj17üretmek için gereken ortalama enerji daha az enerji gerekir. Böylece, filaman zarf gözlemlenebilir bir akıntı yüzey modifikasyonu üretmek olasılığı yüksektir ve kolayca test yolu ile su damlacığı kişi açı ölçüleri olabilir.
Bu yöntem silikon PDMS filamentler ve sonraki karmaşık hidrofobik desenlendirme nispeten facile üretimini sağlar. İlk amaç bir modeli foldamer sistemi içinde hidrofobik desenleri gözlemlenebilir filaman katlama yolları ve katlanmış yapıları üretmek için tasarlanmış üretmektir. Bu testbed genelleştirilebilir tasarım kuralları yolları katlama Mühendislik için sağlayabilir. Bu filamentler malzeme uygulamaları hidrofobik veya kimyasal olarak reaktif parçası yolu ile solvent şişme örgüleri gibi veya gaz geçirgen PDMS askıya reaktif bileşiklerin kullanımda de bulunabilir.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar minnetle Insight ve W. Cook, S. J yardım kabul edersiniz. S. Rubin, J. Zehner, C. Barraugh, C. Fukushima, M. Mulligan, M. Keckley ve A. Bosshardt ve Rose Hills kuruluşunun ve Johnson yaz öğrenci araştırma bütçesi mali destek. Yazarlar da ön çalışma viskozitesi Gelişmiş laboratuvar kimya (Güz 2017) öğrencileri tarafından silikon polimerizasyon izleme aracı olarak kabul.
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 |