Engineering
This content is Open Access.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
Ritning och vattenavvisande egenskaper-mönster långa Polydimetylsiloxan silikon filament
Summary January 7th, 2019
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
Här presenterar vi ett protokoll för att producera långa filament av Polydimetylsiloxan (PDMS) silikon av gravitation-ritning genom en ugn. Filament är storleksordningen hundratals mikrometer i diameter och tiotals centimeter i längd och hydrophobically patternable via ett Arduino-kontrollerade coronaurladdning system.
Transcript
Polydimetylsiloxan är ett mångsidigt material som inte kunnat formas till långa glödtrådar förrän nu. Medan silikonfilament kan ha tillämpningar inom vävning eller additiv tillverkning, är vi särskilt intresserade av dem som en modell vikmedel. Skalbar produktion möjliggörs genom att man redan härdar silikon genom en rörugn.
Vi visar också ett sätt att modifiera ytan av silikonfilamenten med hjälp av en datorstyrd koronaurladdningsapparat. Timing i detta förfarande är avgörande eftersom polymeren är härdning kontinuerligt. Håll en timer i närheten, och var beredd på nästa steg i förväg.
Utan A Visual demonstration, skulle den dynamiska processen att göra glödtrådar inte vara lätt återges. Processen innebär flera tidskänsliga steg som kräver att du anpassar dig till föränderliga förhållanden. Till att börja, anslut 1/8th tum innerdiameter hög temperatur silikonrör till tryckluft genom en mätning ventil.
Anslut den andra änden av slangen till en mässing extrudering adapter med en 2,15 millimeter diameter bländare. Sedan, fixera den cylindriska keramiska rörugnen vertikalt i en rökhuva, två meter ovanför golvet i huven. Lägg aluminiumfolie under ugnen för att fånga överskott PDMS under strängpressning.
Montera extruderingsadaptorn ovanför rörugnen med bländaren centrerad på ugnsöppningen. Se till att ugnen inte är i vinkel så att strängpressade glödtrådar inte kommer att kontakta ugnen. Därefter fäster du en dö med ett cirkulärt snitt på en extruder och använd en zip-slips för att ansluta högtemperatursmita gummislangar till extruderbiten.
Anslut den andra änden av slangen till extruderingsadaptorn. Rikta en infraröd termometer mot ugnen och värm sedan ugnen tills innertemperaturen är cirka 250 grader Celsius. Flytta sedan ugnen ut från under strängpressningsadaptern så att adaptern inte värms upp innan glödtrådsproduktionen börjar.
Därefter börjar du förvärma ett engångsprovrör till 65 grader celsius i en viskometer som kan mäta 200 till 10 tusen millipaskol sekunder. Kontrollera balansen, ställ in spinninghastigheten till fem RPM och ställ in mäthastigheten på en gång per minut. Medan provet röret värmer, blanda 18 gram PDMS bas med 1,8 gram härdningsmedel, i en vägning båt.
Degas DEN PDMS blandningen i en rumstemperatur vakuum exsiccator i 15 minuter, eller tills inga bubblor kvar i blandningen. Regelbundet ventilera exsiccator till pop bubblor nära ytan. Ta sedan bort det förvärmda provröret från viskometern.
Häll den avgasade PDMS blandningen i den, och sätta röret tillbaka i viskometern. Starta omedelbart mätsekvensen. När PDMS dynamiska viskositeten når fyra tusen millipascal sekunder, notera tiden, och sedan använda tång för att ta bort provröret från viskometern.
Häll omedelbart PDMS blandningen i rumstemperatur extrudern. Bekräfta att ugnen är på 250 grader celsius och vänta tills PDMS har varit ur viskometern i cirka fyra minuter. Sedan flyttar du ugnen under extruderingsadaptorn och riktar in adapterns inre nål med rörets ugn.
Vrid extruderskruven med en halv revolution och börja samla glödtråden på en träpinne. Var tredje till femte sekund vrider du extrudern ytterligare en halv revolution för att bibehålla den stadiga strömmen av PDMS. Viskositetsfönstret för att rita glödtrådar är mycket smalt.
Om viskositeten är för låg väntar du 30 sekunder och försöker igen. PDMS kommer att fortsätta crosslinking i rumstemperatur. Lägg de dragna glödtrådarna över träställningar för att bota.
Låt glödtrådarna bota i rumstemperatur i 12 timmar när de är färdiga. För att börja mönstrar processen, ställa in mönstringsenheten i en rökhuv, och skicka önskat mönster till mikroprocessorn. Därefter tvätta en härdad PDMS glödtråd med 1%natrium dodecyl sulfat.
Och skölj den noggrant med ultra rent vatten. Ta bort synliga vattendroppar med tryckluft och låt glödtråden torka färdigt i omgivningsluften. Sedan, binda icke ledande fiskelina till cirkuläret utskuren av den icke ledande glödtråden facket.
Lägg den torra PDMS glödtråden över den centrala utskuren ur facket och säkra den på plats med dubbelsidig tejp. Sätt i facket i en ventilerad koronaurladdningslåda och se till att den är jämn. Placera en metallplatta under glödtrådsbrickan så att glödtråden är i linje längs kanten av plattan.
Montera koronaurladdningselektroden cirka tre millimeter ovanför glödtråden, och anslut koronaurladdningsapparaten till mikroregulatorn. Fixera den fria änden av den icke ledande linjen på spindeln som monteras på stegmotorn, vilket säkerställer att linjen är spänd. Kör mikrostyrenhetsprogrammet för att mönstra glödtråden med hydrofila sektioner.
De PDMS-filament som framställdes med denna metod var ungefär 200 mikrometer i diameter och upp till 0,5 meter långa. Ta bort PDMS från värmen innan det är viskositet var tillräckligt hög för att rita glödtrådar, och låta den korsa länken i rumstemperatur i fyra och en halv minut, förlängde tidsfönstret där glödtrådar kan snurras till cirka fyra minuter. Framgången för corona mönstring bekräftades via mätningar droppe kontaktvinkel.
Vatten bildade symmetriska, fatformade droppar på korona behandlade hydrofila PDMS, och asymmetriska, skalformade droppar på de obehandlade hydrofoba PDMS. Nyckeln till detta förfarande är att du manipulerar viskositeten i PDMS med tid och temperatur. Viskositeten ökar med tiden när den korsar och härdning accelererar vid högre temperaturer.
Tillvägagångssättet att delvis bota en polymer och dra den genom en rörugn, kan anpassas till andra temperaturhärdade polymerer. Dessa glödtrådar är tillräckligt flexibla för att anta till många konformationer, och de hydrofoba regionerna affektivt följer tillsammans i vatten. Vi studerar hur glödtrådens hydrofobiska mönster påverkar deras vikbanor.
PDMS kan droppa på ugnen och producera en liten låga. Försiktigt anpassa extrudern med ugnen och snabbt rensa eventuella skräp från ugnen med en trädyss.
Please enter your institutional email to check if you have access to this content
has access to
BackLogin to access JoVE
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
To receive a free trial, please fill out the form below.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You
Thank You
Thank You
CH
DE