Microfluidic घुसपैठ के माध्यम से तीन dimensionally Microstructured nanocomposites का विनिर्माण

Chemistry
 

Summary

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.

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Dermanaki-Farahani, R., Lebel, L. L., Therriault, D. Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration. J. Vis. Exp. (85), e51512, doi:10.3791/51512 (2014).

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Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

1. 3 डी Microfluidic नेटवर्क का निर्माण

  1. 80 डिग्री सेल्सियस पर भगोड़ा स्याही पिघला और एक 3 मिलीलीटर सिरिंज बैरल में लोड.
    नोट: भगोड़ा स्याही एक microcrystalline मोम की एक द्विआधारी मिश्रण और 40:60 के एक वजन के अनुपात के साथ एक पेट्रोलियम जेली है.
  2. वांछित रेशा व्यास (जैसे आंतरिक व्यास (आईडी) = 150 माइक्रोन) के आधार पर एक बयान नोक चुनें.
  3. स्याही सामग्री युक्त सिरिंज प्रति बैरल पर नोक स्थापित करें और वितरण रोबोट की सिरिंज धारक पर माउंट.
  4. वांछित 3D पाड़ संरचना के निर्माण के लिए वितरण रोबोट के चलते पथ डिजाइन करने के लिए एक एक्सेल प्रोग्राम का उपयोग करें.
    नोट: 3 डी स्याही संरचना और एक दिया परत में filaments 'रिक्ति के समग्र आयामों आसानी से प्रोग्राम किया जा सकता है, इस मामले में, आयाम 60 मिमी चौड़ाई में 7.5 मिमी, और 0.25 मिमी क्षैतिज रिक्ति के साथ मोटाई में 1.7 मिमी, लंबाई में हैं प्रत्येक रेशा के बीच.
  5. नोट: भगोड़ा स्याही रेशा व्यास नोक व्यास, बयान दबाव, स्याही चिपचिपाहट और वितरण की गति पर निर्भर करता है. इधर, रेशा व्यास 1.9 MPa की एक बाहर निकालना दबाव में 4.7 मिमी / सेकंड के एक बयान गति के लिए ~ 150 माइक्रोन है.
  6. एक 2 डी पैटर्न (चित्रा 2A) की ओर जाता है जो एक epoxy सब्सट्रेट, पर स्याही आधारित filaments के बयान के साथ microscaffold का निर्माण शुरू करो.
  7. क्रमिक filaments का व्यास के बराबर राशि से वितरण नोक की स्थिति z-incrementing द्वारा बाद में परतों जमा (चित्रा 2 बी).
    नोट: अन्य geometries और कई परतों (जैसे कुछ सैकड़ों परतों) बनाया जा सकता है के साथ आत्म समर्थित 3 डी संरचनाओं.
  8. Epoxy के दो भागों (यानी राल और hardener) encapsulation के लिए इस्तेमाल किया और ईपी देगास मिक्सepoxy घटकों के मिश्रण के दौरान फंस बुलबुले को दूर करने के लिए एक परिभाषित (यहाँ, 30 मिनट के लिए 0.15 बार) समय के लिए वैक्यूम के अंतर्गत ऑक्सी मिश्रण.
    नोट: degassing समय epoxy मिश्रण की जेल समय के साथ भिन्न हो सकते हैं. एक अलग epoxy प्रणाली के लिए, आवश्यक degassing के समय कम या लंबी हो सकती है.
  9. एक नकारात्मक दबाव लागू करने से एक तरल पदार्थ निकालने की मशीन का उपयोग कर एक 3 मिलीलीटर सिरिंज बैरल में epoxy राल लोड और फिर सिरिंज बैरल में एक ठीक नोक (जैसे आईडी = 0.51 मिमी) माउंट.
  10. जगह एक ही तरल पदार्थ निकालने की मशीन का उपयोग कर अपने ऊपरी छोर पर झुका पाड़ संरचना पर epoxy की बूँदें और epoxy encapsulation के दौरान बुलबुला फँसाने के जोखिम को कम करने के लिए नोक घुड़सवार.
    नोट: Epoxy तो गुरुत्वाकर्षण और केशिका बलों द्वारा संचालित filaments के बीच खाली स्थान, में बहती है.
  11. पाड़ filaments के बीच खाली जगह पूरी तरह से भर जाता है जब तक पाड़ अधिक epoxy की बूंदों रखकर जारी.
  12. Encapsulating ईपीओ दो.फिर XY 24 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर Precure और 60 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 2C) में बाद के इलाज के लिए एक ओवन में संरचना डाल दिया.
    नोट: एक अलग इलाज अनुसूची एक अलग epoxy प्रणाली के लिए लागू किया जा सकता है.
  13. पूरा इलाज के बाद एक सटीक देखा का उपयोग epoxy से अधिक भागों में कटौती.
  14. संरचना के दोनों सिरों पर दो छेद ड्रिल और दो प्लास्टिक की ट्यूब डालें.
  15. निम्नलिखित के रूप में संरचना से भगोड़ा स्याही निकालें:
    1. स्याही द्रवीकरण (चित्रा 2 डी) के लिए 30 मिनट के लिए 90 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में नमूने रखो.
    2. फौरन ओवन से बाहर के नमूने लेने के बाद, एक और 5 मिनट के लिए हेक्सेन द्वारा पीछा किया 5 मिनट के लिए खोला चैनलों से जुड़ी ट्यूब के माध्यम से गर्म आसुत पानी की चूषण के साथ चैनल नेटवर्क धो लो.
      नोट: स्याही हटाने (चित्रा 5) एक परस्पर 3D microfluidic नेटवर्क पैदावार. हेक्सेन का उपयोग कर नेटवर्क के बाद सफाई possi को दूर करने के क्रम में किया जाता हैचैनल दीवारों से स्याही की ble अवशिष्ट निशान.

2. Nanocomposite तैयारी

नोट: nanocomposites अलग loadings में एक दोहरी चिकित्सा (पराबैंगनी / गर्मी का इलाज) thermosetting राल, एक epoxy राल या एक urethane आधारित राल और nanofillers (यहाँ, एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब) सम्मिश्रण से तैयार किया जाता है.

  1. एक surfactant (जस्ता protoporphyrin नौवीं) या तो एसीटोन या dichloromethane 14 में (चित्रा 6) के 0.1 मिमी की एक समाधान के लिए नैनोट्यूब के वांछित राशि जोड़ें.
    नोट: यहाँ, CNTs के 150 मिलीग्राम 0.5% wt के अंतिम नैनोट्यूब एकाग्रता के साथ एक nanocomposite को तैयार करने के क्रम में समाधान (~ 50 मिलीलीटर) को जोड़ा गया है. यह भी DMF जैसे उच्च उबलते तापमान विलायकों के उपयोग की वजह से विलायक वाष्पीकरण के दौरान 60 डिग्री सेल्सियस से ऊपर तापमान पर इस अध्ययन में इस्तेमाल यूवी epoxy के संभावित गर्मी इलाज करने से परहेज किया जाना चाहिए कि उल्लेख किया जाना चाहिए.
  2. सु Sonicateनैनोट्यूब समुच्चय (चित्रा 6) debundle को 30 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक स्नान में spension.
    नोट: इस तरह के नैनोट्यूब समाधान की छानने का काम या ultracentrifugation के रूप में अतिरिक्त प्रयासों राल के साथ मिश्रण से पहले शेष बड़ा समूहों को दूर करने के लिए किया जाना चाहिए.
  3. थोड़ा 4 घंटे के लिए विलायक उबलते तापमान (एसीटोन समाधान के लिए जैसे 50 डिग्री सेल्सियस) से नीचे के तापमान पर एक चुंबकीय सरगर्मी हॉट प्लेट पर नैनोट्यूब निलंबन के साथ राल (epoxy या urethane या तो) मिलाएं.
  4. Ultrasonication के स्नान में nanocomposite मिश्रण रखें और एक साथ 1 घंटे के लिए sonication और ताप (40-50 डिग्री सेल्सियस) (चित्रा 6) लागू होते हैं.
  5. वैक्यूम के तहत 24 घंटा (~ 0.1 बार) के लिए 12 घंटे के लिए 30 डिग्री सेल्सियस पर nanocomposite हीटिंग और फिर 50 डिग्री सेल्सियस पर से अवशिष्ट विलायक लुप्त हो जाना.
  6. Orde में एक तीन रोल मिल मिक्सर में रोल के बीच एक छोटे से अंतराल के माध्यम से उन्हें पारित करके nanocomposite सामग्री मिश्रण कतरनी(चित्रा 6) बड़े नैनोट्यूब समुच्चय को तोड़ने के लिए आर. पूर्व आधारभूत तुलना के लिए मिश्रण तीन रोल करने के लिए nanocomposite के एक हिस्से को रखें.
  7. तीन रोल मिश्रण मानकों (यानी अंतराल और घूर्णन गति) सेट करें.
    नोट: यहाँ, 250 आरपीएम की एक स्थिर गति एप्रन रोल के लिए प्रयोग किया जाता है. क्रमश: 25 माइक्रोन से कम 5 गुजरता, 10 माइक्रोन से कम 5 गुजरता है, और 5 माइक्रोन से कम 10 गुजरता है, हालांकि, रोल के बीच अंतराल के रूप में तीन कदम प्रसंस्करण में कम हो रहे हैं.
  8. मिश्रण के दौरान फंस हवाई बुलबुले को दूर करने के लिए एक desiccator का उपयोग कर 24 घंटे के लिए 0.1 बार ~ का वैक्यूम के अंतर्गत अंतिम मिश्रण देगास.

3. Nanocomposite घुसपैठ (इंजेक्शन)

  1. एक नकारात्मक दबाव लागू करने से तरल पदार्थ निकालने की मशीन का उपयोग कर एक 3 मिलीलीटर सिरिंज बैरल में, खंड 2 में तैयार nanocomposites, लोड.
  2. खोला चैनल (एक ही ट्यूबों का इस्तेमाल किया से जुड़ी प्लास्टिक की ट्यूब में फिट बैठता है कि एक ठीक नोक (जैसे आईडी = 0.51 मिमी) डालें) स्याही हटाने के लिए और nanocomposite सामग्री युक्त सिरिंज बैरल में माउंट.
  3. दबाव की मशीन पर वांछित दबाव (यानी सकारात्मक दबाव) निर्धारित करें.
    नोट: यहाँ, nanocomposite इंजेक्शन दबाव 400 kPa पर सेट किया जाता है.
    नोट: एक निर्वात (यानी नकारात्मक दबाव) नेटवर्क भरने की सहायता के लिए दूसरे छोर (यानी आउटलेट पक्ष) के लिए आवेदन किया जा सकता है. दबाव लागू हो जाने के बाद, प्रोटोकॉल 1 में बनाया microfluidic नेटवर्क, प्लास्टिक की ट्यूब के माध्यम से नेटवर्क में प्रवेश करती है जो nanocomposite निलंबन, से भर जाता है.
  4. फौरन इंजेक्शन के बाद, precuring के लिए 30 मिनट के लिए एक यूवी दीपक की यूवी रोशनी के लिए nanocomposite से भरे समग्र मुस्कराते हुए बेनकाब.
    नोट: यह precuring आपरेशन CNTs संभव उन्मुखीकरण पर ब्राउनियन गति के प्रभाव को कम करने के बारे में सोचा है. यह भी गर्मी प्रेरित संकोचन कम कर देता है (चित्रा 7)
  5. ओवन में निर्मित मुस्कराते हुए बाद इलाजपर, यूवी epoxy, एक और 1 घंटा (चित्रा 7) के लिए 130 डिग्री सेल्सियस के द्वारा पीछा 1 घंटे के लिए 80 डिग्री सेल्सियस के मामले में.
  6. एक देखा का उपयोग अतिरिक्त epoxy भागों में कटौती और फिर वांछित आयामों को मुस्कराते हुए पॉलिश (यहाँ, ~ लंबाई में 60 मिमी, चौड़ाई में 6.8 मिमी, और ~ मुस्कराते हुए मोटाई में 1.6 मिमी यांत्रिक लक्षण वर्णन में आसानी के लिए निर्मित किया गया है).

Representative Results

आंकड़े 8A और निर्मित मुस्कराते हुए एक प्रतिनिधि छवि और nanocomposite filaments के नौ परतों से मिलकर इसके पार अनुभाग, के एक ऑप्टिकल छवि दिखाने 8B.

आंकड़े 8c और 8D क्रमशः एक बीम निर्मित अस्थिभंग सतह के ठेठ SEM छवियों और भरा चैनलों (यानी एम्बेडेड nanocomposite microfibers) के एक उच्च बढ़ाई छवि, दिखा. कोई debonding चैनलों दीवार पर देखा जाता है, यह आसपास के epoxy और घुसपैठ की सामग्री अच्छी तरह से स्याही हटाने के बाद हेक्सेन के साथ चैनल की समुचित सफाई का एक परिणाम के रूप में पालन कर रहे हैं कि यह कहना उचित है.

9 चित्रा हेक्सेन स्याही हटाने के दौरान नहीं किया जाता है, जिसमें मैकेनिकल परीक्षण के दौरान टूट एक किरण के एक प्रतिनिधि ऑप्टिकल छवि दिखाता है. फाइबर debonding, गरीब यांत्रिक इंटरफ़ेस का एक परिणाम मनाया जाता है के रूप में होने के कारण हो सकता है जोभगोड़ा स्याही के निशान नेटवर्क सफाई के बाद बने रहे.

10 चित्र (मानक के रूप में) ढाला थोक epoxy नमूने और 3 डी प्रबलित मुस्कराते हुए, भंडारण मापांक, ई 'को दर्शाता है. परिणाम के संयोजन कर रहे हैं जो निर्मित बीम के लिए अद्वितीय रुझान दिखा एम्बेडेड और केवल ~ 0.18 WT की उपस्थिति के साथ बेहतर गुण के साथ आसपास के epoxy सामग्री. % CNTs.

11 चित्रा एक डीएमए का उपयोग कर निर्मित समग्र मुस्कराते हुए तीन सूत्री झुकने परीक्षण के परिणाम से पता चलता है. CNTs स्थिति का एक परिणाम के रूप में, 3 डी की flexural मापांक मुस्कराते हुए शुद्ध epoxy घुसपैठ की (पूरी epoxy) बीम की तुलना में 34% की वृद्धि देखी गई प्रबलित.

चित्रा 1
एक 3 डी आर के चित्रा 1. योजनाबद्ध प्रतिनिधित्वmicroinfiltration दृष्टिकोण द्वारा निर्मित einforced nanocomposite. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 2
3 डी प्रबलित मुस्कराते हुए निर्माण की चित्रा 2. योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व. (एक) एक वितरण रोबोट का उपयोग इंक रेशा प्रत्यक्ष बयान, Z-दिशा में वितरण नोक बढ़ाने के द्वारा एक दूसरे के शीर्ष पर कई परतों (ख) के जमाव, (ग ) microfluidic चैनलों के निर्माण में जिसके परिणामस्वरूप अपने द्रवीकरण द्वारा नेटवर्क से बाहर स्याही लेते हुए एक कम चिपचिपापन राल का उपयोग filaments के बीच ताकना अंतरिक्ष, (घ) भरना. (ई) के साथ खाली नेटवर्क भरनाइलाज, और (च) अतिरिक्त epoxy भागों में कटौती करके पीछा nanocomposite निलंबन. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 3
चित्रा 3. एक कंप्यूटर नियंत्रित रोबोट, एक वितरण तंत्र, और एक जीवित कैमरे से मिलकर रोबोट बयान मंच की एक तस्वीर. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 4
चित्रा 4. प्रत्यक्ष लिखना विधानसभा द्वारा निर्मित microstructures की कुछ तस्वीरेंBly. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 5
चित्रा 5. एक isometric देखें और एक SEM छवि 3 डी से जुड़े microfluidic खाली नेटवर्क. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 6
चित्रा 6. Nanocomposite विभिन्न गुणों (nanocomposite फिल्मों के ऑप्टिकल छवियों के साथ dispersions नैनोट्यूब के लिए नेतृत्व जो नैनोट्यूब noncovalent functionalization, ultrasonication, और / या तीन रोल मिल मिश्रण सहित रणनीतियों मिश्रण). बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 7
चित्रा 7. ओवन में बाद के इलाज के बाद यूवी लैंप की यूवी रोशनी के तहत इलाज Nanocomposite. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

8 चित्रा
8 चित्रा. (क) मैं एक 3 डी प्रबलित किरण की छवि sometric, (ख) एक nanocomposite इंजेक्शन किरण की विशिष्ट पार अनुभाग, (ग) एक किरण सतह फ्रैक्चर SEM छवि, और ( जी> डी) (ग) के एक बंद हुआ देखें. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

9 चित्रा
एक polyurethane nanocomposite घुसपैठ की किरण का आंकड़ा 9. अस्थिभंग सतह छवि. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 10
एक गतिशील यांत्रिक विश्लेषक का उपयोग थोक epoxies और निर्मित मुस्कराते हुए 10. तापमान पर निर्भर यांत्रिक गुणों (भंडारण मापांक) चित्रा./ Www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg "लक्ष्य =" _blank "> बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

11 चित्रा
चित्रा 11. थोक epoxies की अर्ध स्थिर यांत्रिक गुणों (flexural) और निर्मित बीम (तीन सूत्री झुकने परीक्षण). बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

Discussion

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.

Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

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.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dispensing Robot I & J Fisnar I & J2200-4
Robot software I & J Fisnar JR-Point Dispensing
Syringe Barrel Nordson EFD Inc. 7012072 3 ml
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 21 mW/cm²

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References

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