Bu makalede mikrosıvısal süreci ve sıvı kristal elastomerler kişiseldir parçacıkları hazırlamak için parametreler açıklanır. Bu işlem çalıştırma büyüklüğü yanı sıra parçacıklar ve onların boyutu ve şekli (gelen oblate şiddetle muhtemelen için çekirdek-kabuk ve Janus türleri morfoloji) varyasyon prensibi hazırlık sağlar.
Bu kağıt sıvı kristal elastomerler kişiseldir parçacıkları hazırlamak için mikrosıvısal işlemi (ve parametreleri) odaklanır. Hazırlık genellikle düşük molar kütle sıvı kristaller yüksek sıcaklıklardaki içeren damlacıklar oluşumu oluşur. Daha sonra bu parçacık öncüleri kılcal akışı alan odaklı ve son uyarı parçacıkları üretir bir crosslinking polimerizasyon tarafından katılaşmış. Süreç optimizasyonu kişiseldir parçacıklar ve işlem parametreleri (sıcaklık ve akış hızı) uygun varyasyonu elde etmek gerekli ve boyutu ve şekli (dan oblate için güçlü muhtemelen türleri morfoloji) varyasyonları sağlar hem de çalıştırma büyüklüğü. Buna ek olarak, daralma bağlı olarak yine mikrosıvısal süreci ve parametreleri üzerinde bağlıdır kılcal akışında sırasında damlacıkları için indüklenen yönetmen profil için gelen uzama çalıştırma türünü değiştirmek mümkündür. Ayrıca, çekirdek-shell yapılarını veya Janus parçacıklar, gibi daha karmaşık şekiller parçacıkların Kur ayarlama tarafından hazırlanmış olabilir. Kimyasal yapısı varyasyonu ve sıvı kristal elastomer (katılaşma) polietilenin modu, ısı veya UV-VIS ışınlama tarafından tetiklenen uyarı parçacıklar hazırlamak da mümkündür.
Mikrosıvısal immobilizasyonu sıvı kristal elastomer (LCE) çalıştırıcılar olarak son birkaç yıl1,2,3imalatı için iyi bilinen bir yöntem haline gelmiştir. Bu yaklaşım sadece çok sayıda iyi uyarı parçacıklar üretimini sağlar ama şekil ve diğer yöntemler tarafından erişilebilir olmayan türleri morfoloji imalatı da sağlar. BUZ aktüatörler gelecek vaat eden adaylar için mikro-robot içinde yapay kas olarak bir uygulama olduğundan, bu geleceğin teknolojisi4için büyük önem bu tür parçacıklar sentezlemek için yeni yöntemler vardır.
LCEs içinde sıvı kristal (LC) mesogens elastomerik ağ5,6,7,8polimer zincirine bağlı olan. Mesogens polimer zinciri için bağlantı böylece yan zinciri, ana zinciri veya bir kombine LC-polimer9,10,11şeklinde olabilir. Crosslinking nokta arasındaki uzaklığı arasında polimer zincirinin ücretsiz bir hale gelmesini sağlamak yeterli olmalıdır (Aslında, bu “thermosets” ayırır herhangi bir elastomer geçerlidir). Böylece, crosslinking kalıcı veya güçlü kovalent olmayan etkileşimleri12,13,14nedeniyle tersinir olabilir. Bu tür malzeme her ikisi de, bir elastomer entropik esnekliğini anizotropik hâlden sıvı kristalin özelliklerini birleştirir. Ve sıvı kristal aşamasında sıcaklık aralığında, polimer zincirleri (daha fazla veya daha az) gergin bir uyum Nematik sipariş parametresi tarafından sayısal sıvı kristal faz anizotropi neden evlat edinmek. Örnek Nematik izotropik faz geçiş sıcaklığı getirdiğimde, anizotropi kaybolur ve enerjik tercih rasgele bobin uyum için ağ rahatlatır. Bu bir makroskopik deformasyon ve böylece çalıştırma5,15yol açar. Örnek Isıtma yanı sıra, bu faz geçiş aynı zamanda ışık veya solvent difüzyon LCEs16,17,18,19gibi diğer uyaranlara tarafından indüklenen.
Güçlü bir deformasyon elde etmek için örnek de bir monodomain veya özellikler tek etki alanı yöneticileri tercih edilen en az bir yönlendirme sırasında çapraz adım20formları gereklidir. BUZ film üretimi için bu kez önceden polimerli örneği, üzerinden bir elektrik veya manyetik alan, etki alanları yönünü fotoğraf-hizalama katmanları ya da yolu ile 3D baskı21 yardımıyla yayarak elde edilir ,22,23,24,25,26.
Farklı bir yaklaşım buz parçacıkları kılcal tabanlı mikrosıvısal damlacık jeneratörler ile sürekli hazırlıktır. Sıvı kristal monomer damlacıkları damlacıkları akar ve yamultma fiyati damlacıkları yüzeyde geçerlidir bir çok viskoz sürekli aşamasında, dağılmış. Bu nedenle, bir genel hizalama sıvı kristal faz27neden olan bir sirkülasyon monomer damlacık içinde görülmektedir. Böylece, üzerinde damlacıklar hareket kesme oranları büyüklüğü damlacık’ın şekli ve boyutu yanı sıra sıvı kristal yönetmen alan yönünü güçlü bir etkisi vardır. Bu iyi yönlendirmeli damlacıkları sonra daha da aşağı mikrosıvısal kurulumunda polymerized. Böylece, aktüatörler değişen şekli (Örneğin, parçacıklar ve lifleri) ve çekirdek-kabuk ve Janus parçacıklar gibi daha karmaşık türleri morfoloji hazırlanması mümkün28,29,30,31vardır. Faz geçiş küçültmek çok muhtemelen, elyaf benzeri parçacıklar ve simetri ekseni boyunca uzanan oblate parçacıklar, hazırlamak bile mümkündür. Her iki tür parçacıklar mikrosıvısal kurulum, aynı tür ile sadece kesme hızı27değiştirerek yapılabilir. Burada, kendi kendine imal edilmiş mikrosıvısal kılcal tabanlı cihazlarda farklı türleri morfoloji böyle buz aktüatörler üretmek nasıl protokolü mevcut.
Mesogen uyum içinde buz damlacıkları etkisini ve erişilebilirlik değişik şekillerle polimerlerin yanı sıra, mikrosıvısal yaklaşımlar daha fazla avantajı var. (Hangi parçacıklar geniş bir boyut dağılımı ile yol) bir sigara solvent veya süspansiyon polimerizasyonu32 , yağış gibi diğer parçacık imalat yöntemleri ile karşılaştırıldığında monodisperse parçacıklar (varyasyon katsayısı parçacık boyutu Bu < % 5) Havacilik33,34kullanarak sentezledim. Buna ek olarak, bir akış tarafından damlacıkları küre simetri kırmak kolaydır. Böylece, büyük parçacıkları silindirik bir simetri ile hangi aktüatörler için gereklidir, erişilebilir. LC-parçacıklar süspansiyon polimerizasyonu32tarafından yapılan bu farklıdır. Ayrıca, partikül büyüklüğü de Havacilik mikron yüzlerce birkaç mikrometre aralığında tarafından ayarlanabilir ve katkı maddeleri kolayca parçacıkları veya onların yüzeyde getirilebilir. Bu yüzden mikrosıvısal parçacık hazırlık genellikle uyuşturucu teslim35 ya da kozmetik36üretimi gibi konular kullanılır.
Bu makalede kullanılan mikrosıvısal kurulumları Serra vd tarafından tanıtıldı 33 , 37 , 38 . Bunlar kendi kendine üretilmektedir ve tek aşama sağlamak erimiş silis kılcal damarlar gibi yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) polytetrafluorethylene (PTFE) tüpler ve eklemlerde oluşur. Böylece, belgili tanımlık tertibat kolayca değiştirilebilir ve ticari olarak mevcut oldukları gibi tek parça sadece değiştirilebilir. Bir photoinitiator kılcal gittikten sonra damlacıkları on–fly, polimerizasyon ikna etmek için uygun bir ışık kaynağı kullanımını sağlayan monomer karışımları için eklenir. Işınlama kılcal bir yana bir kurulumunu tıkanma önlemek gereklidir. Damlacık kılcal (Örneğin, redoks süreçleri dayalı başlatıcıları ile) terk ettikten sonra diğer türlü polimerizasyon sadece polimerizasyon başlamak39. Ancak, fotoğraf kaynaklı çapraz polimerizasyon ve uzaktan kontrol edilebilir yeteneği hız nedeniyle photoinitiation en avantajlı olan bölümdür.
LCE’ın monomer karışımı oda sıcaklığında kristal olduğundan, Bütün mikrosıvısal kurulumunun dikkatli sıcaklık kontrolü gereklidir. Bu nedenle, damlacık oluşumu gerçekleştiği kurulumunun parçası bir su banyosunda yerleştirilir. Burada, damlacıkları karışımı izotropik eritebilir yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Yönlendirme için damlacıkları sıvı kristal faz soğutmalı gerekir. Bu nedenle, polimerizasyon tüp LC-faz (Şekil 1) daha düşük sıcaklık aralığını ayarlamak bir levhası yerleştirilir.
Burada, buz aktüatörler bir akışı imalatı için esnek ve basit bir yöntem açıklanmaktadır. Bu iletişim kuralı mikrosıvısal kurulum tek parçacıkların yanı sıra Janus ve çekirdek-kabuk parçacıklar sentezi için bir kaç dakika içinde oluşturmak için gereken adımları sağlar. Daha sonra nasıl bir sentez yayınlanmaya ve tipik sonucu hem de uyarı parçacıkların özelliklerini açıklar. Son olarak, biz bu yöntemi ve neden biz buz aktüatörler alana ilerleme getirebilir düşünüyorum avantajları tartışıyorlar.
Parçacıklar türleri farklı morfoloji ile buz microactuators üretmek için bir mikrosıvısal yaklaşım ile imalatı anlatmıştık. Bu amaçla, kılcal tabanlı mikrosıvısal kurulumları izin olan photopolymerization tanımlanmış sıcaklıklar ardından damlacık oluşumu inşa edildi.
Önemli bir özelliği, başarılı bir sentez doğru montaj kurulum işte. Tek bölümleri arasındaki tüm bağlantıları düzgün herhangi bir sıvı sızıntı önlemek için sabit gerekir ve cihaz tıkanma her sentez önce temiz olmalıdır. Bu da deneme beri UV-Alerjik koşullar altında gerçekleştirilir, aksi takdirde, monomer karışımı erken polimerizasyon ve böylece yeniden kurulumunu tıkanma sonucu olacak önemlidir.
Bu gün için burada açıklanan mikrosıvısal yaklaşım tek uyarı buz parçacıkları üretmek mümkün yöntemdir. Bu vesileyle, mikrosıvısal işlemi aynı anda iki gereksinimleri yerine getirir. Çok sayıda eşit büyüklükte mikro-nesneleri imalatı yanı sıra, sıvı kristal yönetmen bir yönünü bu parçacıklar indüklenen. Çalıştırıcılar, çok sayıda tek bir adımda sentezlenmiş beri Ayrıca, bu oldukça basit bir işlemdir. Diğer yöntemleri uygulayarak, mesogens yönünü genellikle örnek veya fotoğraf-hizalama katmanları uygulanması germe gibi ek bir adım gerektirir. Ayrıca, bu işlemler yani birçok aktüatörler üretimi çok zaman alan Kılavuzu,. Ayrıca, Ice morfoloji olduğunu-en içinde durumlarda-polimer filmler sınırlıdır. Mikrosıvısal yaklaşımın dezavantajları vardır parçacık sınırlandırılması boyutu (çapı 200 ve 400 µm arasındaki değerlerine kısıtlı olduğu için), kapiller ve UV-Alerjik koşulları gerekliliği parçacık hazırlık sırasında tıkanma güvenlik belgili tanımlık tertibat.
Onlar kolayca üretilebilecek ve sadece bir parçası yapılır beri üstünde-küçük parça sistemleri genellikle mikrosıvısal parçacık imalatlar için kullanılır. Bu ayarlar, sadece farklı sıcaklıklarda gerekli ayarlanabilir akış sırasında eksikliği ancak, aynı zamanda kolayca microreactor tıkanmış ya da kırık parça değişimi için esnek değildir. Dolayısıyla, onlar çok önemli gereksinimleri yerine getirmek gibi kullandığımız kılcal tabanlı kurulumları buz Çalıştırıcılar, sentezi için daha uygun.
Janus-parçacıklar ve çekirdek-kabuk micropumps tahrik sunulan bizim sonuçları, kenara daha karmaşık parçacıklar prensibi şekil yeni özellikleri gelecekte sentez ve yumuşak aktüatör uygulamaları için yeni olanaklar açın. Janus parçacıkları daha fazla değişiklik için çok duyarlı parçacıkları zaten devam ediyor. Bu nedenle, ikinci bir sıcaklık duyarlı polimer kişiseldir buz yanında getirilmesi için hedefliyoruz. Yeni parçacık tasarımlar için daha fazla olanaklar da buz parçacıkları17,18ışık tahrik çalıştırma sonuçları sıvı kristal azo-monomerleri, kullanımı ortaya çıkabilir. Bu durumda, hem bir sıcaklık duyarlı hem de bir fotoğraf aktüatör bölümü içeren Janus parçacıkların düşünebilirsiniz. Çekirdek-kabuk parçacıklar ışık tahrik veya boru gibi yapıların sentezi için fotoğraf duyarlı micropumps yol açacak başka bir olası parçacık tasarım sunar. Yukarıda sunulan ilke mikrosıvısal yordamlar modifikasyonu yeni aktüatörler çeşitli izin vermelisiniz.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar bu eser (Ze 230/24-1) finansmanı için Alman Bilim Vakfı teşekkür ederiz.
NanoTight fitting for 1/16'' OD tubings | Postnova_IDEX | F-333N | |
NanoTight ferrule for 1/16'' OD tubings | Postnova_IDEX | F-142N | |
PEEK Tee for 1/16” OD Tubing | Postnova_IDEX | P-728 | T-junction |
Female Fitting for 1/16” OD Tubing | Postnova_IDEX | P-835 | female luer-lock |
Male Fitting for 1/8” OD Tubing | Postnova_IDEX | P-831 | male luer-lock |
Female Luer Connectors for use with 3/32” ID tubings | Postnova_IDEX | P-858 | for the syrringe's tip |
NanoTight FEP tubing sleeve ID: 395 µm OD: 1/16'' | Postnova_IDEX | F-185 | |
Fused Silica Capillary Tubing ID: 100 µm OD: 165 µm | Postnova | Z-FSS-100165 | glass capillary |
Fused Silica Capillary Tubing ID: 280 µm OD: 360 µm | Postnova | Z-FSS-280360 | glass capillary |
‘‘Pump 33’’ DDS | Harvard Apparatus | 70-3333 | syringe pump |
Precision hot plate | Harry Gestigkeit GmbH | PZ 28-2 | |
Stereomicroscope stemi 2000-C | Carl Zeiss Microscopy GmbH | 455106-9010-000 | |
Mercury vapor lamp Oriel LSH302 | LOT | Intensity: 500 W | |
Teflon Kapillare, 1/16'' x 0,75mm | WICOM | WIC 33104 | teflon tube |
Teflon Kapillare, 1/16'' x 0,50mm | WICOM | WIC 33102 | teflon tube |
Teflon Kapillare, 1/16'' x 0,17mm | WICOM | WIC 33101 | teflon tube |
Silicion oil 1.000 cSt | Sigma Aldrich | 378399 | |
Silicion oil 100 cSt | Sigma Aldrich | 378364 | |
1,6-hexanediol dimethacrylate | Sigma Aldrich | 246816 | Crosslinker |
Lucirin TPO | Sigma Aldrich | 415952 | Initiator |
Polarized optical microscope BX51 | Olympus | For analysis | |
Hotstage TMS 94 | Linkam | For analysis | |
Imaging software Cell^D | Olympus | For analysis |