3D打印喷嘴系统构建更好的纳米纤维 2017-05-03 04:26:26

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3D打印制造设备可以挤出直径仅为75纳米,或人类头发宽度的千分之一的纤维图片:LuisFernandoVelásquez-García在新发表的论文中,麻省理工学院的研究人员描述了一种生产纳米纤维网格的新设备这与其性能最佳的前代产品的生产率和功率效率相匹配 - 但显着降低了纤维直径的变化由纳米级直径纤维制成的网状物具有广泛的潜在应用,包括组织工程,水过滤,太阳能然而,他们的商业化受到效率低下的制造技术的阻碍但是,来自同一麻省理工学院的前一代设备通过复杂的工艺蚀刻成硅,需要一个气密的“洁净室”,新设备已经建成使用价值3,500美元的商用3D打印机因此,该工作指向纳米纤维制造,不仅更可靠新设备由一系列小喷嘴组成,通过这些喷嘴泵送含有聚合物颗粒的流体,因此,它被称为微流体设备“我的个人意见是,在接下来的几年里,没有人是麻省理工学院微系统技术实验室的主要研究科学家和新论文的高级作者LuisFernandoVelásquez-García说:“没有理由这样做3D打印是一种技术,可以在洁净室里做微流体做得更好 - 有更好的材料选择,有可能真正制作你想要制作的结构当你去洁净室时,很多时候你牺牲你想要制作的几何形状而第二个问题是那个这是非常昂贵的“Velásquez-García在他的小组中有两位博士后加入了论文,ErikaGarcía-López和Daniel Olvera-Trejo都在墨西哥的TecnológicodeMonterrey获得了博士学位

通过MIT和TecnológicodeMonterrey的纳米技术研究合作伙伴关系与Velásquez-García合作,对于任何受益于高表面积与体积比的应用 - 例如太阳能电池,试图最大限度地暴露在阳光下,或燃料电池电极,催化其表面的反应纳米纤维也可以产生只能在非常小的尺度上渗透的材料,例如水过滤器,或者对于它们的重量非常坚硬的材料,例如防弹衣

大多数这样的应用依赖于具有规则性的纤维直径“纤维的性能很大程度上取决于它们的直径,”Velásquez-García说“如果你有一个显着的传播,那真正意味着只有百分之几是真的有效例子:你有一个过滤器,过滤器有50纳米和1微米之间的孔隙这真的是一个1微米的过滤器“因为该组的早期器件是用硅蚀刻的,所以它是”ext最后喂食,“意味着电场将聚合物溶液吸引到各个发射器的侧面

流体流动受到蚀刻到发射器侧面的矩形柱的调节,但它仍然不稳定,不足以产生不规则直径的纤维

相比之下,发射器是“内部供给的”:它们有穿过它们的孔,液压将流体推入孔中直到它们被填充只有这时电场将流体吸引到微小的纤维中发射器下方的通道进料孔被包裹成线圈,并且它们沿着它们的长度逐渐变细

锥度是调节纳米纤维直径的关键,用洁净室微加工技术实际上是不可能实现的“微加工真的意味着做直的切割,“Velásquez-García说快速迭代在新设备中,喷嘴排列成两排,彼此略微偏移,这就是因为该设备被设计用于展示对齐的纳米纤维 - 纳米纤维在旋转鼓收集时保持其相对位置

对齐纳米纤维在某些应用中特别有用,例如组织脚手架对于未对齐纤维足够的应用,喷嘴可以Velásquez-García说,除了成本和设计灵活性之外,三维打印的另一个优势是能够快速测试和修改设计 他说,凭借他的团队的微制造设备,从理论建模到已发表的论文通常需要两年时间,在此期间,他和他的同事可能能够测试他们基本设计的两三种变化

他说,这个过程花了将近一年的时间,他们能够测试70次迭代设计“确定性地设计电纺纤维的位置和尺寸的方法让你开始考虑能够控制机械性能用这些纤维制成的材料它可以让你思考纤维中特定方向的优先细胞生长 - 那里有很多很好的潜在机会,“宾夕法尼亚大学Alfred Fitler摩尔教授马克艾伦说

电气和系统工程以及机械工程和应用力学“我预计有人会采用这种技术并将其用于非常创造性方法如果您需要这种确定性设计的光纤网络,我认为这是实现这一目标的一种非常优雅的方式“出版物:ErikaGarcía-López,等人,”用于大规模生产的3D打印复用静电纺丝源对齐纳米纤维垫,小直径扩散,“纳米技术,2017年; DOI:101088 / 1361-6528 / aa86cc资料来源:麻省理工学院新闻社Larry Hardesty