Name: inkjet-printed polyvinyl alcohol multilayers
Uploaded: 2017-05-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 11 s
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Gli autori vorrebbero riconoscere Innovate UK per finanziare questa ricerca in base ai progetti DIRECT (33417-239227) e PCAP (27508-196153). Gli autori ringraziano anche PVOH Polymers Ltd. per fornire materiali e orientamenti professionali durante questo lavoro, e per il loro sostegno a Unilever, AkzoNobel e Carclo Technical Plastics.

1. Formulazione dell&#39;inchiostro <ol><li> Preparare la soluzione per IJP sciogliendo l&#39;alcool polivinilico (8% PVOH in acqua) in acqua purificata riscaldata a 60 ° C. </li><li> Aggiungere 10 g di mono-propilenglicole (MPG) (10% in peso di mono-propilenglicole in acqua), come umettante, alla soluzione. NOTA: Il ruolo dell&#39;umettantante è quello di prevenire blocchi nella testina di stampa. </li><li> Mescolare la soluzione per diverse ore per garantire l&#39;omogeneità e quindi filtrare attraverso un filtro da 5 μm per rimuovere eventuali particolati che potrebbero bloccare gli ugelli. </li><li> Valutare visivamente l&#39;inchiostro per l&#39;omogeneità, in particolare per qualsiasi incidenza della sedimentazione. Se si osserva la sedimentazione, quindi mescolare / ultra-sonicare la soluzione per un lungo periodo (giorni) o formulare una nuova soluzione a base acquosa con una PVOH a basso peso molecolare. NOTA: Conservare tutti i liquidi in bicchieri chiusi a temperatura ambiente. </li></ol> 2. Caratterizzazione dell&#39;inchiostro <ol><li> Eseguire tutto il carattere dell&#39;inchiostroIn ambiente ambiente pulito a temperatura ambiente. </li><li> Misurare la viscosità della soluzione usando un viscosimetro. NOTA: Questo test è necessario per garantire che l&#39;inchiostro formulato sia compatibile con l&#39;hardware IJP. Il processo di stampa a getto d&#39;inchiostro richiede una soluzione a bassa viscosità di 4-20 cP. Misurare la viscosità dell&#39;inchiostro in funzione della velocità di taglio usando un viscosimetro rotativo. </li><li> Testare la tensione superficiale dell&#39;inchiostro a temperatura ambiente usando il metodo della goccia pendente. Utilizzare uno strumento di misura appropriato, ad esempio un tensiometro. Utilizzare il protocollo del produttore. NOTA: Una soluzione tipica per la stampa a getto d&#39;inchiostro ha una tensione superficiale di 30-40 mN / m. </li><li> Testare il pH utilizzando un misuratore pH. Utilizzare il protocollo del produttore. NOTA: il pH è un parametro essenziale in inchiostri a base acqua, in quanto fornisce informazioni essenziali sia sulle proprietà che sulla stabilità delle soluzioni formulate. Una soluzione neutra di pH 7 garantisce una stabilità pRocess e una buona durata della testina di stampa. </li><li> Valutare la bagnabilità dell&#39;inchiostro su diversi substrati misurando l&#39;angolo di contatto attraverso un esperimento di goccia sessile. Utilizzare un tensiometro per misurare l&#39;energia superficiale dei possibili substrati ( ad es. Vetro, plastica e carta). Misurare l&#39;energia di superficie utilizzando il protocollo fornito dal produttore del tensiometro. NOTA: L&#39;interazione tra la goccia e il substrato ha un forte impatto sulla qualità di stampa. Per garantire una buona adesione dell&#39;inchiostro al supporto, l&#39;energia superficiale del substrato dovrebbe superare la tensione superficiale dell&#39;inchiostro di 10-15 mN / m. </li></ol> 3. Stampa a getto d&#39;inchiostro NOTA: Tutte le deposizioni di stampa a getto d&#39;inchiostro sono state eseguite a temperatura ambiente. I multilayer PVOH sono stati depositati utilizzando una macchina di stampa a getto d&#39;inchiostro ibrido piezoelettrico. È stata utilizzata una testina di stampa con 512 ugelli (256 x 2 righe), un diametro dell&#39;ugello da 30 μm e una dimensione di goccia di 42 pllD in questo lavoro. <ol><li> Prima della stampa, pulire accuratamente i substrati di vetro con acetone / metanolo / isopropanolo e acqua di Di. Asciugare i substrati con una pistola N 2 . </li><li> Caricare il substrato sul letto di stampa e fissarlo saldamente. </li><li> Preparare la cartuccia sciacquando l&#39;inchiostro attraverso la testina di stampa. Rimuovere qualsiasi soluzione di aria o di pulizia dal serbatoio e dagli ugelli. </li><li> Inserito la cartuccia nella stampante. Collegare la testina di stampa al gestore di stampa globale dei sistemi a getto d&#39;inchiostro (GIS) tramite la scheda di personalità della testa. </li><li> Caricare la soluzione nella siringa da 150 ml situata sopra la cartuccia e sigillare la siringa con un tappo a tenuta stagna. </li><li> Spurgare l&#39;inchiostro attraverso l&#39;ugello premendo il pulsante di spurgo. NOTA: la distanza del supporto dell&#39;ugello ha una forte influenza sulla traiettoria del getto e quindi sulla qualità del modello stampato. Pertanto, regolare la distanza del supporto dell&#39;ugello utilizzando il software della stampante per ridurre la diffusione del getto. </li><li> ImpostatoLa forma d&#39;onda e i parametri di stampa utilizzando il software di stampa GIS e la Tabella 2 . NOTA: L&#39;interfaccia software GIS consente di controllare sia l&#39;ampiezza di dissipazione e di rilascio e la larghezza. </li><li> Caricare il file immagine desiderato per la stampa utilizzando il software di gestione stampa GIS. </li><li> Avviare il processo digitale e stampare il modello di immagine sul supporto. </li></ol> 4. Analisi del modello stampato <ol><li> Indagare la qualità dei modelli stampati utilizzando un microscopio ottico. Verificare la presenza di difetti nelle funzioni stampate e valutare il miglioramento della qualità quando sono stati stampati più strati. </li><li> Valutare la topologia di superficie e il profilo di spessore dei multistrati stampati a getto d&#39;inchiostro utilizzando un profilometro a superficie 3D non a contatto (basato su interferometria a luce bianca) tramite un microscopio ottico 3D. NOTA: Ulteriori dettagli sulle misurazioni e sugli strumenti utilizzati per formulare / stampare e caratterizzareI modelli stampati sono presentati nel riferimento 21 . </li></ol>

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Gli autori non hanno niente da rivelare.

In questo lavoro abbiamo dimostrato con successo la capacità della tecnologia di stampa a getto d&#39;inchiostro di depositare i multistrati di polimeri. Il comportamento reologico è stato studiato e i risultati sperimentali dimostrano che l&#39;inchiostro formulato presenta un comportamento pseudo-plastico di taglio del taglio. Inoltre, l&#39;inchiostro PVOH è una soluzione neutra (pH 7) e mostra una buona stabilità nel tempo. In particolare, è stato dimostrato con successo che la tecnologia IJP è in grado di produrre strutture multistrato di alcool polivinilico, ma sono necessari ulteriori miglioramenti nella copertura di stampa e nella qualità complessiva. Inoltre, al fine di migliorare l&#39;accuratezza dei modelli stampati, è necessaria una migliore comprensione dell&#39;interazione tra l&#39;inchiostro e il substrato, nonché tra strati adiacenti, insieme ad un controllo più efficace del comportamento del getto. Drop-on-demand (DOD) IJP è un metodo moderno utilizzato per depositare materiali e ha recentemente bloccatoL&#39;attenzione della comunità di ricerca. La tecnologia DOD IJP ha la capacità di depositare una vasta gamma di materiali, dai polimeri ai metalli e persino a prodotti farmaceutici. Tuttavia, ci sono un certo numero di sfide, come il deposito di disegni liberi strati stampati; Ottenendo un modello ad alta risoluzione 26 ; E produrre strutture sottili (inferiori a 1 μm) multistrato. In particolare, la risoluzione stampata è definita dal volume delle gocce espulse e attualmente il volume massimo che può essere disperso è di circa 1 pL. Tuttavia, si prevede un ulteriore sviluppo nel prossimo futuro. Inoltre, sia l&#39;inchiostro che la testina di stampa sono altrettanto responsabili nel processo di stampa DOD. Ad esempio, per l&#39;inchiostro, i parametri chiave, come la tensione superficiale, la viscosità e il pH, dovrebbero essere compatibili con l&#39;hardware IJP. Per controllare il tasso di evaporazione e quindi per migliorare l&#39;uniformità dello strato stampato, è possibile utilizzare un co-solvente. D&#39;altra parte, per la testina di stampa, Il disegno della forma d&#39;onda, la durata e l&#39;ampiezza degli impulsi applicati sono i parametri chiave del processo di stampa. Una strategia recente nel settore dell&#39;elettronica è identificare i modi per produrre dispositivi elettronici ecocompatibili. In questo contesto, la tecnologia 3D IJP è senza dubbio una delle tecnologie più promettenti per ridurre la radiazione nociva e la produzione di calore causata dalla produzione e per conseguire riduzioni dei costi. IJP è in grado di rivoluzionare l&#39;intero sistema di produzione di dispositivi elettronici, tra cui selezione dei materiali, progettazione e fabbricazione, configurazione e architettura del dispositivo. La tecnologia 3D IJP è un&#39;alternativa affidabile al percorso produttivo tradizionale e, soprattutto, è un passo proattivo per ridurre al minimo gli effetti negativi sull&#39;ambiente.

L&#39;alcool polivinilico è semicristallino, artificiale, non tossico, solubile in acqua, insolubile nella maggior parte dei solventi organici, biodegradabile e biocompatibile nei tessuti umani e ha eccellenti proprietà del gas-barriera 1 . Inoltre, grazie alle sue molteplici proprietà utili, PVOH è ampiamente utilizzato in un gran numero di applicazioni. Oggi PVOH è utilizzato in: la fabbricazione di prodotti per la pulizia e detergenti, l&#39;industria dell&#39;imballaggio alimentare, il trattamento dell&#39;acqua, il tessile, l&#39;agricoltura e la costruzione (come additivi) 1 . Tuttavia, PVOH ha recentemente attirato una maggiore attenzione per gli usi farmaceutici 2 ( cioè la consegna di farmaci) e nelle applicazioni mediche 3 , 4 ( ad es., Salviettine , lenti a contatto morbide, gocce oculari e morbidi impianti per la sostituzione della cartilagine). I film PVOH vengono prodotti sia attraverso una forma di fusione o di soluzione. L&#39;elaborazione della fusione è compatSolo con PVOH con bassi livelli di idrolisi o PVOH fortemente plastificati. Così, quando si utilizza questo percorso, alcune proprietà possono essere sacrificate 1 . D&#39;altra parte, uno strato di PVOH può essere depositato attraverso la forma di soluzione mediante colata a goccia 5 , spin coating 6 o elettrospinning 7 . Tuttavia, questi metodi hanno una serie di limitazioni in termini di spreco di materiale indesiderato. Ad esempio, nel caso del rivestimento a spin, è stato riportato che il 95% del materiale viene sprecato. Inoltre, questi metodi sono piuttosto rigidi in termini di design / caratteristiche (nessuna capacità di patterning) e hanno elevati costi di elaborazione complessivi. Al fine di superare la limitazione dell&#39;elaborazione della soluzione convenzionale, esploriamo il potenziale della tecnologia di stampa a getto d&#39;inchiostro per fornire una nuova piattaforma per produrre strutture multistrato di alcool polivinilico (PVOH) che hanno un forte impatto sul materiale e sull&#39;applicazioneProspettive di licazione. I recenti sviluppi nel settore manifatturiero si sono concentrati su processi economici, economici, ecologici e risparmio energetico. La stampa a getto d&#39;inchiostro (IJP) è un processo di fabbricazione moderno che si inserisce perfettamente in questo quadro. I principali vantaggi della tecnologia IJP sono l&#39;efficienza dell&#39;utilizzo dei materiali, il modello digitale (senza maschere) e il pattern di additivi, la grande capacità di area, la compatibilità con i supporti rigidi / flessibili e il basso costo. IJP è un metodo di deposizione che utilizza materiali polimerici dispersi in un solvente. Fino ad oggi sono stati depositati con successo depositi di materiali nanomateriali 11 , 2D- 12 , biologici e farmaceutici basati sul polimero 9 , ceramici 10. Recentemente, è stato riferito che IJP è stato coinvolto nella deposizione di componenti come parte di dispositivi elettronici,Quali i transistori 14 , i sensori 15 , le celle solari 16 e i dispositivi di memoria 17 , nonché nell&#39;imballaggio elettronico 18 . L&#39;inchiostro, la cartuccia e il substrato sono elementi altrettanto importanti che vengono impiegati nel processo di stampa. In primo luogo, le proprietà fisiche dell&#39;inchiostro, come la tensione superficiale e le proprietà reologiche ( vale a dire, la viscosità di taglio), hanno un impatto significativo sul comportamento di stampabilità. Inoltre, il pH svolge un ruolo importante sia sulla soluzione ( es. Essiccazione, schiumatura e viscosità) sia per la durata della cartuccia di stampa IJP. In secondo luogo, per la cartuccia (piezoelettrica), la forma d&#39;onda della tensione di guida definisce effettivamente la formazione di goccia e sia la direzionalità che l&#39;uniformità del getto liquido. Infine, è indispensabile che l&#39;interazione tra inchiostro e substrato sia ben compreso, come la risoluzione e l&#39;accuratezzaDell&#39;oggetto stampato dipendono fortemente da questa interfaccia. L&#39;evaporazione del solvente, la fase cambia da liquido a solido e le reazioni chimiche sono i principali processi che si verificano tra la goccia di fluido e il substrato. Tutti gli aspetti coinvolti nel IJP, dalle proprietà dell&#39;inchiostro al meccanismo di caduta / substrato, sono evidenziati in documenti di revisione da parte di Hutchings 19 e Derby 20 . In questo studio esploriamo le capacità della IJP per la produzione di multistrati di polivinilcloruro. In primo luogo, è stato formulato un inchiostro a base acqua PVOH e sono state studiate le principali proprietà fisiche, come il comportamento reologico, la tensione superficiale e il pH. In questo lavoro è stata impiegata una stampante piezoelettrica a getto d&#39;inchiostro e sono stati identificati i parametri d&#39;onda appropriate. I multilayer PVOH sono stati stampati e i profili di qualità e di superficie / spessore sono stati valutati mediante microscopia ottica.

<table><tbody><tr><td>Polyvinyl alcohol&amp;nbsp;</td><td>PVOH Polymers Ltd, UK</td><td>Poval 4-88</td><td></td></tr><tr><td>Mono-propylene glycol&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>W29004</td><td></td></tr><tr><td>DV2T viscometer&amp;nbsp;</td><td>Brookfield, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Attension Theta Optical Tensiometer&amp;nbsp;</td><td>Biolin Scientific, Sweden</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HANNA pH meter&amp;nbsp;</td><td>HANNA Instruments, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>industrial Inkjet XYPrint100Z</td><td>Industrial Inkjet Ltd, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ContourGT-K 3D optical microscope&amp;nbsp;</td><td>Bruker Corp, USA</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

inkjet-printed polyvinyl alcohol multilayers

La stampa a getto d&#39;inchiostro è un metodo moderno per l&#39;elaborazione del polimero e in questo lavoro dimostriamo che questa tecnologia è in grado di produrre strutture multistrato di alcool polivinilico (PVOH). Viene formulata una soluzione acquosa di alcool polivinilico. Sono state studiate le proprietà intrinseche dell&#39;inchiostro, quali tensione superficiale, viscosità, pH e stabilità del tempo. L&#39;inchiostro a base PVOH era una soluzione neutra (pH 6,7) con una tensione superficiale di 39,3 mN / m e una viscosità di 7,5 cP. L&#39;inchiostro ha mostrato comportamento pseudoplastico (non-Newtoniano di taglio del taglio) a bassi tassi di taglio e, in generale, ha dimostrato una buona stabilità del tempo. La wettabilità dell&#39;inchiostro su substrati diversi è stata studiata e il vetro è stato identificato come il substrato più adatto in questo caso particolare. Una stampante a getto d&#39;inchiostro proprietaria 3D è stata impiegata per produrre strutture polimeriche multistrato. La morfologia, il profilo di superficie e l&#39;uniformità dello spessore dei multistrati stampati a getto d&#39;inchiostro sono stati valutati mediante microscopia ottica.

Sono state studiate le proprietà fisiche dell&#39;inchiostro a base acqua PVOH, come la tensione superficiale, il comportamento viscosità / reologico, il pH, la bagnatura e la stabilità del tempo. La viscosità dell&#39;inchiostro utilizzato in questo lavoro è stata di 7,5 cP e la tensione superficiale era di 39,3 mN / m. Inoltre, l&#39;inchiostro formulato era neutro (pH 7), con i risultati riassunti nella tabella 1 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Inchiostro </td><td colspan="3"> Tensione superficiale (mN / m) </td><td colspan="3"> Viscosità (cP) 1 min / 25 rpm </td><td> pH </td></tr><tr><td> PVOH_ink </td><td colspan="3"> Valore medio. = 39,5; SE = 0,2 </td><td colspan="3"> Val. Media. = 7,6; SE = 0,17 </td><td> 6,75 ± 0,05 * </td></tr></tbody></table><strOng&gt; Tabella 1: Parametri dell&#39;inchiostro. I parametri chiave dell&#39;inchiostro formulato, come la tensione superficiale, la viscosità e il pH, sono elencati in questa tabella. Un esame visivo della soluzione è stato eseguito per verificare l&#39;omogeneità e per identificare qualsiasi sedimentazione o flocculazione dell&#39;inchiostro. Come si può vedere nella figura 1 , la soluzione formulata è priva di grandi particelle e ha un aspetto latteo. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig1.jpg" /> Figura 1: Inchiostro a base acqua PVOH. Questa immagine mostra che dopo la formulazione, la soluzione è chiaramente priva di particelle di grandi dimensioni visibili. Inoltre, va sottolineato che le proprietà reologiche della soluzione svolgono un ruolo cruciale sul comportamento della stampabilità; Vengono analizzati per questo motivo. Il comportamento reologico è stato esaminato misurando la viscosità in funzione della velocità di taglio. Come mostrato in Figura 2 , la viscosità è diminuita con una frequenza di taglio aumentata, mostrando un comportamento di taglio non-Newtoniano di taglio rispetto all&#39;intervallo di velocità di taglio da 1 a 100 s -1 . <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig2.jpg" /> Figura 2: Viscosità in funzione della velocità di taglio. L&#39;inchiostro formulato presenta un comportamento di assottigliamento pseudo-plastico / non-Newtoniano di taglio a basse velocità di taglio. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55093/55093fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a> È importante sottolineare che la stabilità dell&#39;inchiostro è fondamentale per mantenere la qualità durante la stampa; Quindi, è stata valutata la stabilità dell&#39;inchiostro alle condizioni ambientali. Le stabiIl test di lite è stato eseguito misurando la viscosità e il pH dell&#39;inchiostro PVOH in funzione del tempo tramite misurazioni giornaliere consecutive in 30 giorni. La Figura 3 illustra gli istogrammi dei dati raccolti, che includono sia i valori di deviazione standard che media. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig3.jpg" /> Figura 3: Istogramma della viscosità (sinistra) e pH (destra) dell&#39;inchiostro a base acqua PVOH. Per garantire un processo affidabile e riproducibile, la stabilità dell&#39;inchiostro è stata studiata e i risultati sono illustrati in questa immagine. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55093/55093fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a> Inoltre, durante il processo di irrigazione, il processo di gettatura ( cioè, tirando inchiostro nella camera e espellendo l&#39;inchiostro fuori tAttraverso gli ugelli) è completamente controllata dalla deformazione fisica della membrana piezoelettrica dopo l&#39;applicazione del potenziale elettrico. È molto importante ripetere che l&#39;affidabilità e la consistenza del getto sono completamente definiti sia dalle proprietà di inchiostro e dalle impostazioni ottimali delle forme d&#39;onda. I parametri ottimali di forma d&#39;onda, come l&#39;impulso di tensione di trazione (V D ) e l&#39;impulso di rilascio (V R ), sono stati identificati e sono inclusi nella Tabella 2 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2"> Inchiostro </td><td> Dissipare l&#39;impulso </td><td></td><td> Rilasciare l&#39;impulso </td><td></td></tr><tr><td colspan="2"></td><td> Tensione (V) </td><td> Tempo (μs) </td><td> Tensione (V) </td><td> Tempo (μs) </td></tr><tr><td colspan="2"> PVOH_ink </td><td> 15 </td><td> 5 </td><td> 7.5 </td&gt; <td> 10 </td></tr></tbody></table> Tabella 2: Parametri di stampa (forma d&#39;onda) applicati alla testina di stampa piezoelettrica nell&#39;esperimento. Le ampiezze e le larghezze degli impulsi di rilascio e di rilascio sono fondamentali per le prestazioni di gettatura. Occorre identificare i valori appropriati per garantire uno strato stampato di alta qualità. Come punto di partenza, le ampiezze / larghezze degli impulsi di tensione sono state selezionate di conseguenza, con le proprietà del fluido, comprese sia tensioni superficiali che viscosità. Successivamente, è stato stampato un disegno e la qualità degli strati stampati è stata valutata. Inoltre, le impostazioni delle forme d&#39;onda sono state regolate fino a raggiungere la migliore qualità. Inoltre, le interazioni di drop-substrate svolgono un ruolo significativo sulla qualità di stampa. È ben noto che una buona adesione dell&#39;insiemeK al substrato avviene se l&#39;energia superficiale del substrato supera la tensione superficiale 22 dell&#39;inchiostro di 10-15 mN / m. In primo luogo, sono state testate le energie superficiali di diversi substrati potenziali ( cioè vetro, plastica, carta elettronica e carta fotografica) ei risultati sono inclusi nella tabella 3 . Al fine di identificare la migliore corrispondenza del substrato con l&#39;inchiostro, è stata paragonata l&#39;energia superficiale dei substrati esaminati e la tensione superficiale dell&#39;inchiostro formulato, mentre il vetro è stato selezionato per ulteriori lavori. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2"> Substrato </td><td> Energia superficiale (mN / m) </td></tr><tr><td colspan="2"> Scivolo in vetro </td><td> 65 </td></tr><tr><td colspan="2"> Plastica </td><td> 51,5 </td></tr><tr><td colspan="2"> Carta elettronica </td><td> 50,8 </td></tr&gt; <tr><td colspan="2"> carta fotografica </td><td> 47.5 </td></tr></tbody></table> Tabella 3: Energia libera da quattro potenziali substrati. Per garantire l&#39;eccellente adesione dell&#39;inchiostro al substrato, sono state determinate le energie superficiali di quattro substrati potenziali. Pertanto, per la corretta adesione dell&#39;inchiostro al substrato, la tensione superficiale dell&#39;inchiostro deve seguire la regola di 10 punti ( cioè la tensione superficiale dovrebbe essere inferiore di almeno 10 mN / m rispetto all&#39;energia di superficie della superficie del substrato ). Il comportamento di bagnatura dell&#39;inchiostro PVOH è stato quindi indagato. Come illustrato nella figura 4 (immagine insetica), l&#39;inchiostro PVOH dimostra un buon livello di bagnabilità con l&#39;angolo di contatto &quot;primo contatto&quot; di 54,5 ± 0,1 ° (la precisione della misura dell&#39;angolo di contatto è indicata come ± 0,1 °). IlL&#39;evoluzione dell&#39;angolo di contatto con il tempo è presentata in Figura 4 ; Si può notare che una lieve diminuzione dell&#39;angolo di contatto avviene nei primi 25 s, dopo di che è abbastanza costante. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig4.jpg" /> Figura 4: Angolo di contatto rispetto al tempo per il substrato PVOH inchiostro / vetro. Inset: immagine della gocce d&#39;inchiostro sul substrato di vetro. I micrografi ottici del IJP di PVOH con 10 e 75 strati sono illustrati in figura 5 . Un certo numero di difetti generati da un noto effetto di macchia di anello / caffè 23 , 24 sono rivelati nel caso in cui il disegno è stato effettuato da 10 passaggi di stampa ( figura 5a ). Tuttavia, è interessante notare che la qualità è molto migliorata dopo la stampa di 75 strati.<html> È chiaro che la formazione dell&#39;anello è stata soppressa efficacemente quando sono stati stampati 75 strati ( Figura 5b ). Il miglioramento osservato nella qualità del modello stampato potrebbe essere dovuto alla variazione del tasso di evaporazione del solvente / del flusso fluido e alla modifica dell&#39;interazione tra interfaccia tra un gran numero di strati sovrapposti. Inoltre, il riscaldamento del substrato durante la deposizione e l&#39;utilizzo di un co-solvente volatile sono due possibili approcci per superare questi difetti. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig5.jpg" /> Figura 5: Microscopi ottici di stampa PVOH a getto d&#39;inchiostro con (a) 10 e (b) 75 strati di passaggi di stampa. La qualità degli strati stampati è stata valutata mediante microscopia ottica. Questa immagine confronta la qualità di 10 e 75 strati stampati. L&#39;immagine mostra che la qualità è molto migliorata quando sono stati stampati 75 strati.Ftp_upload / 55093 / 55093fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Il logo &quot;Warwick&quot; è stato stampato da 100 passaggi di stampa e sono stati poi studiati la uniformità del profilo di superficie e dello spessore. Come si può vedere nella figura 6 , la prima parte del modello è parzialmente coperta. Tuttavia, le aree osservate male-coperte possono essere collegate all&#39;effetto &quot;primo goccia&quot; 25 nel processo di stampa. Come previsto, questo effetto riflette anche l&#39;uniformità dello spessore ( vale a dire, lo spessore non è uniforme sull&#39;intera area sottoposta a scansione). <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig6.jpg" /> Figura 6: Il logo &quot;Warwick&quot; stampato con i profili a base d&#39;inchiostro PVOH (sinistra) e spessore (destro). Questa foto mostra che ilLa prima lettera del modello è scarsamente coperta; Ciò è riflesso anche dall&#39;uniformità dello spessore. Tuttavia, il resto del modello stampato sembra abbastanza buono.

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Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers

Una stampante a getto d&#39;inchiostro è stata utilizzata per la produzione di multistrati di alcool polivinilico. L&#39;inchiostro a base di alcool polivinilico è stato formulato e le principali proprietà fisiche sono state studiate.

Multistrati in polistirene stampato a getto d&#39;inchiostro

Inkjet printing is a modern method for polymer processing, and in this work, we demonstrate that this technology is capable of producing polyvinyl alcohol ...

inkjet-printed-polyvinyl-alcohol-multilayers

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

12.5K Views.  De Montfort University.  Una stampante a getto d'inchiostro è stata utilizzata per la produzione di multistrati di alcool polivinilico. L'inchiostro a base di alcool polivinilico è stato formulato e le principali proprietà fisiche sono state studiate. 

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Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Microarrays polimerici per Discovery High Throughput di Biomateriali

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Ricerca

Bioingegneria

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in combination with their outstanding thermal and chemical stability, and low densities. However, their insoluble nature causes problems in their processing since usually applied techniques such as spin coating are not available. Especially for membrane applications, where the processing of CMP as thin films is desirable, the processing problems have hindered their commercial application.
Here we describe the interfacial synthesis of CMP thin films on functionalized substrates via molecular layer-by-layer (l-b-l) synthesis. This process allows the preparation of films with desired thickness and composition and even desired composition gradients.
The use of sacrificial supports allows the preparation of freestanding membranes by dissolution of the support after the synthesis. To handle such ultra-thin freestanding membranes the protection with sacrificial coatings showed great promise, to avoid rupture of the nanomembranes. To transfer the nanomembranes to the desired substrate, the coated membranes are upfloated at the air-liquid interface and then transferred via dip coating.

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

Sintesi layer-by-layer e di trasferimento delle Freestanding coniugati microporosi Polymer nanomembrane

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

Chimica

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.

Deposizione di vapore reattiva di film polimerici coniugati su substrati arbitrari

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA-b-PVDMA), are presented. Due to the high reactivity of azlactone groups towards amine, thiol, and hydroxyl groups, PGMA-b-PVDMA surfaces can be modified with secondary molecules to create chemically or biologically functionalized interfaces for a variety of applications. Previous reports of patterned PGMA-b-PVDMA interfaces have used traditional top-down patterning techniques that generate non-uniform films and poorly controlled background chemistries. Here, we describe customized patterning techniques that enable precise deposition of highly uniform PGMA-b-PVDMA films in backgrounds that are chemically inert or that have biomolecule-repellent properties. Importantly, these methods are designed to deposit PGMA-b-PVDMA films in a manner that completely preserves azlactone functionality through each processing step. Patterned films show well-controlled thicknesses that correspond to polymer brushes (~90 nm) or to highly crosslinked structures (~1-10 &#956;m). Brush patterns are generated using either the parylene lift-off or interface directed assembly methods described and are useful for precise modulation of overall chemical surface reactivity by adjusting either the PGMA-b-PVDMA pattern density or the length of the VDMA block. In contrast, the thick, crosslinked PGMA-b-PVDMA patterns are obtained using a customized micro-contact printing technique and offer the benefit of higher loading or capture of secondary material due to higher surface area to volume ratios. Detailed experimental steps, critical film characterizations, and trouble-shooting guides for each fabrication method are discussed.

Surface fabrication methods for patterned deposition of nanometer thick brushes or micron thick, crosslinked films of an azlactone block co-polymer are reported. Critical experimental steps, representative results, and limitations of each method are discussed. These methods are useful for creating functional interfaces with tailored physical features and tunable surface reactivity.

Fabbricazione di superfici reattive con spazzola e film reticolato di co-polimeri funzionalizzati Azlactone blocco

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Ingegneria

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

Polimerici Microneedle Array Fabrication per Fotolitografia

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are demonstrated. The ink synthesis is based on a simple wet chemical reaction and the inkjet printing protocol is a facile step by step method. The inkjet printed thin films have been characterized by X-ray diffraction, optical absorption spectroscopy, photoluminescent spectroscopy, and electronic transport measurements. X-ray diffraction of the printed quantum dot films indicates a crystal structure consistent with an orthorhombic room temperature phase with (001) orientation. In conjunction with other characterization methods, the X-ray diffraction&#160;measurements show high quality films can be obtained through the inkjet printing method.

A protocol for synthesizing inorganic-lead-halide hybrid perovskite quantum dot inks for inkjet printing and the protocol for preparing and printing the quantum dot inks in an inkjet printer with post characterization techniques are presented.

A getto d'inchiostro stampa tutti gli inchiostri di Perovskite alogenuro inorganici per applicazioni fotovoltaiche

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, three substrates (acrylate, ceramics, and copper) are prepared. To determine the resulting material properties of these substrates, profilometer, contact angle, scanning electron microscope (SEM), and focused ion beam (FIB) measurements are done. The achievable printing resolution and suitable drop volume for each substrate are, then, found through the drop size tests. Then, layers of insulating and conductive ink are inkjet printed alternately to fabricate the target sensor structures. After each printing step, the respective layers are individually treated by photonic curing. The parameters used for the curing of each layer are adapted depending on the printed ink, as well as on the surface properties of the respective substrate. To confirm the resulting conductivity and to determine the quality of the printed surface, four-point probe and profilometer measurements are done. Finally, a measurement set-up and results achieved by such an all-printed sensor system are shown to demonstrate the achievable quality.

Here we present a protocol for the fabrication of inkjet-printed multilayer sensor structures on additively manufactured substrates and foil.

Ibrido di stampa per la fabbricazione di sensori intelligenti

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of an optical imaging device are greatly affected by the performance characteristics of its components, the test environment, and the operations. Therefore, it is necessary to calibrate these devices by traceable phantom standards. However, most of the currently available phantoms are homogeneous phantoms that cannot simulate multimodal and dynamic characteristics of biological tissue. Here, we show the fabrication of heterogeneous tissue-simulating phantoms using a production line integrating a spin coating module, a polyjet module, a fused deposition modeling (FDM) module, and an automatic control framework. The structural information and the optical parameters of a &#34;digital optical phantom&#34; are defined in a prototype file, imported to the production line, and fabricated layer-by-layer with sequential switch between different printing modalities. Technical capability of such a production line is exemplified by the automatic printing of skin-simulating phantoms that comprise the epidermis, dermis, subcutaneous tissue, and an embedded tumor.

Spin coating, polyjet printing, and fused deposition modeling are integrated to produce multilayered heterogeneous phantoms that simulate structural and functional properties of biological tissue.

Stampa 3D multimodale di fantasmi per simulare il tessuto biologico

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Frugal Imaging Technique of Capillary Flow Through Three-Dimensional Polymeric Printing Powders

The development of novel imaging techniques of molecular and colloidal transport, including nanoparticles, is an area of active investigation in microfluidic and millifluidic studies. With the advent of three-dimensional (3D) printing, a new domain of materials has emerged, thereby increasing the demand for novel polymers. Specifically, polymeric powders, with average particle sizes on the order of a micron, are experiencing a growing interest from academic and industrial communities. Controlling material tunability at the mesoscopic to microscopic length scales creates opportunities to develop innovative materials, such as gradient materials. Recently, a need for micron-sized polymeric powders has been growing, as clear applications for the material are developing. Three-dimensional printing provides a high-throughput process with a direct link to new applications, driving investigations into the physio-chemical and transport interactions on a mesoscale. The protocol that is discussed in this article provides a non-invasive technique to image fluid flow in packed powder beds, providing high temporal and spatial resolution while leveraging mobile technology that is readily available from mobile devices, such as smartphones. By utilizing a common mobile device, the imaging costs that would normally be associated with an optical microscope are eliminated, resulting in a frugal-science approach. The proposed protocol has successfully characterized a variety of combinations of fluids and powders, creating a diagnostic platform for quickly imaging and identifying an optimal combination of fluid and powder.

The proposed technique will provide a novel, efficient, frugal, and non-invasive approach for imaging fluidic flow through a packed powder bed, yielding high spatial and temporal resolution.

Multistrati in polistirene stampato a getto d'inchiostro

Riepilogo

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