Name: inkjet-printed polyvinyl alcohol multilayers
Uploaded: 2017-05-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 11 s
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Os autores gostariam de agradecer a Innovate UK pelo financiamento desta investigação nos projectos DIRECT (33417-239227) e PCAP (27508-196153). Os autores também agradecem a PVOH Polymers Ltd., por fornecer materiais e orientação profissional durante este trabalho, e Unilever, AkzoNobel e Carclo Technical Plastics, por seu apoio.

1. Formulação de tinta <ol><li> Preparar a solução para IJP dissolvendo álcool polivinílico (8% em peso de PVOH em água) em água purificada aquecida a 60 ° C. </li><li> Adicionar 10 g de mono-propilenoglicol (MPG) (10% em peso de mono-propilenoglicol em água), como um humectante, à solução. NOTA: O papel do humectante é evitar bloqueios na cabeça de impressão. </li><li> Agitar a solução por várias horas para garantir a homogeneidade e, em seguida, filtrá-lo através de um filtro de 5 μm para remover quaisquer partículas que possam bloquear os bicos. </li><li> Avaliar visualmente a homogeneidade da tinta, especialmente para qualquer incidência de sedimentação. Se a sedimentação for observada, então agitar / ultra-sonicar a solução por um longo tempo (dias) ou formular uma nova solução à base de água com um PVOH com baixo peso molecular. NOTA: Guarde todos os fluidos em recipientes fechados à temperatura ambiente. </li></ol> 2. Caracterização da Tinta <ol><li> Executar todos os caracteres de tintaIzação à temperatura ambiente num ambiente de sala limpa. </li><li> Medir a viscosidade da solução utilizando um viscosímetro. NOTA: Este teste é necessário para garantir que a tinta formulada é compatível com o hardware IJP. O processo de impressão a jato de tinta requer uma solução de baixa viscosidade de 4-20 cP. Medir a viscosidade da tinta em função da taxa de cisalhamento utilizando um viscosímetro rotacional. </li><li> Teste a tensão superficial da tinta à temperatura ambiente usando o método de queda pendente. Use uma ferramenta de medição apropriada, como um tensiómetro. Use o protocolo do fabricante. NOTA: Uma solução típica para impressão a jato de tinta tem uma tensão superficial de 30-40 mN / m. </li><li> Teste o pH usando um medidor de pH. Use o protocolo do fabricante. NOTA: O pH é um parâmetro essencial em tintas à base de água, pois fornece informações essenciais sobre as propriedades ea estabilidade das soluções formuladas. Uma solução neutra pH de 7 garante um p estávelUm bom tempo de vida para a cabeça de impressão. </li><li> Avaliar a molhabilidade da tinta em diferentes substratos, medindo o ângulo de contato através de uma experiência de queda sessile. Use um tensiómetro para medir a energia superficial dos substratos possíveis ( por exemplo, vidro, plástico e papel). Medir a energia de superfície usando o protocolo fornecido pelo fabricante do tensiómetro. NOTA: A interação entre a gota e o substrato tem um forte impacto na qualidade de impressão. Para assegurar a boa aderência da tinta ao substrato, a energia superficial do substrato deve exceder a tensão superficial da tinta em 10-15 mN / m. </li></ol> 3. Impressão a Jato de Tinta NOTA: Todas as deposições de impressão por jacto de tinta foram realizadas à temperatura ambiente. As multicamadas de PVOH foram depositadas utilizando uma máquina de impressão por jacto de tinta híbrida piezoeléctrica. Um cabeçote de impressão com 512 bicos (256 x 2 linhas), um diâmetro de bocal de 30 μm e um tamanho de gota de 42 pL foi usadoD neste trabalho. <ol><li> Antes da impressão, limpe bem os substratos de vidro com acetona / metanol / isopropanol e água Di. Secar os substratos com uma pistola N 2 . </li><li> Coloque o substrato no leito de impressão e prenda-o firmemente. </li><li> Prepare o cartucho lavando a tinta através da cabeça de impressão. Remova todo o ar ou solução de limpeza do reservatório e bicos. </li><li> Coloque o cartucho na impressora. Conecte o cabeçote de impressão ao gerenciador de impressão de sistemas de jato de tinta global (GIS) através da placa de personalidade principal. </li><li> Colocar a solução na seringa de 150 ml situada acima do cartucho e selar a seringa com uma tampa hermética. </li><li> Purgue a tinta através do bocal pressionando o botão de purga. NOTA: A distância bico-substrato tem uma forte influência na trajetória do jato e, portanto, na qualidade do padrão impresso. Portanto, ajuste a distância do bico-substrato usando o software da impressora para reduzir o espalhamento do jato. </li><li> ConjuntoA forma de onda e os parâmetros de impressão usando o software de impressão SIG ea Tabela 2 . NOTA: A interface do software GIS permite o controle tanto da amplitude de puxar e liberar quanto da largura. </li><li> Carregue o arquivo de imagem desejado para impressão usando o software gerenciador de impressão GIS. </li><li> Inicie o processo digital e imprima o padrão de imagem no substrato. </li></ol> 4. Análise do Padrão Impresso <ol><li> Investigar a qualidade dos padrões impressos usando um microscópio óptico. Verifique a presença de defeitos dentro das características impressas e avalie a melhoria na qualidade quando mais camadas foram impressas. </li><li> Avaliar a topologia superficial eo perfil de espessura das multicamadas impressas a jato de tinta usando um perfilômetro de superfície 3D sem contato (baseado na interferometria de luz branca) por meio de um microscópio óptico 3D. NOTA: Mais detalhes sobre as medições e os instrumentos utilizados para formular / imprimir e caracterizar oPadrões impressos são apresentados na referência 21 . </li></ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

Neste trabalho, demonstramos com sucesso a capacidade da tecnologia de impressão a jato de tinta para depositar multicamadas de polímero. O comportamento reológico foi investigado, e os resultados experimentais demonstram que a tinta formulada apresenta comportamento pseudoplástico de diluição por cisalhamento. Além disso, a tinta PVOH é uma solução neutra (pH 7) e mostra boa estabilidade ao longo do tempo. Notavelmente, foi demonstrado com sucesso que a tecnologia IJP é capaz de produzir estruturas de multicamadas de álcool polivinílico, mas são necessárias mais melhorias na cobertura de impressão e qualidade global. Além disso, a fim de melhorar a precisão dos padrões impressos, é necessária uma melhor compreensão da interacção entre a tinta eo substrato, bem como entre camadas adjacentes, juntamente com um controlo mais eficaz do comportamento de jacto. Drop-on-demand (DOD) O IJP é um método moderno usado para depositar materiais, e recentementeAtenção da comunidade de pesquisa. DOD IJP tecnologia tem a capacidade de depositar uma vasta gama de materiais, de polímeros para metais e até mesmo produtos farmacêuticos. Contudo, há uma série de desafios, tais como o depósito de camadas impressas sem defeitos; Atingindo um padrão de alta resolução 26 ; E produzindo estruturas finas (menos de 1 μm), de camadas múltiplas. Notavelmente, a resolução impressa é definida pelo volume das gotas ejectadas, e actualmente, o volume máximo que pode ser disperso é aproximadamente 1 pL. Contudo, espera-se um maior desenvolvimento num futuro próximo. Além disso, tanto a tinta quanto o cabeçote de impressão são igualmente responsáveis ​​no processo de impressão do DOD. Por exemplo, para a tinta, os parâmetros chave, tais como tensão superficial, viscosidade e pH, devem ser compatíveis com o hardware IJP. De modo a controlar a taxa de evaporação e assim melhorar a uniformidade da (s) camada (s) impressa (s), pode ser utilizado um co-solvente. Por outro lado, para a cabeça de impressão, O formato da forma de onda, a duração ea amplitude dos impulsos aplicados são os parâmetros chave no processo de impressão. Uma estratégia recente no setor de eletrônica é identificar formas de fabricar dispositivos eletrônicos ecológicos. Neste contexto, a tecnologia 3D IJP é sem dúvida uma das tecnologias mais promissoras para reduzir a radiação nociva e geração de calor causada pela fabricação e também para alcançar reduções de custos. IJP é capaz de revolucionar todo o sistema de fabricação de dispositivos eletrônicos, incluindo seleção de materiais, design e fabricação, e configuração de dispositivos e arquitetura. A tecnologia 3D IJP é uma alternativa confiável à via de fabricação tradicional e, o mais importante, é um passo proativo para minimizar os efeitos negativos sobre o meio ambiente.

O álcool polivinílico é semicristalino, artificial, não tóxico, solúvel em água, insolúvel na maioria dos solventes orgânicos, biodegradável e biocompatível em tecidos humanos e possui excelentes propriedades de barreira ao gás 1 . Além disso, devido às suas muitas propriedades úteis, PVOH é amplamente utilizado em um grande número de aplicações. Atualmente, o PVOH é utilizado na fabricação de produtos de limpeza e detergentes, na indústria de embalagens de alimentos, tratamento de água, têxtil, agricultura e construção (como aditivos) 1 . No entanto, o PVOH tem atraído recentemente uma maior atenção para usos farmacêuticos 2 ( isto é, libertação de fármaco) e em aplicações médicas 3 , 4 ( por exemplo, curativo para feridas, lentes de contacto moles, colírios e implantes moles para substituição de cartilagem). As películas de PVOH são produzidas quer através de uma forma fundida quer sob forma de solução. O processamento de fusão é compatApenas com PVOH com baixos níveis de hidrólise ou PVOH pesadamente plastificado. Assim, ao usar esta via, algumas propriedades podem ser sacrificadas 1 . Por outro lado, uma camada de PVOH pode ser depositada através da forma de solução por fundição sob pressão 5 , revestimento por centrifugação 6 ou electrospinning 7 . No entanto, estes métodos têm uma série de limitações em termos do desperdício de material indesejado. Por exemplo, no caso do revestimento por centrifugação, foi relatado 8 que 95% do material é desperdiçado. Além disso, estes métodos são bastante rígidos em termos de design / funcionalidades (sem capacidade de padronização) e têm elevados custos globais de processamento. A fim de superar a limitação do processamento de solução convencional, aqui vamos explorar o potencial da tecnologia de impressão a jato de tinta para fornecer uma nova plataforma para produzir álcool polivinílico (PVOH) estruturas multi-camada que têm um forte impacto no material e appPerspectivas de inovação. Os desenvolvimentos recentes no setor manufatureiro focalizaram em processos baratos, simples, eco-amigáveis, e de poupança de energia. A impressão a jato de tinta (IJP) é um processo de fabricação moderno que se encaixa perfeitamente dentro desta estrutura. As principais vantagens da tecnologia IJP são a eficiência do uso de materiais, o padrão digital (sem máscara) e aditivo, a grande capacidade de área, a compatibilidade com substratos rígidos / flexíveis eo baixo custo. O IJP é um método de deposição que usa materiais poliméricos dispersos em um solvente. Até à data, foram depositados com sucesso materiais de polímero 9 funcionais, cerâmicos- 10 , nanomateriais condutores 11 , 2D- 12 , biologicamente e farmaceuticamente baseados. Recentemente, foi relatado que o IJP estava envolvido na deposição de componentes como parte de dispositivos eletrônicos,Tais como transistores 14 , sensores 15 , células solares 16 , e dispositivos de memória 17 , bem como na embalagem electrónica 18 . A tinta, o cartucho e o substrato são componentes igualmente importantes que são empregues no processo de impressão. Em primeiro lugar, as propriedades físicas da tinta, tais como a tensão superficial e as propriedades reológicas ( isto é, viscosidade de cisalhamento), têm um impacto significativo no comportamento de impressão. Além disso, o pH desempenha um papel importante tanto na solução ( por exemplo, secagem, espuma e viscosidade) como no tempo de vida do cartucho de impressão IJP. Em segundo lugar, para o cartucho (piezoeléctrico), a forma de onda de tensão de accionamento define efectivamente a formação de gotas e a direccionalidade e a uniformidade do jacto de líquido. Finalmente, é imperativo que a interação tinta / substrato é muito bem compreendida, como a resolução e precisãoDo objeto impresso são fortemente dependentes desta interface. A evaporação do solvente, as mudanças de fase do líquido para o sólido e as reações químicas são os principais processos que ocorrem entre a queda do fluido eo substrato. Todos os aspectos envolvidos no IJP, desde as propriedades da tinta aos mecanismos de queda / substrato, são destacados em artigos de revisão por Hutchings 19 e Derby 20 . Neste estudo, exploramos as capacidades do IJP para fabricar multicamadas de álcool polivinílico. Em primeiro lugar, foi formulada uma tinta à base de água PVOH, e as propriedades físicas principais, tais como comportamento reológico, tensão superficial e pH, foram investigadas. Neste trabalho, foi empregue uma impressora jato de tinta piezoelétrica, e os parâmetros de forma de onda apropriados foram então identificados. PVOH foram impressas e a qualidade e os perfis de superfície / espessura foram avaliados por microscopia óptica.

<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

A impressão a jacto de tinta é um método moderno para processamento de polímeros, e neste trabalho, demonstramos que esta tecnologia é capaz de produzir estruturas de multicamadas de álcool polivinílico (PVOH). Formulou-se uma solução aquosa de álcool polivinílico. As propriedades intrínsecas da tinta, tais como tensão superficial, viscosidade, pH, e estabilidade de tempo, foram investigadas. A tinta à base de PVOH era uma solução neutra (pH 6,7) com uma tensão superficial de 39,3 mN / m e uma viscosidade de 7,5 cP. A tinta mostrou comportamento pseudoplástico (desbaste não-newtoniano) a baixas taxas de cisalhamento e, em geral, demonstrou boa estabilidade no tempo. A molhabilidade da tinta em diferentes substratos foi investigada e o vidro foi identificado como o substrato mais adequado neste caso particular. Utilizou-se uma impressora de jacto de tinta 3D proprietária para fabricar estruturas multicamadas de polímero. A morfologia, o perfil superficial ea uniformidade de espessura de multicamadas impressas a jato de tinta foram avaliados por microscopia óptica.

Foram investigadas as propriedades físicas da tinta à base de água PVOH, tais como tensão superficial, comportamento viscoso / reológico, pH, molhamento e estabilidade no tempo. A viscosidade da tinta utilizada neste trabalho foi de 7,5 cP e a tensão superficial foi de 39,3 mN / m. Adicionalmente, a tinta formulada era neutra (pH 7), com os resultados resumidos na Tabela 1 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Tinta </td><td colspan="3"> Tensão superficial (mN / m) </td><td colspan="3"> Viscosidade (cP) 1 min / 25 rpm </td><td> PH </td></tr><tr><td> PVOH_ink </td><td colspan="3"> Val média = 39,5; SE = 0,2 </td><td colspan="3"> Val média = 7,6; SE = 0,17 </td><td> 6,75 ± 0,05 * </td></tr></tbody></table><strTabela 1: Parâmetros da tinta. Os principais parâmetros da tinta formulada, tais como tensão superficial, viscosidade e pH, estão listados nesta tabela. Um exame visual da solução foi realizado para verificar a homogeneidade e para identificar qualquer sedimentação ou floculação da tinta. Como pode ser visto na Figura 1 , a solução formulada é livre de partículas grandes e tem um aspecto leitoso. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig1.jpg" /> Figura 1: Tinta à base de água PVOH. Esta imagem mostra que após a formulação, a solução está claramente livre de partículas grandes visíveis. Além disso, deve ser salientado que as propriedades reológicas da solução desempenham um papel crucial no comportamento de imprimibilidade; Eles são analisados ​​por esse motivo. O comportamento reológico foi examinado medindo a viscosidade em função da taxa de cisalhamento. Conforme ilustrado na Figura 2 , a viscosidade diminuiu com o aumento da taxa de cisalhamento, mostrando um comportamento de desbaste de corte não-Newtoniano ao longo da gama de velocidades de cisalhamento de 1 a 100 s -1 . <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig2.jpg" /> Figura 2: Viscosidade em função da taxa de cisalhamento. A tinta formulada apresenta um comportamento pseudo-plástico / não-newtoniano de diluição por cisalhamento a baixas taxas de cisalhamento. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55093/55093fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> É importante enfatizar que a estabilidade da tinta é crucial para manter a qualidade durante a impressão; Assim, a estabilidade da tinta nas condições ambientais foi avaliada. O stabiLity foi realizado medindo a viscosidade eo pH da tinta de PVOH em função do tempo através de medições diárias consecutivas ao longo de 30 dias. A Figura 3 ilustra os histogramas dos dados recolhidos, que incluem tanto o valor médio como o desvio padrão. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig3.jpg" /> Figura 3: Histograma da viscosidade (esquerda) e pH (à direita) da tinta à base de água PVOH. A fim de assegurar um processo fiável e reprodutível, a estabilidade da tinta foi investigada, e os resultados são ilustrados nesta figura. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55093/55093fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Além disso, durante o IJP, o processo de jateamento ( isto é, puxando a tinta para dentro da câmara eAtravés dos bicos) é totalmente controlada pela deformação física da membrana piezoelétrica após a aplicação do potencial elétrico. É muito importante reiterar que a confiabilidade ea consistência do jato são completamente definidas tanto pelas propriedades da tinta quanto pelas configurações ótimas da forma de onda. Os parâmetros ótimos da forma de onda, como o pulso de tensão de tração (V D ) eo pulso de liberação (V R ), foram identificados e estão incluídos na Tabela 2 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2"> Tinta </td><td> Pulso de tração </td><td></td><td> Liberar o pulso </td><td></td></tr><tr><td colspan="2"></td><td> Tensão (V) </td><td> Tempo (μs) </td><td> Tensão (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> Tabela 2: Parâmetros de impressão (forma de onda) aplicados à cabeça de impressão piezoelétrica na experiência. As amplitudes e larguras dos impulsos de extracção e de libertação são cruciais para os desempenhos de jacto. Os valores apropriados devem ser identificados para garantir uma camada impressa de alta qualidade. Como ponto de partida, as amplitudes / larguras dos impulsos de tensão foram seleccionadas em conformidade, com as propriedades do fluido incluindo tanto a tensão superficial como a viscosidade. Em seguida, foi impresso um padrão, e a qualidade das camadas impressas foi avaliada. Além disso, as configurações de forma de onda foram ajustadas até que a melhor qualidade foi alcançada. Adicionalmente, as interacções gota-substrato desempenham um papel significativo na qualidade de impressão. É bem conhecido que uma boa adesão doK ao substrato ocorre se a energia superficial do substrato exceder a tensão superficial 22 da tinta em 10-15 mN / m. Primeiro, foram testadas as energias superficiais de vários substratos potenciais ( ie, vidro, plástico, papel eletrônico e papel fotográfico) e os resultados estão incluídos na Tabela 3 . A fim de identificar a melhor combinação de substrato com tinta, comparou-se a energia superficial dos substratos testados e a tensão superficial da tinta formulada, e a lâmina de vidro foi seleccionada para trabalhos futuros. <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 de superfície (mN / m) </td></tr><tr><td colspan="2"> Lâmina de vidro </td><td> 65 </td></tr><tr><td colspan="2"> Plástico </td><td> 51,5 </td></tr><tr><td colspan="2"> Papel eletrônico </td><td> 50,8 </td></tR <tr><td colspan="2"> papel de foto </td><td> 47,5 </td></tr></tbody></table> Tabela 3: Energias livres de superfície de quatro substratos potenciais. Para assegurar a excelente aderência da tinta ao substrato, foram determinadas as energias superficiais de quatro substratos potenciais. Por conseguinte, para a adesão adequada da tinta ao substrato, a tensão superficial da tinta deve seguir a regra de 10 pontos ( isto é, a tensão superficial deve ser inferior em pelo menos 10 mN / m à energia superficial da superfície do substrato ). O comportamento de molhagem da tinta de PVOH foi então investigado. Conforme ilustrado na Figura 4 (imagem inserida), a tinta PVOH demonstra um bom nível de molhabilidade com o ângulo de contacto &quot;primeiro contacto&quot; de 54,5 ± 0,1 ° (a precisão da medição do ângulo de contacto é citada como ± 0,1 °). oA evolução do ângulo de contato com o tempo é apresentada na Figura 4 ; Pode-se observar que uma ligeira diminuição no ângulo de contato ocorre nos primeiros 25 s, após o que é bastante constante. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig4.jpg" /> Figura 4: Ângulo de contato versus tempo para o substrato de tinta / vidro PVOH. Inseto: imagem da gota de tinta sobre o substrato de vidro. As micrografias ópticas do IJP de PVOH com 10 e 75 camadas estão ilustradas na Figura 5 . Um certo número de defeitos gerados por um efeito de mancha de café / anel muito conhecido 23 , 24 são revelados no caso quando o padrão foi feito por 10 passes de impressão ( Figura 5a ). No entanto, é interessante observar que a qualidade é muito melhor após a impressão de 75 camadas.<html> É claro que a formação do anel foi suprimida eficazmente quando 75 camadas foram impressas ( Figura 5b ). A melhoria observada na qualidade do padrão impresso pode ser devida à alteração na taxa de evaporação do solvente / fluxo de fluido e à alteração na interacção da interface entre um grande número de camadas sobrepostas. Adicionalmente, o aquecimento do substrato durante a deposição e a utilização de um co-solvente volátil são duas abordagens possíveis para ultrapassar estes defeitos. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig5.jpg" /> Figura 5: Micrografias ópticas de impressão a jacto de tinta PVOH com (a) 10 e (b) 75 camadas de passagens de impressão. A qualidade das camadas impressas foi avaliada por microscopia óptica. Esta imagem compara a qualidade de 10 e 75 camadas impressas. A imagem revela que a qualidade é muito melhor quando 75 camadas foram impressas.Ftp_upload / 55093 / 55093fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura. O logotipo &quot;Warwick&quot; foi impresso por 100 passagens de impressão e o perfil da superfície ea uniformidade da espessura foram então investigados. Como pode ser visto na Figura 6 , a primeira parte do padrão está parcialmente coberta. No entanto, as áreas mal cobertas observadas podem ser ligadas ao efeito de &quot;primeira queda&quot; 25 no processo de impressão. Como esperado, este efeito também reflete a uniformidade da espessura ( ou seja, a espessura não é uniforme em toda a área escaneada). <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig6.jpg" /> Figura 6: O logótipo &quot;Warwick&quot; impresso com a superfície de tinta à base de água PVOH (esquerda) e perfis de espessura (direita). Esta imagem mostra que oPrimeira letra do padrão é mal coberto; Isto também é reflectido pela uniformidade da espessura. No entanto, o resto do padrão impresso parece bastante bom.

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Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers

Utilizou-se uma impressora a jacto de tinta para fabricar multicamadas de álcool polivinílico. Formulou-se tinta à base de água de álcool polivinílico, e as propriedades físicas principais foram investigadas.

Polyvinyl Alcohol Multilayers impresso a jacto de tinta

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 visualizações.  De Montfort University.  Utilizou-se uma impressora a jacto de tinta para fabricar multicamadas de álcool polivinílico. Formulou-se tinta à base de água de álcool polivinílico, e as propriedades físicas principais foram investigadas. 

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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 de polímeros para Discovery High Throughput de Biomateriais

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

Bioengenharia

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.

Síntese camada por camada e Transferência de autônomos conjugados microporosas 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 ...

Química

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.

Depósito de Vapor reativa dos filmes de polímeros conjugados em substratos arbitrários

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.

Fabricação de superfícies reativas com escova, como filmes de quitosana de polímeros co bloco Azlactone-acrescida e

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

Engenharia

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.

Polimérico Fabrication matriz Microneedle por 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.

Jato de tinta de impressão de todas as tintas de perovskita iodetos inorgânicos para aplicações fotovoltaicas

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.

Híbrido de impressão para a fabricação de sensores inteligentes

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.

Impressão 3D multimodal de fantasmas para simular tecido biológico

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-passo fotolitografia Variável Altura para Valved multicamada microfluídicos 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.