روش‌های ساخت ریزساختار از پلاستیک
 | این مقاله نیازمند ویکیسازی است. لطفاً با توجه به راهنمای ویرایش و شیوهنامه، محتوای آن را بهبود بخشید. |
سه روش رایج تولید در شکل نشان داده شده‌است .
داریم :
- قالب‌گیری (molding): مخلوط محتوی یک کاتالیست و یک پلیمر روی یک قالب پاشیده می‌شود و آن گرم را می‌کنیم. بعد از شبکه بندی، ساختار از روی قالب کنده می‌شود، و بنابراین این شکل، الگوی قالب را به خود می‌گیرد.
- ریخته‌گری (casting): قالب در مادۀ گرم قابل شکل پذیری فرو برده می‌شود. بعد از سرد شدن و جدایی، ساختاری که گرفته می‌شود، نشان دهندۀ قالب منفی است.
- تزریق میکرونی (Microinjection): پلاستیک گرم شده در حالت مایع داخل قالب ریخته می‌شود. بعد از جداسازی شکل قالب منفی گرفته می‌شود.
قالب گیری بر پایه- PDMS[ویرایش]
در حوزۀ میکرومایعات، قالب‌گیری بر اساس PDMS (پلی دی متیل سلیکسان) نقش بسیار مهمی را دارا است. PDMS به خانواده‌ای از پلیمرها تعلق دارد که حاوی روغن سیلیکون است. فرمول PDMS، (–Si(CH3)2O) است. فرمول شبه-ساختاری‌اش در شکل نشان داده شده‌است. این پلیمرها وقتی که به دمای بالاتر از دمای پلیمرازیسونش بروند و عامل شبکه شدن حضور یابد، یک ترکیب الاستیک شکل می‌دهد که خصوصیات اصلی‌اش در جدول آورده شده‌است. برای شکل دادن ساختاری شبیه میکروکانال، تولید با روش قالب‌گیری انجام می‌شود که سه قدم است.
قالبی که از مواد سخت ساخته شده، مورد استفاده قرار می‌گیرد. مادۀ قالب می‌تواند سیلیکون، فلز electrodeposited یا پلیمر مشبک مثل SU8 باشد. ساختن قالب نیازمند استفاده از یک اتاق تمیز است. با این حال، مرحلۀ قالب‌گیری (molding) می‌تواند در محیط‌های عادی و متداول هم انجام شود، به شرط اینکه دما و رطوبت با دقت کنترل شود. مخلوطی از PDMS و عامل مشبک شدن بر روی قالب کشیده می‌شود. سیستم در دمای نسبتاً بالا قرار داده می‌شود(70 درجۀ سانتی‌گراد). حین این مرحله، PDMS پلیمرایز می‌شود، مشبک می‌شود، و مخلوط جامد می‌شود. بعد از کندن PDMS جسمی که نشانگر منفی ساختار قالب است، بدست میآید. دقت این ساختار به شکل باورنکردنی بسیار زیاد است و این مسئله که ساختار هندسی با نسبت ظاهری بالا ساخته شود امکان‌پذیر است. با این حال، به علت شکل پذیری PDMS، بیشتر ساختارهای میکرومایعی موجب نسبت ظاهری بالاتر از 10/1 می‌شود. با توجه به ساختارهای میکرونی، ویژگی‌های خاصی که PDMS باید داشته باشد در زیر آورده شده‌است:
- شفافیتش در طیف مرئی اجازۀ مشاهدۀ مایعات را می‌دهد.
- مدول یانگ PDMS مشبک، به‌طور قابل توجه‌ای با نسبت بین PDMS/عامل شبکه‌ای، تغییر می‌کند.
- باید تأکید شود که فایدۀ مهم PDMS مشبک، خصوصیات مکانیکی‌اش است. کیفیت الاستیک بودنش، ساختن اتصال‌های میکرومایعاتی با مجرای تنگ را تسهیل می‌کند. قابلیت ارتجاعی این ماده اجازۀ ساخت دریچه‌ها و پمپ‌هایی با استفاده از غشا را می‌دهد. با این اوصاف، PDMSها راه حل مناسبی برای مدیریت مایعات روی چیپ در آزمایشگاه عرضه می‌کند. بنابراین، بیشتر سیستم‌های پیچیدۀ آزمایشگاه روی یک تراشه (LOC) امروز از PDMS استفاده می‌کنند.
- PDMS طبیعی بدون عمل آوری، آب گریز است، اما بعد از اکسایش سطح با پلاسمای اکسیژن یا بعد از غوطه وری در یک پایۀ قوی، آب دوست می‌شود. پلاسما باعث پیدا شدن سیلان پس از اکسایش گروه متیل می‌شود. PDMS اکسید شده بوسیلۀ خودش به شیشه، سیلیکون، یا پلی اتیلن می‌چسبد.
- نفوذپذیری نسبت به گاز عمل پر شدن را تسهیل می‌کند (از لحاظ تئوری هیچ لزومی ندارد که کانال‌ها باز شود.) با این حال، نفوذپذیری نسبت به حلال‌های غیر قطبی آلی PDMS را برای بسیاری از مصارف نامناسب می‌کند.
- انرژی سطحی ضعیفش مفید است و این باعث تسهیل کندن آن از روی قالب می‌شود.
- با این حال، باید توجه کنیم که خصوصیات PDMS نسبت به زمان پایدار نیست. اثرات گذشت زمان وجود دارد که پیشگویی‌اش را دشوار می‌کند. همچنین، گذاشتن PDMS در معرض بخار آّب می‌تواند به‌طور قابل توجهی آب گریزی سطح را تغییر دهد. PDMS مادۀ بسیار پر سودی است، اما نسبت به سیلیکون و شیشه خصوصیات غیرقابل پیش‌بینی بیشتری دارد.
ریخته گری (casting)[ویرایش]
متداول‌ترین ماده‌ای که در ریخته گری مورد استفاده قرار می‌گیرد PMMA (پلی متیل متا کریلات) است، که مانند پلاستیک شفافی مثل شیشۀ پلکسی در حالت جامد می‌ماند. وقتی دما از دمای نسبتاً بالا بیشتر شود (تقریباً 170 درجۀ سانتی‌گراد) و وقتی تحت فشار 10ها بار قرار بگیرد، ماده می‌تواند تغییر شکل قابل توجهی بدهد. بنابراین، این امر امکان‌پذیر است که به وسیلۀ پرس یک ورقۀ PMMA الگوی یک ساختار را تحت شرایط دمایی کنترل شده؛ به آن منتقل کنیم. قوانین این تکنیک ساده است و در شکل نشان داده شده‌است. برای میکروساختارها، قالب از مواد صلبی مثل سیلیکون و فلز ساخته می‌شوند. موادی که برای قالب سازی ریخته‌گری استفاده می‌شود، فقط محدود به PMMA نمی‌شود بلکه پلاستیک‌های دیگری مثل PC، PI، PE، PET، PVC, PEEKو ... است. الگوهایی که گرفته می‌شود می‌توانند دقت قابل توجهی داشته باشد، معمولاً تقریباً ده‌ها نانو متر. ضخامت این ساختار می‌تواند محدودۀ بزرگی داشته باشد (از نانومتر تا میلی‌متر) و فاکتور شکل‌دهی بالایی دارد (چند صد ). این تکنیک برای مدل سازی و ساخت سری محصولات بسیار مناسب است، و از محدودۀ اطلاعاتی که در حوزۀ مواد پلاستیکی بدست میآید، استفادۀ فراوانی می‌کند.
تزریق میکرونی (Microinjection)[ویرایش]
تزریق میکرونی تکنیکی است که از حوزۀ پلاستیک بدست میآید که به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده‌است. این روش شامل سه مرحلۀ زیر است: پلاستیک مایع تحت خلا و فشار و دمای بیشتر از دمای گذار شیشه درون قالب تزریق می‌شود. سیستم تا زیر دمای گذار شیشه سرد می‌شود. بعد از جدا کردن قالب، ساختاری که گرفته می‌شود متناظر است با قسمت منفی قالب. این تکنیک آهسته است، قالب‌ها برای ساختن ظریفند، و بهینه سازی این تکنیک پیچیده است. با این حال، این تکنیک از دیدگاه صنعتی برای تولیدات سری مفید است. همچنین همۀ کارهای مهمی که در صنعت پلاستیک انجام می‌شود را انجام می‌دهد، و در بسیار ی از موارد، ماشین موجود برای سازگار شدن با تولید گروهی تنها نیازمند اندکی تغییر است تا بر شرایط موجود منطبق شود. بسیاری از شرکت‌های معروف مثل Aclara ،Weidmann, Corning و ... این روش را برای تولیداتشان انجام می‌دهند.
تولید مستقیم از پلاستیک[ویرایش]
پلاستیک می‌تواند به‌طور مستقیم مورد استفاده قرار بگیرد. امروزه روش‌های فراوانی وجود دارد که تعدادی از این‌ها آورده شده‌است:
- μ- استریولیتوگرافی(μ-Stereolithography): مقاومت‌های حساس به نور با استفاده از لیزر فرابنفش لایه به لایه پلیمریزه می‌شوند. مواد میکروماشین شده ایپوکسی رزین(epoxy resins ) و اکرلیک است. مثال مورد توجه کاربرد این تکنیک در شکل نشان داده شده‌است.
این تکنیک برای استفاده پیچیده است و تجهیزات ضروری شامل کنترل پیشرفتۀ حرکت باریکۀ لیزر را نیاز دارد. دقت این روش تقریباً چند میکرومتر است. با این حال، این روش متدوال‌ترین روشی است که در سه بعد برای میکروساختارها استفاده می‌شود.
- قطع لیزری (Laser ablation): در این روش پلاستیک با کاربرد موضعی یک باریکۀ لیزری چگال تصعید می‌شود. مثال‌هایی از این روش در شکل نشان داده شده‌است. لیزرهای استفاده شده در این روش لیزر فرابنفش و فمتوثانیه است. دقت میکروماشین حدود چند میکرومتر است و زبری سطح تقریباً 200 تا 500 نانومتر است. با این حال، میکروماشین با قطع لیزری متنوع است. این روش اجازۀ کنترل ویژگی‌های ایجادکننده رطوبت و بارسطح را می‌دهد. همچنین، دسترسی به میکروکانال‌ها از خارج سختی به همراه ندارد.
- بقیه روش‌ها: روش‌های دیگری مثل قلم کاری پلاسمای اکسیژن(oxygen plasma etching)، قطع به وسیلۀ جریان ذرات (particle jet ablation) و سایش میکروالکترونی (microelectro-erosion) وجود دارد.
منابع[ویرایش]
1-Introduction to Microfluidics Patrick Tabeling ESPCI، Paris translated by Suelin Chen MIT، Cambridge
جستارهای وابسته[ویرایش]
لینک مفید[ویرایش]
This article "روش‌های ساخت ریزساختار از پلاستیک" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:روش‌های ساخت ریزساختار از پلاستیک. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.
