Las mallas hechas de fibras con diámetros a escala nanométrica tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, que incluyen ingeniería de tejidos, filtración de agua, células solares e incluso blindaje corporal. Pero su comercialización se ha visto obstaculizada por técnicas de fabricación ineficientes.
en el último número de la revista Nanotecnología , los investigadores del MIT describen un nuevo dispositivo para producir mallas de nanofibras, que coincide con la tasa de producción y la eficiencia energética de su predecesor de mejor rendimiento, pero reduce significativamente la variación en los diámetros de las fibras, una consideración importante en la mayoría de las aplicaciones.
Pero mientras que el dispositivo predecesor, del mismo grupo MIT, se grabó en silicio a través de un proceso complejo que requería una "sala limpia" cerrada con aire, el nuevo dispositivo se construyó usando una impresora 3-D comercial de $ 3,500. El trabajo apunta haciafabricación de nanofibras que no solo es más confiable sino también mucho más barata.
El nuevo dispositivo consiste en una serie de pequeñas boquillas a través de las cuales se bombea un fluido que contiene partículas de un polímero. Como tal, es lo que se conoce como un dispositivo microfluídico.
"Mi opinión personal es que en los próximos años, nadie va a estar haciendo microfluídica en la sala limpia", dice Luis Fernando Velásquez-García, científico investigador principal en los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas del MIT y autor principal del nuevo artículo."No hay razón para hacerlo. La impresión en 3D es una tecnología que puede hacerlo mucho mejor, con una mejor selección de materiales, con la posibilidad de crear realmente la estructura que le gustaría hacer. Cuando vaya ala sala limpia, muchas veces sacrificas la geometría que quieres hacer. Y el segundo problema es que es increíblemente caro ".
Velásquez-García está acompañado en el papel por dos posdoctorados en su grupo, Erika García-López y Daniel Olvera-Trejo. Ambos recibieron su doctorado del Tecnológico de Monterrey en México y trabajaron con Velásquez-García a través del MIT y la nanotecnología del Tecnológico de Monterreyasociación de investigación.
Ahuecado
Las nanofibras son útiles para cualquier aplicación que se beneficie de una alta proporción de área superficial a volumen, como las células solares, que intentan maximizar la exposición a la luz solar, o los electrodos de las celdas de combustible, que catalizan reacciones en sus superficies. Las nanofibras también pueden producirmateriales que son permeables solo a escalas muy pequeñas, como filtros de agua, o que son notablemente resistentes para su peso, como la armadura corporal.
La mayoría de estas aplicaciones dependen de fibras con diámetros regulares. "El rendimiento de las fibras depende en gran medida de su diámetro", dice Velásquez-García. "Si tiene una extensión significativa, lo que realmente significa es que solo un pequeño porcentaje es realmentetrabajando. Ejemplo: tiene un filtro, y el filtro tiene poros entre 50 nanómetros y 1 micra. Eso es realmente un filtro de 1 micra ".
Debido a que el dispositivo anterior del grupo fue grabado en silicio, fue "alimentado externamente", lo que significa que un campo eléctrico dibujó una solución de polímero en los lados de los emisores individuales. El flujo de fluido fue regulado por columnas rectangulares grabadas en los lados delemisores, pero aún era lo suficientemente errático como para producir fibras de diámetro irregular.
Los nuevos emisores, por el contrario, se "alimentan internamente": tienen agujeros perforados a través de ellos, y la presión hidráulica empuja el fluido hacia los agujeros hasta que se llenan. Solo entonces un campo eléctrico extrae el fluido en pequeñas fibras.
Debajo de los emisores, los canales que alimentan los orificios están envueltos en bobinas, y se reducen gradualmente a lo largo de su longitud. Ese cono es clave para regular el diámetro de las nanofibras, y sería prácticamente imposible lograrlo con una microfabricación de sala limpiatécnicas. "La microfabricación realmente está destinada a hacer cortes rectos", dice Velásquez-García.
iteración rápida
En el nuevo dispositivo, las boquillas están dispuestas en dos filas, que están ligeramente desplazadas entre sí. Esto se debe a que el dispositivo fue diseñado para demostrar nanofibras alineadas, nanofibras que preservan su posición relativa a medida que se recogen mediante un tambor giratorioLas nanofibras alineadas son particularmente útiles en algunas aplicaciones, como el andamiaje de tejidos. Para aplicaciones en las que las fibras no alineadas son adecuadas, las boquillas se pueden disponer en una cuadrícula, aumentando la velocidad de salida.
Además de los costos y la flexibilidad de diseño, dice Velásquez-García, otra ventaja de la impresión tridimensional es la capacidad de probar y revisar rápidamente los diseños. Con los dispositivos microfabricados de su grupo, dice, generalmente lleva dos años pasar del modelado teórico aun artículo publicado, y mientras tanto, él y sus colegas podrían probar dos o tres variaciones en su diseño básico. Con el nuevo dispositivo, dice, el proceso tomó cerca de un año, y pudieron probar 70iteraciones del diseño.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Larry Hardesty. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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