Noticias

Mar 27, 2023

Moldeo por inyección de cerámica utilizado para producir chips microfluídicos

17 de octubre de 2022 Compartir en su red: Los dispositivos microfluídicos han ganado

17 de octubre de 2022

Comparte en tu red:

Los dispositivos de microfluidos han ganado un gran interés en la investigación tanto académica como industrial debido a ventajas clave como tiempos de respuesta rápidos y bajo consumo analítico. La fabricación de chips microfluídicos de primera generación involucró silicio pero, hasta la fecha, se han utilizado numerosos materiales (p. ej., cuarzo/sílice fundida, vidrio, cerámica, polímeros y metales) dependiendo de las diversas funcionalidades de los diversos dispositivos microfluídicos.

Actualmente, algunas aplicaciones de microfluidos están integradas con la espectroscopia infrarroja (IR), que se utiliza para medir la frecuencia de vibración del enlace en una molécula y determinar el grupo funcional. Sin embargo, la mayoría de los sustratos poliméricos y vítreos que se utilizan en los chips de microfluidos no son transparentes en la región del infrarrojo medio, y los materiales normales compatibles con IR son costosos y desafiantes para la microfabricación. Las cerámicas policristalinas transparentes pueden resolver los problemas de transparencia y tienen el potencial de usarse en aplicaciones de microfluidos junto con el análisis FTIR, siempre que las microcaracterísticas requeridas se puedan fabricar en los sustratos cerámicos a bajo costo.

Un programa de investigación conjunto del Instituto de Tecnología de Fabricación de Singapur (SIMTech), la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU) y el Instituto de Ciencias Químicas e Ingeniería (ICES), todos con sede en Singapur, ha demostrado que la cerámica El moldeo por inyección se puede utilizar con éxito para producir microchips cerámicos transparentes IR de alto rendimiento con forma neta o casi neta con pequeñas microcaracterísticas complejas tan finas como 100 µm a un costo relativamente bajo. Los resultados de la investigación que describen la viabilidad de producir chips microfluídicos cerámicos transparentes IR con los perfiles de características, microestructuras y propiedades ópticas deseados por PIM han sido publicados como una comunicación breve por Tao Li, et al., en Research & Development in Materials Science, 7 de julio de 2021, 1707-1712.

Los autores de la comunicación informaron que el polvo de itria (Y2O3) de alta pureza con un tamaño de partícula promedio de 0,25 µm se secó por atomización para producir partículas esféricas de 30 a 50 µm. Se añadió 5 mol.%3Y-zirconia en polvo a lotes de polvo de itria mediante molienda con bolas para reducir la temperatura de sinterización y mejorar aún más la transparencia. Luego, a esta mezcla se le agregó un sistema aglutinante desarrollado internamente a base de cera de parafina (PW), polipropileno (PP) y ácido esteárico (SA) para producir la materia prima CIM.

Después de optimizar los parámetros de moldeo por inyección, se produjeron discos circulares de 20 x 2 mm y chips de microfluidos cuadrados de 25 x 25 x 2,5 mm con microcanales de 200 µm de ancho y 100 µm de profundidad, como se muestra en la Fig. 1. Se utiliza para eliminar la mayor parte de los aglutinantes PW y SA de las piezas verdes moldeadas. El aglomerante restante se eliminó en un proceso de desaglomerado térmico de varias etapas, en el que las piezas se calentaron en una atmósfera inerte y un perfil de calentamiento estrictamente controlado. Después del desaglomerado térmico, las partes marrones se transfirieron a un horno de alto vacío para la sinterización a una temperatura de 1770°C y diferentes tiempos de permanencia.

Como se mencionó anteriormente, la adición de zirconia juega un papel importante en la fabricación de itria transparente. Los discos de PIM con y sin zirconio sinterizados a 1750°C se muestran en la Fig. 2 y está claro que la muestra sinterizada sin adición de zirconio (Fig. 2a) sigue siendo opaca, mientras que se ha logrado cierta transparencia con la adición de zirconio (Fig. 2a). 2b).

El pulido de la muestra de disco de itria que contiene zirconio proporciona una transparencia aún mejor en comparación con la pieza sinterizada (Fig. 3). La transmitancia de la luz en los discos PIM pulidos también aumenta entre un 10 % y un 20 % en comparación con las muestras sin pulir. Los investigadores afirmaron que esto se debe a que se dispersa menos luz en la superficie pulida en comparación con la superficie sin pulir. Para las piezas después del pulido, la transmitancia es de alrededor de 50 a 70 % en el rango de luz visible (400 a 800 nm). Las transmitancias aumentan de longitud de onda corta a longitud de onda larga y la muestra tiene una transmitancia del 70 al 74% en la longitud de onda infrarroja. En comparación con el monocristal de itria, que tiene una transmitancia de alrededor del 80 % en el mismo rango de longitud de onda, se puede lograr el 90 % de la transmitancia en la cerámica policristalina producida por moldeo por inyección de polvo.

Se encontró que los microcanales en los chips de microfluidos de cerámica sinterizada no afectan dramáticamente la transparencia. La Fig. 4 muestra la vista superior y la sección transversal del canal bajo microscopio óptico con un ancho de alrededor de 250 µm y una profundidad de alrededor de 90 µm.

https://crimsonpublishers.com/rdms/

1 de junio de 2023

8 de junio de 2023

6 de junio de 2023

30 de mayo de 2023