Nouvelles

Mar 27, 2023

Moulage par injection de céramique utilisé pour produire des puces microfluidiques

17 octobre 2022 Partagez sur votre réseau : les dispositifs microfluidiques ont gagné

17 octobre 2022

Partagez sur votre réseau :

Les dispositifs microfluidiques ont suscité un énorme intérêt dans la recherche universitaire et industrielle en raison d'avantages clés tels que des temps de réponse rapides et une faible consommation analytique. La fabrication des puces microfluidiques de première génération impliquait du silicium mais, à ce jour, de nombreux matériaux (par exemple, quartz/silice fondue, verre, céramiques, polymères et métaux) ont été utilisés en fonction des diverses fonctionnalités des différents dispositifs microfluidiques.

Actuellement, certaines applications microfluidiques sont intégrées à la spectroscopie infrarouge (IR), qui est utilisée pour mesurer la fréquence de vibration des liaisons dans une molécule et déterminer le groupe fonctionnel. La plupart des substrats polymères et vitreux utilisés dans les puces microfluidiques ne sont cependant pas transparents dans la région de l'infrarouge moyen, et les matériaux compatibles IR normaux sont coûteux et difficiles à micro-fabrication. Les céramiques polycristallines transparentes peuvent résoudre les problèmes de transparence et ont le potentiel d'être utilisées dans des applications microfluidiques couplées à l'analyse FTIR, à condition que les micro-caractéristiques requises puissent être fabriquées dans les substrats céramiques à faible coût.

Un programme de recherche conjoint à l'Institut de technologie de fabrication de Singapour (SIMTech), à l'École de génie mécanique et aérospatial, à l'Université technologique de Nanyang (NTU) et à l'Institut des sciences chimiques et de l'ingénierie (ICES), tous basés à Singapour, a montré que la céramique Le moulage par injection peut être utilisé avec succès pour produire des micropuces céramiques transparentes IR à haute performance de forme nette ou quasi nette avec de petites micro-caractéristiques complexes aussi fines que 100 µm à un coût relativement faible. Les résultats de la recherche décrivant la faisabilité de produire des puces microfluidiques en céramique transparentes IR avec les profils de caractéristiques, les microstructures et les propriétés optiques souhaités par PIM ont été publiés sous forme de communication courte par Tao Li, et al., dans Research & Development in Materials Science, 7 juillet 2021, 1707-1712.

Les auteurs de la communication ont signalé que de la poudre d'yttria (Y2O3) de haute pureté ayant une taille moyenne de particules de 0,25 µm était séchée par pulvérisation pour produire des particules sphériques de 30 à 50 µm. 5% en moles de poudre de 3Y-zircone ont été ajoutés à des lots de poudre d'yttria par broyage à billes afin de réduire la température de frittage et d'améliorer encore la transparence. À ce mélange a ensuite été ajouté un système de liant développé en interne à base de cire de paraffine (PW), de polypropylène (PP) et d'acide stéarique (SA) pour produire la matière première CIM.

Après optimisation des paramètres de moulage par injection, des disques circulaires de 20 x 2 mm et des puces microfluidiques carrées de 25 x 25 x 2,5 mm avec des micro-canaux de 200 µm de largeur et de profondeur de 100 µm ont été produits comme illustré à la Fig. 1. Le déliantage du solvant a été utilisé pour éliminer la plupart des liants PW et SA des pièces crues moulées. Le liant restant a été éliminé dans un processus de déliantage thermique en plusieurs étapes, dans lequel les pièces ont été chauffées dans une atmosphère inerte et un profil de chauffage strictement contrôlé. Après déliantage thermique, les pièces brunes ont été transférées dans un four sous vide poussé pour un frittage à une température de 1770°C et différents temps de séjour.

Comme mentionné précédemment, l'ajout de zircone joue un rôle important dans la fabrication d'yttria transparent. Les disques PIM avec et sans zircone frittés à 1750 ° C sont illustrés à la Fig. 2 et il est clair que l'échantillon fritté sans ajout de zircone (Fig. 2a) est toujours opaque alors qu'une certaine transparence a été obtenue avec l'ajout de zircone (Fig. .2b).

Le polissage de l'échantillon de disque d'yttria contenant de la zircone donne une transparence encore meilleure par rapport à la partie frittée (Fig. 3). La transmission de la lumière dans les disques PIM polis est également augmentée d'environ 10 à 20 % par rapport aux échantillons non polis. Les chercheurs ont déclaré que cela est dû au fait que moins de lumière est diffusée sur la surface polie par rapport à celle de la surface non polie. Pour les pièces après polissage, la transmittance est d'environ 50 à 70 % dans le domaine de la lumière visible (400 à 800 nm). Les transmittances augmentent de la longueur d'onde courte à la longueur d'onde longue et l'échantillon a une transmittance de 70 à 74% à la longueur d'onde infrarouge. Par rapport au monocristal d'yttria, qui a une transmittance d'environ 80 % dans la même gamme de longueurs d'onde, 90 % de la transmittance peuvent être atteints dans la céramique polycristalline produite par moulage par injection de poudre.

Les micro-canaux dans les puces microfluidiques céramiques frittées n'affectent pas considérablement la transparence. La figure 4 montre la vue de dessus et la coupe transversale du canal au microscope optique avec une largeur d'environ 250 µm et une profondeur d'environ 90 µm.

https://crimsonpublishers.com/rdms/

1 juin 2023

8 juin 2023

6 juin 2023

30 mai 2023