Hiilinanoputkihemiselluloosan virtaus mikrokanavan leveyden funktiona

Abstract

Mikrofluidistiikka ja mikroelektroniset systeemit löytävät tiensä entistä useammin arkipäiväiseen elämään ja tutkimukseen. Vaikkakin hiilinanoputket ovat yksi tutkituimmista materiaaleista, niin lähestyimme asiaa käyttämällä hemiselluloosalla vesiliukoistettuja hiilinanoputkia. Tarkoituksena on tutkia tämän hiilinanoputki-hermiselluloosaliuoksen kuljetusta mikrofluidististen kanavien läpi. Lähestymistapamme on käyttää PDMS mikrokanavia, joita valmistimme eri halkaisijoilla. Muotit mikrokanavien valmistusta varten saimme Aalto yliopistosta.

Päämäärää varten on valmistettava PDMS kanavia, suoritettava hydrofiilisyyskasittelyjä ja sonikaattorilla puhdistavia käsittelyjä. Parhaan tuloksen aikaansaamiseksi sonikoinnissa käsittelimme PDMS:aa tunnin ajan isopropanooli liuoksessa, jonka jälkeen annettiin PDMS:n levätä 2 tunnin ajan. RIE happiplasmahydrofiilisyyskäsittelyn parametreiksi saatiin 60 wattia ja 30 sekuntia. Näytteiden valmistamisen tuloksena oli mikrokanava, joka pystyi kuljettamaan hiilinanoputhemiselluloosaa toistuvasti 30 μm leveiden mikrokanavien lävitse.

Microfluidic and microelectronic systems are becoming part of everyday applications - in both research and daily life. By themselves, carbon nanotubes are one of the most researched materials today.

The goal of this M.Sc. Thesis project was to study how flow in microfluidic channels affects or is affected by carbon nanotubes. We wished to find out how specific solid structures we could mold out of polydimethylsiloxane (PDMS) for carbon nanotube hemicellulose. For this purpose, we wanted to make a consistent flow of carbon nanotube hemicellulose in microfluidic channel and find its restrictions as function of width. Our approach was to use several PDMS microfluidic channels 5, 20, 30 and 50μm wide and run the solution through all of them.

Fabrication methods requires producing PDMS channels, sonication and hydrophilicity treatments. The best method for sonication treatment was found to be an 1 hour sonication of PDMS in isopropanol, after which the PDMS -sample was let to rest for 2 hours before proceeding to the next phase. For the following RIE oxygen hydrophilicity treatment, the best results were received using 60 watts for 30 seconds. After the fabrication of PDMS channels, we observed the flow of carbon nanotube hemicellulose liquid through the channels. The smallest channel diameter, that the carbon nanotube hemicellulose was able to pass repeatedly, was 30μm. Using this method, it should be possible to coat silicon substrate with carbon nanotube hemicellulose down to 30 μm width.