部件合在一起后会形成空心的管状模具,之后得用聚碳酸酯夹维持结构完整性。根据最终要取得的陶瓷微粒形状,部件的合成方式可以调整,以改变管状模具的空心形状。
新技术更精准 提高效益降低生产成本
受旧时代建筑的稳定结构启发,南洋理工大学研究员开发一种突破性技术,不仅能更高精准地生产陶瓷微粒,速度也是传统技术的10倍之快,未来或许也能用这技术生产生物分子等其他材料。
他说,新技术展现如何利用微流控芯片准确制造陶瓷微粒,未来或许也能探讨如何用这项技术生产其他微粒子,用在医学等领域。“我们对这项技术的想象没有任何限制。”
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这项突破性微流控芯片(microfluidic chip)技术从构想到研发,用了约两年时间。微流控芯片是一种在微米尺度空间操控流体的技术,研究团队通过这个方式生产各种形状的陶瓷微粒。
研究团队设计微流控芯片的灵感,源自古代建筑的榫卯(mortise and tenon)结构。这个精巧结构在公元前1000年的古代中国已问世,可以承受较大的荷载,甚至抵消地震的冲击,降低震动对结构的影响。
陶瓷微粒可用在药物输送系统、提高太阳能电池效率,以及组织工程等。
目前,传统陶瓷微粒制造技术,如微机械加工(micromachining)和激光烧结(laser sintering),无法高效胜任大量生产微小且形状复杂的微粒子。相比之下,新技术不仅更精准,还可提升生产速度高达九倍之快,大大提高效益,也有助降低生产成本。
通过观摩旧时代建筑的机构,赵南俊联想到以相同手法制造微流控芯片,高精准地生产微粒子。“我是工程师,要做的是生产数百万颗大小一致的粒子,精准度不容许任何偏差。”
接着,在微流控芯片的空心注入特定的聚合物溶液和纳米陶瓷颗粒混合,之后通过加热和交联(crosslink)固化液体,就可制成理想的陶瓷微粒。
要制造微流控芯片,研究团队先把塑料基板模压并切割成多个部件,每个部件都有企口(tongues and grooves),也就是一侧有凹槽,另一侧有凸榫,结合时可以精准对齐。
南大研究团队成员包括材料科学与工程学院教授赵南俊,他接受《联合早报》访问时说,古人通过榫卯结构,让建筑经历多年的风吹雨打仍屹立不倒,是非常巧妙的高精准工程技术。