تکنیک ساده برای ساخت ریزدانه های کریستال کلوئیدی P(St-BA-AA) روی کاغذ جوهرافشان
تولید بسته های عالی سه بعدی با مونتاژ دوره ای شش ضلعی فشرده با لایه های چند وجهی با استفاده از پلی استایرن بوتیلکریلات اسید اکریلیک بر روی لایه های شیشه ای ارائه شده اند. از میکروسفرهای سنتزشدۀ P(St-BA-AA) برای فرمول سازی جوهر چاپ میکروسفرهای ترپلیمر با خشک شوندگی سریع و درمان پذیر با UV برای تولید ریزدانه های کریستال کلوئیدی روی کاغذ جوهرافشان با رنگ های چشمگیری استفاده شده است. میکروسفرهای ترپلیمر و جوهر فرموله شدۀ آن تحت تأثیر خودآرایی برای تشکیل مونوکروماتیک آبی قابل تنظیم قرار می گیرند؛ بنابراین، ماهیت فوتونیک کریستال های کلوئیدی تولید شده را تأیید می کنند. برخلاف سایر تکنیک های چاپی که معمولآ از ابزارهای تخصصی استفاده می کنند، این مطالعه مجموعه ای از رنگ های قابل تنظیم از ریزدانه های کریستال کلوئیدی هسته-پوسته شکل کروّی بر روی سطح کاغذ جوهرافشان بعنوان ریزدانه های جوهر چاپ سنتزشدۀ درمان پذیر با P(St-BA-AA) UV را به سادگی نشان میدهد. تحلیل TEM اندازۀ هسته و پوسته را به ترتیب 198.50 نانومتر و 176.30 نانومتر برای P(St-BA-AA)2 و P(St-BA-AA)1 نشان داد. هرگاه میکروسفرهای ترپلیمر تهیه شده در گرمایش و درجه حرارت انتقال 383 و 110 سانتیگراد استفاده شوند، ثبات حرارتی آنها حفظ میشود. با این حال، این تکنیک ساده برای تولید ریزدانه های کریستال بر روی کاغذ جوهرافشان ممکن است در دستگاه های نوری، برنامه های امنیتی و سایر موارد با پوشش رنگی کاربرد داشته باشد.
موادی که به دلیل ماهیت ساختار دی الکتریک دوره ای شان قابلیت تنظیم میزان نور را دارند، به کریستال های فوتونیک معروف هستند. رنگ های رنگین تابی با منشأ ساختاری که براساس پراش نور براگ تولید شده اند، می تواند ازطریق دستکاری کامل نور در کریستال های فوتونیک به وجود آیند. انواع مختلفی از حشرات همچون سوسک ها و پروانه ها مکانیسم مشابهی برای زیباسازی پوست خود با رنگ های براق و بدون استفاده از رنگ دانه های معمولی دارند و به همین دلیل، رنگ رنگین تابی تولید شده از این ساختار دوره ای به دلیل خواصی همچون ماهیت روشن رنگ هایشان، دوام و زیست سازگاری بسیار قابل توجه است. همچنین کریستال های فوتونیک برای کاربردهای مختلف همچون حسگرهای بیولوژیکی و شیمیایی، نمایشگرهای تمام رنگی، دستگاه های نوری واکنش پذیر، کاغذهای فوتونیک، عناصر پوششی و زیباسازی، اهداف کاتالیزوری و محافظ UV مورد تشویق قرار گرفتند. تولید کم هزینۀ این کریستال های دو و سه بعدی با کاربردهای وسیع و اشکال مجزا می تواند از تکنیک خودآرایی کلوئیدی انجام شود که معمولآ به تولید موادی با ذرات مرتب و خواص فریبندگی منجر میشود. یکی از روش های معمول در تولید کریستال های فوتونیک استفاده از کلوئیدهای پلیمری با خواص خودآرایی است. در مطالعات قبلی از تکنیک های مختلفی برای جمع آوری ذرات کلوئیدی پلیمر در آرایه های بسته بندی شده استفاده شده است. خودآرایی به کمک تبخیر (رسوب عمودی) و روش سلول میکروسیال با رسوب عمودی را میتوان بعنوان شناخته شده ترین تکنیک های خودآرایی تحت کنترل میدان های گرانشی بیرونی نام برد زیرا جایگزین های ارزان قیمتی برای دیگر روش ها هستند. برای مثال، مونتاژ مواد پلیمری پراکنده مانند پلی استایرن (PS) و پلی استایرن متیل متاکریلات اسید اکریلیک P(St-MMA-AA) در دو ساختار دوره ای منظم دو و سه بعدی بر روی بسترهای سیلیکون و شیشه ای ایجاد شده است. همچنین، چاپ جوهرافشان بعنوان یک روش جذاب برای ساخت کریستال های فوتونیک رنگی روی لایه های پلی اتیلن و سطوح کاغذی ابداع شده است که به رسوب کامل کلوئیدی بر پایۀ جوهر در سطح موقت به شکل قطره بستگی دارد. گزارشات مختلفی از مونتاژ انواع مختلف جوهر چاپ کلوئیدی بر روی لایه های مختلف با استفاده از تجهیزات تحلیلی ویژه برای بدست آوردن رنگ های ساختاری ارائه شده است اما هرگز برای ساخت کریستال کلوئیدی قابل تنظیم رنگی با استفاده از جوهر کلوئیدی P(St-MMA-AA) درمان پذیر با UV بر روی بستر کاغذ جوهرافشان ازطریق یک روش بسیار ساده تلاش نشده است. این مطالعه درمورد ساخت ریزدانه های جوهرچاپ کلوئیدی P(St-MMA-AA) درمان پذیر با UV با خواص خشک شوندگی سریع با قابلیت تنظیم رنگ روی بستر کاغذ جوهرافشان با استفاده از یک تکنیک بسیار ساده و دقیق بحث می کند.
مشاهدات تجربی
مواد:
معرف هایی همچون استایرن، باتیل اکریلات (BA)، اکریل آمید (AAm)، اسید اکریلیک (AA)، آمونیوم پرسولفات (APS)، سدیم دوسیدیل بنزن SDBS))، عامل نگهدارندۀ آب اتیلن گلیکول، آمونیوم بی کربنات (EG)، عامل پیوند عرضی N، متیل بیساکریل آمید (99 درصد) BIS، آغازگرهای دی مکتوکسی-استوفنون (DMAP) را میتوان نام برد که همگی از درجۀ تحلیلی برخوردار بوده و از شرکت آلدریچ تهیه میشوند.
آماده سازی میکروسفرهای P(St-MMA-AA) مونودیسپر شده:
میکروسفرهای پلی استایرن بوتیلاسریلات اکریلیک اسید P(St-MMA-AA) هسته-پوسته با روش پلیمریزاسیون امولسیونی دسته ای که با اندکی تغییر توسط مینگوی و همکاران تفسیر شده است، سنتز شد. در یک آزمایش معمولی، 3.190 گرم استایرن (tS)، 0.720 گرم اکریلیک اسید (AA)، 0.005 گرم سدیم دودسیل بنزن سولفونات (SDBS) و 0.085 گرم آمونیوم کربنات در 50 میلی لیتر محلول حاوی 16.5 گرم آب مقطر پراکنده شدند؛ و سپس با محرک مغناطیسی (410 دور بر دقیقه) با افزودن نیتروژن به مدت 30 دقیقه در دمای 90 درجه سانتیگراد قرار داده شدند. این امر با پراکندگی مخلوط 0.735 گرم مونومر بوتیل اکریلات و 0.091 گرم آغازگر SPA بصورت قطره ای در بریکر واکنش برای شروع فرایند پلیمریزاسیون همراه بود. واکنش به مدت 13 ساعت با همان سرعت و درجه حرارت حفظ شد. طرح واکنش پتانسیل/ پیشنهاد برای سنتز میکروسفرهای P(St-MMA-AA) هسته/ پوسته در شکل زیر ارائه شده است.
شکل 1: مراحل واکنش به توسعۀ میکروسفرهای P(St-MMA-AA) هسته/پوسته
ساخت کریستال های فوتونی:
کریستال های فوتونی ازطریق تکنیک رسوب گذاری عمودی بر روی یک لایۀ شیشه ای تشکیل شده اند. یک اسلاید شیشه ای بصورت عمودی در یک ویال شیشه ای قرار داده شد که میکروسفرهای آماده شدۀ کلوئیدی P(St-MMA-AA) را نگه داشته و سپس در 1 درصد آب دیونیزه رقیق شد. پس از آن، در محفظه آب با دمای 55 درجه سانتیگراد قرار داده شد. درنهایت، بسترهای شیشه ای با ذرات کلوئیدی به یک اجاق خشک کن با دمای ثابت 60 درجۀ سانتیگراد در طول شب منتقل شدند.
تهیۀ جوهر کلوئیدی ترپلیمر برای چاپ:
جوهرچاپ کلوئیدی ترپلیمر طبق تفاسیر وانگ و همکاران ساخته شد. در یک آزمایش معمولی 2.405 گرم AAm ، 0.0481 گرم BIS ، 0.012 گرم DMAP و 4.27 میلی لیتر EG به میکروسفرهای P(St-MMA-AA) حاوی 10.91 درصد میکروسفرهای ترپلیمر P(St-MMA-AA) افزوده شد و بنابراین به مدت 15 دقیقه به حمام اولتراسونیک منتقل شد. جوهر ساخته شده بصورت دستی بر روی کاغذ جوهر افشان چاپ شد که سطح آن با استفاده از پیپت صاف شد و سپس به محفظۀ UV برای شروع پلیمریزاسیون عکس به مدت 3 دقیقه منتقل شد. سطحِ کاغذ جوهرافشان نیز بسیار صاف است.
در این مقاله ما ریزدانه های کریستال فوتونیک را از میکروسفرهای هسته-پوسته مونودیسپر P(St-MMA-AA) و فرمولاسیون جوهر کلوئیدی شان به ترتیب در اسلاید شیشه ای و کاغذ جوهرافشان تولید کرده ایم. آنها هر دو بطور منظم از ریزدانه های کریستال کلوئیدی کروّی شکل هسته-پوسته تشکیل شده اند. با این حال، کرهّ های میکروسفرهای ترپلیمر مونتاژ دوره ای شش ضلعی بسته بندی شدۀ سه بعدی با لایه های چند وجهی را حفظ کردند. این روش سادۀ ساخت آرایه های کریستال کلوئیدی با خواص رنگ غیرعادی بر روی کاغذ جوهرافشان ممکن است به کاربردهای عملی، آپتیک، پوشش های رنگی زیست سازگار و مواد تزئینی دست پیدا کند.
