Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Sa kasamtangan, aron masiguro ang padayon nga suporta, among ihatag ang site nga walay mga estilo ug JavaScript.
Usa ka carousel nga nagpakita sa tulo ka mga slide sa samang higayon.Gamita ang Kaniadto ug Sunod nga mga buton sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon, o gamita ang mga buton sa slider sa katapusan aron sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.
Ang mga additive manufacturing nagbag-o sa paagi sa pagdesinyo ug paggama sa mga tigdukiduki ug mga industriyalista sa kemikal nga mga himan aron matubag ang ilang piho nga mga panginahanglan.Niini nga papel, among gitaho ang unang pananglitan sa usa ka flow reactor nga naporma pinaagi sa ultrasonic additive manufacturing (UAM) lamination sa usa ka solid metal sheet nga adunay direktang integrated catalytic parts ug sensing elements.Ang teknolohiya sa UAM dili lamang nakabuntog sa daghang mga limitasyon nga karon nalangkit sa mga additive nga paghimo sa mga kemikal nga reaktor, apan labi usab nga nagpalapad sa mga kapabilidad sa ingon nga mga aparato.Usa ka gidaghanon sa mga biologically importante nga 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole compounds malampuson nga synthesize ug optimized sa usa ka Cu-mediated 1,3-dipolar Huisgen cycloaddition reaksyon gamit ang UAM chemistry pasilidad.Gamit ang talagsaon nga mga kabtangan sa UAM ug padayon nga pagproseso sa dagan, ang aparato makahimo sa pag-catalyze sa nagpadayon nga mga reaksyon ingon man usab sa paghatag sa tinuod nga panahon nga feedback aron mamonitor ug ma-optimize ang mga reaksyon.
Tungod sa mahinungdanong mga bentaha niini sa kadaghanan niini, ang flow chemistry usa ka importante ug nagtubo nga natad sa akademiko ug industriyal nga mga setting tungod sa abilidad niini nga madugangan ang pagkapili ug pagkaepisyente sa kemikal nga synthesis.Kini gikan sa pagporma sa yano nga mga organikong molekula1 hangtod sa mga compound sa parmasyutiko2,3 ug natural nga mga produkto4,5,6.Kapin sa 50% sa mga reaksyon sa maayong industriya sa kemikal ug parmasyutika mahimong makabenepisyo gikan sa padayon nga pag-agos7.
Sa bag-ohay nga mga tuig, adunay nagkadako nga uso sa mga grupo nga nagtinguha sa pag-ilis sa tradisyonal nga mga galamiton sa baso o pag-agos sa chemistry nga kagamitan nga adunay mapaangay nga kemikal nga "reactors"8.Ang iterative design, paspas nga paghimo, ug three-dimensional (3D) nga mga kapabilidad niini nga mga pamaagi mapuslanon alang niadtong gusto nga i-customize ang ilang mga device alang sa usa ka partikular nga set sa mga reaksyon, device, o kondisyon.Sa pagkakaron, kini nga trabaho naka-focus halos lamang sa paggamit sa polymer-based 3D printing techniques sama sa stereolithography (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 ug inkjet printing7,15., 16. Ang kakulang sa kasaligan ug abilidad sa maong mga himan sa paghimo sa usa ka halapad nga-laing mga kemikal nga mga reaksyon/analisa17, 18, 19, 20 mao ang usa ka mayor nga limitasyon nga butang alang sa mas lapad nga paggamit sa AM niini nga field17, 18, 19, 20.
Tungod sa nagkadaghang paggamit sa flow chemistry ug sa paborableng mga kabtangan nga nalangkit sa AM, mas maayo nga mga teknik kinahanglan nga tukion nga magtugot sa mga tiggamit sa paghimo sa flow reaction vessels nga adunay mas maayo nga chemistry ug analytical nga kapabilidad.Kini nga mga pamaagi kinahanglan nga tugotan ang mga tiggamit sa pagpili gikan sa usa ka lainlain nga taas nga kusog o magamit nga mga materyales nga makahimo sa pag-operate sa ilawom sa usa ka halapad nga kahimtang sa reaksyon, ingon man mapadali ang lainlaing mga porma sa analytical output gikan sa aparato aron mahimo ang pagmonitor ug pagkontrol sa reaksyon.
Usa ka additive nga proseso sa paggama nga mahimong magamit sa paghimo og custom nga kemikal nga mga reaktor mao ang Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM).Kini nga solid-state sheet lamination nga pamaagi nagpadapat sa mga ultrasonic vibrations sa nipis nga metal nga mga foil aron mahiusa sila sa usa ka layer sa layer nga adunay gamay nga volumetric nga pagpainit ug taas nga lebel sa plastic flow 21, 22, 23. Dili sama sa kadaghanan sa ubang mga teknolohiya sa AM, ang UAM mahimong direktang i-integrate sa subtractive nga produksyon, nga nailhan nga hybrid nga proseso sa paggama, diin ang periodic in-situ numerical control (CNC2) mideterminar sa net nga pagproseso sa numerical control (CNC2). nagpasabot nga ang tiggamit dili limitado sa mga problema nga nalangkit sa pagtangtang sa nahabilin nga orihinal nga materyales sa pagtukod gikan sa gagmay nga mga channel sa likido, nga kasagaran ang kaso sa powder ug liquid system AM26,27,28.Kini nga kagawasan sa disenyo molugway usab sa pagpili sa magamit nga mga materyales - ang UAM mahimong maghiusa sa mga kombinasyon sa parehas nga thermal ug dili parehas nga mga materyales sa usa ka lakang sa proseso.Ang pagpili sa mga kombinasyon sa materyal nga lapas sa proseso sa pagtunaw nagpasabut nga ang mga kinahanglanon sa mekanikal ug kemikal sa piho nga mga aplikasyon mahimong mas maayo nga matubag.Dugang pa sa solid bonding, laing panghitabo nga mahitabo sa ultrasonic bonding mao ang taas nga fluidity sa mga plastik nga materyales sa medyo ubos nga temperatura29,30,31,32,33.Kining talagsaon nga bahin sa UAM nagtugot sa mekanikal/thermal nga mga elemento nga ibutang taliwala sa metal nga mga lut-od nga walay kadaot.Ang mga naka-embed nga sensor sa UAM mahimong mapadali ang paghatud sa tinuod nga oras nga kasayuran gikan sa aparato hangtod sa tiggamit pinaagi sa integrated analytics.
Ang nangaging trabaho sa mga tagsulat32 nagpakita sa katakus sa proseso sa UAM sa paghimo sa metallic 3D microfluidic nga mga istruktura nga adunay mga embedded sensing nga kapabilidad.Kini nga himan alang lamang sa mga katuyoan sa pag-monitor.Kini nga artikulo nagpresentar sa unang pananglitan sa usa ka microfluidic chemical reactor nga gigama sa UAM, usa ka aktibo nga himan nga dili lamang nagkontrol apan nag-aghat usab sa kemikal nga synthesis uban sa structurally integrated catalytic nga mga materyales.Ang himan naghiusa sa pipila ka mga bentaha nga may kalabutan sa UAM nga teknolohiya sa paghimo sa 3D nga kemikal nga mga himan, sama sa: ang abilidad sa pag-convert sa usa ka kompleto nga 3D nga disenyo direkta gikan sa usa ka computer-aided design (CAD) nga modelo ngadto sa usa ka produkto;multi-materyal nga fabrication alang sa usa ka kombinasyon sa taas nga thermal conductivity ug catalytic nga mga materyales, ingon man usab sa thermal sensors nga direkta nga gibutang sa taliwala sa mga reactant sapa alang sa tukma nga pagkontrol ug pagdumala sa temperatura sa reaksyon.Aron ipakita ang pag-andar sa reaktor, usa ka librarya sa importante nga parmasyutika nga 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole compounds ang gi-synthesize sa copper-catalyzed 1,3-dipolar Huisgen cycloaddition.Gipasiugda niini nga trabaho kung giunsa ang paggamit sa mga materyales sa siyensya ug disenyo nga gitabangan sa kompyuter makabukas sa bag-ong mga posibilidad ug mga oportunidad alang sa chemistry pinaagi sa interdisciplinary nga panukiduki.
Ang tanan nga mga solvent ug reagents gipalit gikan sa Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, o Fischer Scientific ug gigamit nga wala’y una nga pagputli.Ang 1H ug 13C NMR spectra nga natala sa 400 ug 100 MHz, matag usa, nakuha sa JEOL ECS-400 400 MHz spectrometer o Bruker Avance II 400 MHz spectrometer nga adunay CDCl3 o (CD3)2SO isip solvent.Ang tanan nga mga reaksyon gihimo gamit ang Uniqsis FlowSyn flow chemistry platform.
Ang UAM gigamit sa paghimo sa tanan nga mga aparato sa kini nga pagtuon.Ang teknolohiya naimbento niadtong 1999 ug ang teknikal nga mga detalye niini, operating parameters ug developments sukad ang pag-imbento niini matun-an gamit ang mosunod nga gipatik nga mga materyales34,35,36,37.Ang device (Fig. 1) gipatuman gamit ang usa ka bug-at nga katungdanan nga 9 kW SonicLayer 4000® UAM system (Fabrisonic, Ohio, USA).Ang mga materyales nga gipili alang sa flow device mao ang Cu-110 ug Al 6061. Ang Cu-110 adunay taas nga tumbaga nga sulod (minimum 99.9% nga tumbaga), nga naghimo niini nga usa ka maayo nga kandidato alang sa copper catalyzed nga mga reaksyon ug busa gigamit ingon nga usa ka "aktibo nga layer sa sulod sa microreactor.Ang Al 6061 O gigamit isip "bulk" nga materyal., ingon man ang intercalation layer nga gigamit alang sa pagtuki;intercalation sa auxiliary alloy components ug annealed state sa kombinasyon sa Cu-110 layer.nakit-an nga lig-on sa kemikal sa mga reagents nga gigamit niini nga trabaho.Ang Al 6061 O sa kombinasyon sa Cu-110 giisip usab nga usa ka compatible nga materyal nga kombinasyon alang sa UAM ug busa usa ka angay nga materyal alang niini nga pagtuon38,42.Kini nga mga himan gilista sa Table 1 sa ubos.
Mga lakang sa paghimo sa reactor (1) 6061 aluminum alloy substrate (2) Paggama sa ubos nga channel gikan sa copper foil (3) Pagsal-ot sa mga thermocouples tali sa mga layer (4) Upper channel (5) Inlet ug outlet (6) Monolithic reactor.
Ang pilosopiya sa disenyo sa fluid channel mao ang paggamit sa usa ka liko-liko nga agianan aron madugangan ang gilay-on nga gibiyahe sa fluid sulod sa chip samtang nagmintinar sa usa ka madumala nga gidak-on sa chip.Kini nga pagtaas sa gilay-on gitinguha aron madugangan ang oras sa pagkontak sa catalyst-reactant ug maghatag maayo kaayo nga abot sa produkto.Ang mga chips naggamit sa 90 ° nga mga liko sa mga tumoy sa usa ka tul-id nga dalan aron maaghat ang gubot nga pagsagol sa sulod sa aparato44 ug dugangan ang oras sa pagkontak sa likido sa ibabaw (catalyst).Aron madugangan pa ang pagsagol nga mahimong makab-ot, ang disenyo sa reactor naglakip sa duha ka reactant inlets nga gihiusa sa usa ka Y-koneksyon sa dili pa mosulod sa mixing coil section.Ang ikatulo nga entrada, nga mitabok sa agos sa tunga-tunga sa iyang residency, gilakip sa plano alang sa umaabot nga multi-stage synthesis reactions.
Ang tanan nga mga channel adunay usa ka square profile (walay taper anggulo), nga mao ang resulta sa periodic CNC milling nga gigamit sa paghimo sa channel geometry.Ang mga dimensyon sa channel gipili aron makahatag og taas nga (para sa usa ka microreactor) nga volumetric nga ani, apan gamay nga igo aron mapadali ang interaksyon sa ibabaw (catalysts) alang sa kadaghanan sa mga likido nga anaa niini.Ang angay nga gidak-on gibase sa nangaging kasinatian sa mga tagsulat sa metal-liquid reaction device.Ang internal nga mga sukod sa katapusang kanal mao ang 750 µm x 750 µm ug ang kinatibuk-ang gidaghanon sa reactor mao ang 1 ml.Usa ka built-in connector (1/4″-28 UNF thread) gilakip sa disenyo aron tugotan ang sayon ​​nga interfacing sa device nga adunay commercial flow chemistry equipment.Ang gidak-on sa channel limitado sa gibag-on sa materyal nga foil, sa mekanikal nga mga kabtangan niini, ug sa mga parameter sa bonding nga gigamit sa ultrasonics.Sa usa ka piho nga gilapdon alang sa gihatag nga materyal, ang materyal "mag-us-os" sa gihimo nga channel.Sa pagkakaron walay espesipikong modelo alang niini nga kalkulasyon, mao nga ang pinakataas nga gilapdon sa channel alang sa usa ka materyal ug disenyo gitino sa eksperimento, diin ang usa ka gilapdon nga 750 µm dili hinungdan sa sag.
Ang porma (kuwadrado) sa channel gitino gamit ang square cutter.Ang porma ug gidak-on sa mga kanal mahimong mausab sa mga makina sa CNC gamit ang lain-laing mga himan sa pagputol aron makakuha og lain-laing mga dagan ug mga kinaiya.Usa ka pananglitan sa paghimo og curved channel nga adunay 125 µm tool makita sa Monaghan45.Kung ang layer sa foil gipadapat nga patag, ang aplikasyon sa materyal nga foil sa mga agianan adunay usa ka patag (kuwadrado) nga nawong.Niini nga trabaho, usa ka square contour ang gigamit aron mapreserbar ang symmetry sa channel.
Atol sa giprograma nga paghunong sa produksiyon, ang mga sensor sa temperatura sa thermocouple (type K) direkta nga gitukod sa aparato tali sa taas ug ubos nga mga grupo sa channel (Fig. 1 - yugto 3).Kini nga mga thermocouple makakontrol sa mga pagbag-o sa temperatura gikan sa -200 hangtod 1350 °C.
Ang proseso sa pagdeposito sa metal gihimo sa sungay sa UAM gamit ang metal foil nga 25.4 mm ang gilapdon ug 150 microns ang gibag-on.Kini nga mga lut-od sa foil konektado sa usa ka sunod-sunod nga kasikbit nga mga gilis aron sa pagtabon sa tibuok dapit sa pagtukod;ang gidak-on sa gideposito nga materyal mas dako kay sa kataposang produkto kay ang proseso sa pagkubkob makamugna sa kataposang limpyo nga porma.Ang CNC machining gigamit sa makina sa gawas ug sa sulod nga mga contours sa mga ekipo, nga miresulta sa usa ka ibabaw nga finish sa mga ekipo ug mga kanal nga katumbas sa pinili nga himan ug CNC proseso parameters (sa niini nga pananglitan, mahitungod sa 1.6 µm Ra).Ang padayon, padayon nga ultrasonic nga materyal nga pag-spray ug mga siklo sa machining gigamit sa tibuok proseso sa paggama sa device aron maseguro nga ang dimensional nga katukma mapadayon ug ang nahuman nga bahin makatagbo sa CNC fine milling precision nga lebel.Ang gilapdon sa channel nga gigamit alang niini nga himan gamay ra aron masiguro nga ang materyal nga foil dili "sag" sa fluid channel, mao nga ang channel adunay square cross section.Posible nga mga kal-ang sa materyal nga foil ug ang mga parameter sa proseso sa UAM gitino nga eksperimento sa kauban sa paghimo (Fabrisonic LLC, USA).
Gipakita sa mga pagtuon nga sa interface 46, 47 sa UAM compound adunay gamay nga pagsabwag sa mga elemento nga walay dugang nga pagtambal sa kainit, mao nga alang sa mga himan niini nga trabaho ang Cu-110 nga layer nagpabilin nga lahi gikan sa Al 6061 layer ug nagbag-o pag-ayo.
Pagbutang ug pre-calibrated back pressure regulator (BPR) sa 250 psi (1724 kPa) sa ubos sa reactor ug bombahan ang tubig pinaagi sa reactor sa gikusgon nga 0.1 ngadto sa 1 ml min-1.Ang presyur sa reaktor gimonitor gamit ang FlowSyn pressure transducer nga gitukod sa sistema aron masiguro nga ang sistema makapadayon sa makanunayon nga presyur.Ang mga potensyal nga gradient sa temperatura sa flow reactor gisulayan pinaagi sa pagpangita sa bisan unsang kalainan tali sa mga thermocouples nga gitukod sa reactor ug sa mga thermocouples nga gitukod sa heating plate sa FlowSyn chip.Kini makab-ot pinaagi sa pagbag-o sa giprograma nga temperatura sa hotplate tali sa 100 ug 150 °C sa 25 °C nga pag-uswag ug pag-monitor sa bisan unsang kalainan tali sa giprograma ug natala nga temperatura.Nakab-ot kini gamit ang tc-08 data logger (PicoTech, Cambridge, UK) ug ang kauban nga PicoLog software.
Ang mga kondisyon alang sa reaksyon sa cycloaddition sa phenylacetylene ug iodoethane gi-optimize (Scheme 1-Cycloaddition sa phenylacetylene ug iodoethane, Scheme 1-Cycloaddition sa phenylacetylene ug iodoethane).Kini nga pag-optimize gihimo gamit ang usa ka full factorial design of experiments (DOE) approach, gamit ang temperatura ug residence time isip variables samtang gi-ayo ang alkyne:azide ratio sa 1:2.
Giandam ang bulag nga mga solusyon sa sodium azide (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoethane (0.25 M, DMF), ug phenylacetylene (0.125 M, DMF).Usa ka 1.5 ml nga aliquot sa matag solusyon ang gisagol ug gibomba pinaagi sa reactor sa gusto nga rate sa pag-agos ug temperatura.Ang tubag sa modelo gikuha ingon ang ratio sa peak area sa produkto nga triazole sa sinugdanan nga materyal sa phenylacetylene ug gitino gamit ang high performance liquid chromatography (HPLC).Alang sa pagkamakanunayon sa pag-analisa, ang tanan nga mga reaksyon gikuha dayon pagkahuman sa sagol nga reaksyon mibiya sa reaktor.Ang mga han-ay sa parameter nga gipili alang sa pag-optimize gipakita sa Talaan 2.
Ang tanan nga mga sampol gisusi gamit ang Chromaster HPLC system (VWR, PA, USA) nga gilangkoban sa quaternary pump, column oven, variable wavelength UV detector ug autosampler.Ang kolum usa ka Equivalence 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 x 100 mm, 5 µm nga gidak-on sa partikulo, gimintinar sa 40°C.Ang solvent mao ang isocratic methanol:tubig 50:50 sa usa ka flow rate sa 1.5 ml·min-1.Ang gidaghanon sa indeyksiyon mao ang 5 μl ug ang wavelength sa detector mao ang 254 nm.Ang % peak area para sa DOE sample gikalkulo gikan sa peak area sa nahabilin nga alkyne ug triazole nga mga produkto lamang.Ang pagpaila sa sinugdanan nga materyal nagpaposible sa pag-ila sa katugbang nga mga taluktok.
Ang paghiusa sa mga resulta sa pag-analisa sa reaktor sa MODDE DOE software (Umetrics, Malmö, Sweden) nagtugot sa usa ka bug-os nga pag-analisa sa uso sa mga resulta ug pagtino sa labing maayo nga kondisyon sa reaksyon alang niini nga cycloaddition.Ang pagpadagan sa built-in nga optimizer ug pagpili sa tanan nga importante nga mga termino sa modelo nagmugna og usa ka hugpong sa mga kondisyon sa reaksyon nga gidisenyo aron mapadako ang peak area sa produkto samtang ang pagkunhod sa peak area alang sa acetylene feedstock.
Ang oksihenasyon sa ibabaw nga tumbaga sa catalytic reaction chamber nakab-ot gamit ang hydrogen peroxide solution (36%) nga nagdagayday sa reaction chamber (flow rate = 0.4 ml min-1, residence time = 2.5 min) sa wala pa ang synthesis sa matag triazole compound.librarya.
Sa diha nga ang kamalaumon nga hugpong sa mga kondisyon nga matino, sila gipadapat sa usa ka han-ay sa acetylene ug haloalkane derivatives sa pagtugot sa compilation sa usa ka gamay nga synthesis librarya, sa ingon pag-establisar sa posibilidad sa paggamit niini nga mga kondisyon ngadto sa usa ka mas lapad nga-laing mga potensyal nga reagents (Fig. 1).2).
Pag-andam ug bulag nga mga solusyon sa sodium azide (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanes (0.25 M, DMF), ug alkynes (0.125 M, DMF).Ang mga aliquot nga 3 ml sa matag solusyon gisagol ug gibomba pinaagi sa reactor sa gikusgon nga 75 µl/min ug temperatura nga 150°C.Ang tibuuk nga gidaghanon gikolekta sa usa ka panaksan ug lasaw sa 10 ml nga ethyl acetate.Ang sample nga solusyon gihugasan sa 3 x 10 ml nga tubig.Ang tubigon nga mga sapaw gihiusa ug gikuha sa 10 ml nga ethyl acetate, unya ang mga organikong mga sapaw gihiusa, gihugasan sa 3 × 10 ml nga brine, gipauga sa MgSO 4 ug gisala, unya ang solvent gikuha sa vacuo.Ang mga sample giputli pinaagi sa silica gel column chromatography gamit ang ethyl acetate sa wala pa ang pagtuki pinaagi sa kombinasyon sa HPLC, 1H NMR, 13C NMR ug high resolution mass spectrometry (HR-MS).
Ang tanan nga spectra nakuha gamit ang Thermofischer Precision Orbitrap mass spectrometer nga adunay ESI isip tinubdan sa ionization.Ang tanan nga mga sample giandam gamit ang acetonitrile ingon solvent.
Ang pag-analisar sa TLC gihimo sa mga silica plate nga adunay usa ka aluminum substrate.Ang mga plato gitan-aw sa UV nga kahayag (254 nm) o vanillin staining ug pagpainit.
Ang tanan nga mga sample gisusi gamit ang VWR Chromaster system (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) nga adunay autosampler, binary pump nga adunay column oven ug usa ka wavelength detector.Usa ka ACE Equivalence 5 C18 column (150 x 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland) ang gigamit.
Ang mga injection (5 µl) gihimo direkta gikan sa lasaw nga crude reaction mixture (1:10 dilution) ug gi-analisa sa tubig:methanol (50:50 o 70:30), gawas sa pipila ka sample gamit ang 70:30 solvent system (denoted as star number) sa flow rate nga 1.5 ml/min.Ang kolum gitipigan sa 40 ° C.Ang wavelength sa detector mao ang 254 nm.
Ang % nga peak area sa sample gikalkulo gikan sa peak area sa nahabilin nga alkyne, ang triazole nga produkto lamang, ug ang pagpaila sa sinugdanan nga materyal nagpaposible sa pag-ila sa katugbang nga mga taluktok.
Ang tanan nga mga sample gisusi gamit ang Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Ang tanan nga mga sumbanan sa pagkakalibrate giandam gamit ang usa ka 1000 ppm Cu standard nga solusyon sa 2% nitric acid (SPEX Certi Prep).Ang tanan nga mga sumbanan giandam sa usa ka solusyon sa 5% DMF ug 2% HNO3, ug ang tanan nga mga sample lasaw 20 ka beses sa usa ka sample nga solusyon sa DMF-HNO3.
Ang UAM naggamit sa ultrasonic metal welding isip pamaagi sa pag-apil sa metal foil nga gigamit sa paghimo sa katapusang asembliya.Ang ultrasonic metal welding naggamit ug vibrating metal tool (gitawag nga sungay o ultrasonic horn) aron ipapilit ang pressure sa foil/kaniadto gikonsolida nga layer aron mabugkos/kaniadto mahiusa pinaagi sa pagkurog sa materyal.Alang sa padayon nga operasyon, ang sonotrode adunay usa ka cylindrical nga porma ug mga rolyo sa ibabaw sa nawong sa materyal, nga gipapilit ang tibuuk nga lugar.Sa diha nga ang pressure ug vibration magamit, ang mga oxide sa ibabaw sa materyal mahimong moliki.Ang kanunay nga presyur ug pagkurog mahimong mosangpot sa pagkaguba sa kabangis sa materyal 36 .Ang suod nga kontak sa lokal nga kainit ug presyur unya mosangpot sa usa ka solidong bahin nga bugkos sa materyal nga mga interface;mahimo usab kini nga mapalambo ang panaghiusa pinaagi sa pagbag-o sa enerhiya sa nawong48.Ang kinaiyahan sa mekanismo sa pagbugkos nakabuntog sa daghang mga problema nga may kalabotan sa variable nga temperatura sa pagtunaw ug taas nga temperatura nga mga epekto nga gihisgutan sa ubang mga teknolohiya sa paggama sa additive.Gitugotan niini ang direkta nga koneksyon (pananglitan nga wala’y pagbag-o sa nawong, mga filler o adhesive) sa daghang mga layer sa lainlaing mga materyales ngadto sa usa ka hiniusa nga istruktura.
Ang ikaduha nga paborable nga butang alang sa CAM mao ang taas nga ang-ang sa plastik nga dagan nga naobserbahan sa metallic nga mga materyales bisan sa ubos nga temperatura, ie ubos kaayo sa natunaw nga punto sa metallic nga mga materyales.Ang kombinasyon sa mga ultrasonic vibrations ug pressure hinungdan sa usa ka taas nga lebel sa lokal nga grain boundary migration ug recrystallization nga walay mahinungdanon nga pagtaas sa temperatura nga tradisyonal nga nalangkit sa bulk nga mga materyales.Atol sa paghimo sa katapusan nga asembliya, kini nga panghitabo mahimong magamit sa pag-embed sa aktibo ug passive nga mga sangkap tali sa mga lut-od sa metal foil, layer sa layer.Ang mga elemento sama sa optical fiber 49, reinforcement 46, electronics 50 ug thermocouples (kini nga trabaho) malampuson nga gisagol sa mga istruktura sa UAM aron makamugna ang aktibo ug passive nga mga komposit nga asembliya.
Sa niini nga buhat, ang duha ka lain-laing mga materyal nga binding kapabilidad ug UAM intercalation kapabilidad gigamit sa paghimo sa usa ka sulundon nga microreactor alang sa catalytic temperatura kontrol.
Kung itandi sa palladium (Pd) ug uban pang kasagarang gigamit nga metal catalysts, ang Cu catalysis adunay daghang mga bentaha: (i) Sa ekonomiya, ang Cu mas barato kaysa daghang ubang mga metal nga gigamit sa catalysis ug busa usa ka madanihon nga kapilian alang sa industriya sa kemikal (ii) ang sakup sa Cu-catalyzed cross-coupling nga mga reaksyon nagpalapad ug ingon og medyo complementary51es3-52z) Ang mga reaksyon molihok nga maayo kung wala ang ubang mga ligand.Kini nga mga ligid sagad yano ug dili mahal sa istruktura.kung gusto, samtang ang gigamit sa chemistry sa Pd sagad komplikado, mahal, ug sensitibo sa hangin (iv) Cu, labi nga nahibal-an sa abilidad sa pagbugkos sa mga alkynes sa synthesis, sama sa Sonogashira's bimetallic catalyzed coupling ug cycloaddition nga adunay azides (click chemistry) (v) Ang Cu mahimo usab nga magpasiugda sa reaksyon sa pipila nga mga nucleophiles sa U.
Bag-ohay lang, ang mga pananglitan sa heterogenization sa tanan niini nga mga reaksyon sa presensya sa Cu(0) gipakita.Kini tungod sa kadaghanan sa industriya sa parmasyutiko ug ang nagkadako nga pagtutok sa pagbawi ug paggamit pag-usab sa mga metal catalysts55,56.
Ang 1,3-dipolar cycloaddition nga reaksyon tali sa acetylene ug azide ngadto sa 1,2,3-triazole, una nga gisugyot ni Huisgen niadtong 1960s57, giisip nga usa ka synergistic demonstration reaction.Ang resulta nga 1,2,3 triazole nga mga tipik sa partikular nga interes isip usa ka pharmacophore sa pagdiskobre sa tambal tungod sa ilang biological nga mga aplikasyon ug paggamit sa nagkalain-laing mga therapeutic agents 58 .
Kini nga reaksyon nakadawat og bag-ong pagtagad sa dihang gipaila ni Sharpless ug uban pa ang konsepto sa "click chemistry"59.Ang termino nga "click chemistry" gigamit sa paghulagway sa usa ka lig-on ug pinili nga hugpong sa mga reaksyon alang sa paspas nga synthesis sa bag-ong mga compound ug combinatorial library gamit ang heteroatomic bonding (CXC)60.Ang sintetikong pag-apelar niini nga mga reaksyon tungod sa taas nga abot nga nalangkit niini.simple ang mga kondisyon, resistensya sa oksiheno ug tubig, ug simple ang pagbulag sa produkto61.
Ang klasikal nga 1,3-dipole Huisgen cycloaddition wala mahulog sa kategorya nga "click chemistry".Bisan pa, gipakita sa Medal ug Sharpless nga kini nga azide-alkyne coupling nga panghitabo nakaagi sa 107-108 sa presensya sa Cu (I) kumpara sa usa ka hinungdanon nga pagpadali sa rate sa non-catalytic 1,3-dipolar cycloaddition 62,63.Kini nga abante nga mekanismo sa reaksyon wala magkinahanglan sa pagpanalipod sa mga grupo o mapintas nga mga kondisyon sa reaksyon ug naghatag og halos kompleto nga pagkakabig ug pagpili sa 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazoles) sa paglabay sa panahon (Fig. 3).
Isometric nga mga resulta sa conventional ug copper-catalyzed Huisgen cycloadditions.Ang Cu(I)-catalyzed Huisgen cycloadditions naghatag lamang og 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles, samtang ang thermally induced Huisgen cycloadditions kasagarang naghatag sa 1,4- ug 1,5-triazoles og 1:1 nga sagol nga azole stereoisomers.
Kadaghanan sa mga protocol naglakip sa pagkunhod sa lig-on nga mga tinubdan sa Cu(II), sama sa pagkunhod sa CuSO4 o ang Cu(II)/Cu(0) compound inubanan sa sodium salts.Kung itandi sa ubang mga metal nga catalyzed nga mga reaksyon, ang paggamit sa Cu(I) adunay mga nag-unang bentaha nga dili mahal ug dali dumalahon.
Kinetic ug isotopic nga pagtuon ni Worrell et al.Gipakita sa 65 nga sa kaso sa terminal alkynes, duha ka katumbas sa tumbaga ang nalangkit sa pagpaaktibo sa reaktibiti sa matag molekula kalabot sa azide.Ang gisugyot nga mekanismo nagpadayon pinaagi sa unom ka miyembro nga copper metal ring nga naporma pinaagi sa koordinasyon sa azide ngadto sa σ-bonded copper acetylide nga adunay π-bonded copper isip usa ka lig-on nga donor ligand.Ang copper triazolyl derivatives naporma isip resulta sa ring contraction nga gisundan sa proton decomposition aron maporma ang triazole nga mga produkto ug pagsira sa catalytic cycle.
Samtang ang mga benepisyo sa flow chemistry device maayo nga dokumentado, adunay tinguha nga i-integrate ang analytical nga mga himan niini nga mga sistema alang sa real-time nga pag-monitor sa proseso sa situ66,67.Ang UAM napamatud-an nga usa ka angay nga pamaagi alang sa pagdesinyo ug paghimo sa labi ka komplikado nga 3D flow reactors gikan sa catalytically active, thermally conductive nga mga materyales nga adunay direkta nga naka-embed nga mga elemento sa sensing (Fig. 4).
Ang aluminum-copper flow reactor nga gigama sa ultrasonic additive manufacturing (UAM) nga adunay komplikadong internal channel structure, built-in thermocouples ug catalytic reaction chamber.Aron mahanduraw ang internal nga mga agianan sa likido, usa ka transparent nga prototype nga gihimo gamit ang stereolithography gipakita usab.
Aron masiguro nga ang mga reactor gihimo alang sa umaabot nga mga organikong reaksyon, ang mga solvent kinahanglan nga luwas nga ipainit sa ibabaw sa ilang nagbukal nga punto;sila pressure ug temperatura gisulayan.Ang pagsulay sa presyur nagpakita nga ang sistema nagmintinar sa usa ka lig-on ug makanunayon nga presyur bisan sa taas nga presyur sa sistema (1.7 MPa).Ang mga pagsulay sa hydrostatic gihimo sa temperatura sa kwarto gamit ang H2O ingon likido.
Ang pagkonektar sa built-in (Figure 1) nga thermocouple ngadto sa temperature data logger nagpakita nga ang thermocouple temperature kay 6 °C (± 1 °C) ubos sa programmed temperature sa FlowSyn system.Kasagaran, ang pagtaas sa temperatura nga 10 ° C nagdoble sa rate sa reaksyon, mao nga ang kalainan sa temperatura nga pipila ra ka degree mahimo’g mabag-o ang rate sa reaksyon.Kini nga kalainan tungod sa pagkawala sa temperatura sa tibuok RPV tungod sa taas nga thermal diffusivity sa mga materyales nga gigamit sa proseso sa paghimo.Kini nga thermal drift mao ang makanunayon ug busa mahimong tagdon sa diha nga ang pag-set up sa mga ekipo aron masiguro ang tukma nga temperatura nga maabot ug masukod sa panahon sa reaksyon.Sa ingon, kini nga himan sa pag-monitor sa online nagpadali sa hugot nga pagkontrol sa temperatura sa reaksyon ug nakatampo sa mas tukma nga pag-optimize sa proseso ug pagpauswag sa labing maayo nga mga kondisyon.Kini nga mga sensor mahimo usab nga gamiton aron mahibal-an ang mga exothermic nga reaksyon ug mapugngan ang mga runaway nga reaksyon sa mga dagkong sistema.
Ang reaktor nga gipresentar niini nga papel mao ang unang pananglitan sa paggamit sa teknolohiya sa UAM sa paggama sa mga kemikal nga reaktor ug nagtubag sa pipila ka dagkong mga limitasyon nga karon nalangkit sa AM/3D nga pag-imprenta niini nga mga himan, sama sa: (i) Pagbuntog sa natala nga mga problema nga nalangkit sa pagproseso sa tumbaga o aluminyo nga haluang metal (ii) gipaayo nga internal nga resolusyon sa channel kumpara sa powder bed melting (PBF) nga mga pamaagi sa pagtunaw (PBF) sa ibabaw nga mga materyales sama sa pagtunaw sa pulbos (PBF) nga mga pamaagi sa pagtunaw (PBF)2 sa ibabaw sa laser (PBF) ug 2 nga mga paagi sa pag-agos sa pulbos (PBF9) sama sa pagtunaw sa pulbos (PBF) ug 5 nga mga paagi sa pagtunaw sa laser (Piliha 6) 6 (iii) ubos nga temperatura sa pagproseso, nga nagpadali sa direkta nga pagkonektar sa mga sensor, nga dili mahimo sa powder bed nga teknolohiya, (v) pagbuntog sa mga kabus nga mekanikal nga mga kabtangan ug pagkasensitibo sa polymer-based nga mga sangkap sa nagkalain-laing komon nga organic solvents17,19.
Ang pag-andar sa reaktor gipakita sa usa ka serye sa copper-catalyzed alkinazide cycloaddition reactions ubos sa padayon nga mga kondisyon sa pag-agos (Fig. 2).Ang ultrasonic nga giimprinta nga copper reactor nga gipakita sa fig.Ang 4 gisagol sa usa ka sistema sa pag-agos sa komersyo ug gigamit sa pag-synthesize sa usa ka azide library sa nagkalain-laing 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles gamit ang temperatura nga kontrolado nga reaksyon sa acetylene ug alkyl group halides sa presensya sa sodium chloride (Fig. 3).Ang paggamit sa padayon nga pamaagi sa pag-agos makapamenos sa mga isyu sa kaluwasan nga mahimong motumaw sa mga proseso sa batch, tungod kay kini nga reaksyon nagpatunghag labi ka reaktibo ug peligro nga mga intermediate sa azide [317], [318].Sa sinugdan, ang reaksyon gi-optimize alang sa cycloaddition sa phenylacetylene ug iodoethane (Scheme 1 - Cyclloaddition sa phenylacetylene ug iodoethane) (tan-awa ang Fig. 5).
(Upper left) Schematic sa setup nga gigamit sa pag-incorporate sa 3DP reactor ngadto sa flow system (ibabaw sa tuo) nga nakuha gikan sa optimized (lower) scheme sa Huisgen 57 cycloaddition scheme tali sa phenylacetylene ug iodoethane para sa optimization ug pagpakita sa optimized conversion rate parameters sa reaksyon.
Pinaagi sa pagkontrol sa oras sa pagpuyo sa mga reactant sa catalytic nga seksyon sa reaktor ug pag-ayo pag-monitor sa temperatura sa reaksyon nga adunay direkta nga integrated thermocouple sensor, ang mga kondisyon sa reaksyon mahimong dali ug tukma nga ma-optimize sa labing gamay nga oras ug mga materyales.Dali nga nakit-an nga ang labing taas nga pagkakabig nakab-ot gamit ang oras sa pagpuyo nga 15 minuto ug temperatura sa reaksyon nga 150 ° C.Makita kini gikan sa coefficient plot sa MODDE software nga ang oras sa pagpuyo ug ang temperatura sa reaksyon giisip nga hinungdanon nga mga kondisyon sa modelo.Ang pagpadagan sa built-in nga optimizer gamit kining pinili nga mga kondisyon nagmugna og usa ka hugpong sa mga kondisyon sa reaksyon nga gidisenyo aron mapadako ang mga lugar sa peak sa produkto samtang ang pagkunhod sa pagsugod sa materyal nga peak nga mga lugar.Kini nga pag-optimize nagbunga ug 53% nga pagkakabig sa produkto nga triazole, nga tukma nga katumbas sa prediksyon sa modelo nga 54%.