Diolch am ymweld â Nature.com.Mae gan y fersiwn porwr rydych chi'n ei ddefnyddio gefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn gwneud y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Carwsél yn dangos tair sleid ar yr un pryd.Defnyddiwch y botymau Blaenorol a Nesaf i symud trwy dri sleid ar y tro, neu defnyddiwch y botymau llithrydd ar y diwedd i symud trwy dri sleid ar y tro.
Mae gweithgynhyrchu ychwanegion yn newid y ffordd y mae ymchwilwyr a diwydianwyr yn dylunio ac yn gweithgynhyrchu dyfeisiau cemegol i ddiwallu eu hanghenion penodol.Yn y papur hwn, rydym yn adrodd ar yr enghraifft gyntaf o adweithydd llif a ffurfiwyd gan lamineiddiad ychwanegyn ultrasonic gweithgynhyrchu (UAM) o ddalen fetel solet gyda rhannau catalytig integredig ac elfennau synhwyro.Mae technoleg UAM nid yn unig yn goresgyn llawer o'r cyfyngiadau sy'n gysylltiedig â gweithgynhyrchu ychwanegion adweithyddion cemegol ar hyn o bryd, ond hefyd yn ehangu galluoedd dyfeisiau o'r fath yn fawr.Mae nifer o gyfansoddion 1,2,3-triazole 1,4-dis-amnewidiol 1,4 sy'n bwysig yn fiolegol wedi'u syntheseiddio a'u optimeiddio'n llwyddiannus gan adwaith cycloaddition Huisgen 1,3-dipolar Cu-median gan ddefnyddio cyfleuster cemeg UAM.Gan ddefnyddio priodweddau unigryw UAM a phrosesu llif parhaus, mae'r ddyfais yn gallu cataleiddio adweithiau parhaus yn ogystal â darparu adborth amser real i fonitro a gwneud y gorau o adweithiau.
Oherwydd ei fanteision sylweddol dros ei gymar swmp, mae cemeg llif yn faes pwysig a chynyddol mewn lleoliadau academaidd a diwydiannol oherwydd ei allu i gynyddu detholusrwydd ac effeithlonrwydd synthesis cemegol.Mae hyn yn ymestyn o ffurfio moleciwlau organig syml1 i gyfansoddion fferyllol2,3 a chynhyrchion naturiol4,5,6.Gall dros 50% o adweithiau yn y diwydiannau cemegol a fferyllol mân elwa ar lif parhaus7.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, bu tuedd gynyddol o grwpiau sy'n ceisio disodli llestri gwydr traddodiadol neu offer cemeg llif gydag “adweithyddion” cemegol y gellir eu haddasu8.Mae dylunio ailadroddol, gweithgynhyrchu cyflym, a galluoedd tri dimensiwn (3D) y dulliau hyn yn ddefnyddiol i'r rhai sydd am addasu eu dyfeisiau ar gyfer set benodol o adweithiau, dyfeisiau neu amodau.Hyd yn hyn, mae'r gwaith hwn wedi canolbwyntio bron yn gyfan gwbl ar ddefnyddio technegau argraffu 3D seiliedig ar bolymer megis stereolithograffeg (SL)9,10,11, Modelu Dyddodiad Cyfunol (FDM)8,12,13,14 ac argraffu inc7,15., 16. Mae diffyg dibynadwyedd a gallu dyfeisiau o'r fath i berfformio ystod eang o adweithiau/dadansoddiadau cemegol17, 18, 19, 20 yn ffactor cyfyngu mawr ar gyfer cymhwyso AC yn ehangach yn y maes hwn17, 18, 19, 20.
Oherwydd y defnydd cynyddol o gemeg llif a'r priodweddau ffafriol sy'n gysylltiedig ag AM, mae angen archwilio technegau gwell a fydd yn caniatáu i ddefnyddwyr wneud pibellau adwaith llif gyda gwell cemeg a galluoedd dadansoddol.Dylai'r dulliau hyn ganiatáu i ddefnyddwyr ddewis o ystod o ddeunyddiau cryfder uchel neu swyddogaethol sy'n gallu gweithredu o dan ystod eang o amodau adwaith, yn ogystal â hwyluso gwahanol fathau o allbwn dadansoddol o'r ddyfais i alluogi monitro a rheoli'r adwaith.
Un broses weithgynhyrchu ychwanegion y gellir ei defnyddio i ddatblygu adweithyddion cemegol arferol yw Ultrasonic Ychwanegion Manufacturing (UAM).Mae'r dull lamineiddio dalen solid-state hwn yn cymhwyso dirgryniadau ultrasonic i ffoiliau metel tenau i'w bondio gyda'i gilydd fesul haen gyda chyn lleied o wres cyfeintiol a lefel uchel o lif plastig 21, 22, 23. Yn wahanol i'r rhan fwyaf o dechnolegau AC eraill, gellir integreiddio UAM yn uniongyrchol â chynhyrchiad tynnu, a elwir yn broses weithgynhyrchu hybrid, y mae rheolaeth rifol in-situ cyfnodol (CNC) yn ei osod (CNC) yn pennu haen net melino neu brosesu'r deunydd, 2 yn pennu'r defnydd net o ran melino neu brosesu haen y defnyddiwr. heb fod yn gyfyngedig i'r problemau sy'n gysylltiedig â thynnu deunydd adeiladu gwreiddiol gweddilliol o sianeli hylif bach, sy'n aml yn wir mewn systemau powdr a hylif AM26,27,28.Mae'r rhyddid dylunio hwn hefyd yn ymestyn i'r dewis o ddeunyddiau sydd ar gael - gall UAM fondio cyfuniadau o ddeunyddiau thermol tebyg ac annhebyg mewn un cam proses.Mae'r dewis o gyfuniadau deunydd y tu hwnt i'r broses doddi yn golygu y gellir bodloni gofynion mecanyddol a chemegol cymwysiadau penodol yn well.Yn ogystal â bondio solet, ffenomen arall sy'n digwydd gyda bondio ultrasonic yw hylifedd uchel deunyddiau plastig ar dymheredd cymharol isel29,30,31,32,33.Mae'r nodwedd unigryw hon o UAM yn caniatáu gosod elfennau mecanyddol / thermol rhwng haenau metel heb ddifrod.Gall synwyryddion UAM wedi'u mewnosod hwyluso cyflwyno gwybodaeth amser real o'r ddyfais i'r defnyddiwr trwy ddadansoddeg integredig.
Dangosodd gwaith blaenorol gan yr awduron32 allu’r broses UAM i greu strwythurau microhylifol 3D metelaidd gyda galluoedd synhwyro wedi’u mewnosod.Mae'r ddyfais hon at ddibenion monitro yn unig.Mae'r erthygl hon yn cyflwyno'r enghraifft gyntaf o adweithydd cemegol microhylifol a weithgynhyrchir gan UAM, dyfais weithredol sydd nid yn unig yn rheoli ond hefyd yn ysgogi synthesis cemegol gyda deunyddiau catalytig sydd wedi'u hintegreiddio'n strwythurol.Mae'r ddyfais yn cyfuno nifer o fanteision sy'n gysylltiedig â thechnoleg UAM wrth gynhyrchu dyfeisiau cemegol 3D, megis: y gallu i drosi dyluniad 3D cyflawn yn uniongyrchol o fodel dylunio â chymorth cyfrifiadur (CAD) yn gynnyrch;gwneuthuriad aml-ddeunydd ar gyfer cyfuniad o ddargludedd thermol uchel a deunyddiau catalytig, yn ogystal â synwyryddion thermol wedi'u hymgorffori'n uniongyrchol rhwng y ffrydiau adweithydd ar gyfer rheoli a rheoli tymheredd yr adwaith yn fanwl gywir.Er mwyn dangos ymarferoldeb yr adweithydd, cafodd llyfrgell o gyfansoddion 1,2,3-triazole 1,4-dis-amnewidiol 1,4 sy'n bwysig yn fferyllol ei syntheseiddio gan cycloaddition Huisgen 1,3-deubegynol copr-catalyzed.Mae'r gwaith hwn yn amlygu sut y gall defnyddio gwyddor deunyddiau a dylunio â chymorth cyfrifiadur agor posibiliadau a chyfleoedd newydd ar gyfer cemeg trwy ymchwil rhyngddisgyblaethol.
Prynwyd yr holl doddyddion ac adweithyddion gan Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, neu Fischer Scientific a'u defnyddio heb eu puro ymlaen llaw.Cafwyd sbectra NMR 1H a 13C a gofnodwyd ar 400 a 100 MHz, yn y drefn honno, ar sbectromedr JEOL ECS-400 400 MHz neu sbectromedr Bruker Avance II 400 MHz gyda CDCl3 neu (CD3)2SO fel toddydd.Perfformiwyd yr holl adweithiau gan ddefnyddio platfform cemeg llif Uniqsis FlowSyn.
Defnyddiwyd UAM i wneud pob dyfais yn yr astudiaeth hon.Dyfeisiwyd y dechnoleg ym 1999 a gellir astudio ei manylion technegol, paramedrau gweithredu a datblygiadau ers ei dyfeisio gan ddefnyddio'r deunyddiau cyhoeddedig canlynol34,35,36,37.Gweithredwyd y ddyfais (Ffig. 1) gan ddefnyddio system UAM 9 kW ar ddyletswydd trwm SonicLayer 4000® (Fabrisonic, Ohio, UDA).Y deunyddiau a ddewiswyd ar gyfer y ddyfais llif oedd Cu-110 ac Al 6061. Mae gan Cu-110 gynnwys copr uchel (o leiaf 99.9% o gopr), sy'n golygu ei fod yn ymgeisydd da ar gyfer adweithiau catalyzed copr ac felly fe'i defnyddir fel “haen weithredol y tu mewn i'r micro-adweithydd.Defnyddir Al 6061 O fel y deunydd “swmp”., yn ogystal â'r haen intercalation a ddefnyddir ar gyfer dadansoddi;intercalation o gydrannau aloi ategol a cyflwr annealed mewn cyfuniad â Cu-110 haen.canfuwyd ei fod yn gemegol sefydlog gyda'r adweithyddion a ddefnyddir yn y gwaith hwn.Ystyrir bod Al 6061 O ar y cyd â Cu-110 hefyd yn gyfuniad deunydd cydnaws ar gyfer UAM ac felly mae'n ddeunydd addas ar gyfer yr astudiaeth hon38,42.Rhestrir y dyfeisiau hyn yn Nhabl 1 isod.
Camau gwneuthuriad adweithydd (1) 6061 swbstrad aloi alwminiwm (2) Ffabrigo sianel isaf o ffoil copr (3) Mewnosod thermocyplau rhwng haenau (4) Sianel uchaf (5) Mewnfa ac allfa (6) Adweithydd monolithig.
Athroniaeth dylunio sianel hylif yw defnyddio llwybr troellog i gynyddu'r pellter a deithir gan yr hylif y tu mewn i'r sglodion wrth gynnal maint sglodion hylaw.Mae'r cynnydd hwn mewn pellter yn ddymunol i gynyddu amser cyswllt catalydd-adweithydd a darparu cynnyrch cynnyrch rhagorol.Mae'r sglodion yn defnyddio troadau 90 ° ar bennau llwybr syth i gymell cymysgu cythryblus o fewn y ddyfais44 a chynyddu amser cyswllt yr hylif â'r arwyneb (catalydd).Er mwyn gwella ymhellach y cymysgu y gellir ei gyflawni, mae dyluniad yr adweithydd yn cynnwys dwy fewnfa adweithydd wedi'u cyfuno mewn cysylltiad Y cyn mynd i mewn i'r adran coil cymysgu.Mae'r drydedd fynedfa, sy'n croesi'r llif hanner ffordd trwy ei breswyliad, wedi'i chynnwys yn y cynllun ar gyfer adweithiau synthesis aml-gam yn y dyfodol.
Mae gan bob sianel broffil sgwâr (dim onglau tapr), sy'n ganlyniad i'r melino CNC cyfnodol a ddefnyddir i greu geometreg y sianel.Dewisir dimensiynau'r sianel i ddarparu cynnyrch cyfeintiol uchel (ar gyfer micro-adweithydd), ond eto'n ddigon bach i hwyluso rhyngweithio â'r arwyneb (catalyddion) ar gyfer y rhan fwyaf o'r hylifau sydd ynddo.Mae'r maint priodol yn seiliedig ar brofiad blaenorol yr awduron gyda dyfeisiau adwaith metel-hylif.Dimensiynau mewnol y sianel derfynol oedd 750 µm x 750 µm a chyfanswm cyfaint yr adweithydd oedd 1 ml.Mae cysylltydd adeiledig (1/4″-28 edau UNF) wedi'i gynnwys yn y dyluniad i ganiatáu rhyngwyneb hawdd rhwng y ddyfais ac offer cemeg llif masnachol.Mae maint y sianel wedi'i gyfyngu gan drwch y deunydd ffoil, ei briodweddau mecanyddol, a'r paramedrau bondio a ddefnyddir gyda ultrasonics.Ar lled penodol ar gyfer deunydd penodol, bydd y deunydd yn “sagio” i'r sianel a grëwyd.Ar hyn o bryd nid oes model penodol ar gyfer y cyfrifiad hwn, felly mae lled sianel uchaf ar gyfer deunydd a dyluniad penodol yn cael ei bennu'n arbrofol, ac os felly ni fydd lled o 750 µm yn achosi sag.
Mae siâp (sgwâr) y sianel yn cael ei bennu gan ddefnyddio torrwr sgwâr.Gellir newid siâp a maint y sianeli ar beiriannau CNC gan ddefnyddio gwahanol offer torri i gael cyfraddau llif a nodweddion gwahanol.Mae enghraifft o greu sianel grwm gydag offeryn 125 µm i'w gweld yn Monaghan45.Pan fydd yr haen ffoil yn cael ei gymhwyso'n fflat, bydd gan gymhwyso'r deunydd ffoil i'r sianeli wyneb gwastad (sgwâr).Yn y gwaith hwn, defnyddiwyd cyfuchlin sgwâr i gadw cymesuredd y sianel.
Yn ystod saib wedi'i raglennu wrth gynhyrchu, mae synwyryddion tymheredd thermocwl (math K) yn cael eu cynnwys yn uniongyrchol yn y ddyfais rhwng y grwpiau sianel uchaf ac isaf (Ffig. 1 - cam 3).Gall y thermocyplau hyn reoli newidiadau tymheredd o -200 i 1350 ° C.
Cynhelir y broses dyddodi metel gan y corn UAM gan ddefnyddio ffoil metel 25.4 mm o led a 150 micron o drwch.Mae'r haenau hyn o ffoil wedi'u cysylltu mewn cyfres o stribedi cyfagos i orchuddio'r ardal adeiladu gyfan;mae maint y deunydd a adneuwyd yn fwy na'r cynnyrch terfynol gan fod y broses dynnu yn creu'r siâp glân terfynol.Defnyddir peiriannu CNC i beiriannu cyfuchliniau allanol a mewnol yr offer, gan arwain at orffeniad wyneb yr offer a'r sianeli sy'n cyfateb i'r offeryn a ddewiswyd a pharamedrau proses CNC (yn yr enghraifft hon, tua 1.6 µm Ra).Defnyddir cylchoedd chwistrellu a pheiriannu deunydd ultrasonic parhaus, parhaus trwy gydol proses weithgynhyrchu'r ddyfais i sicrhau bod cywirdeb dimensiwn yn cael ei gynnal a bod y rhan orffenedig yn cwrdd â lefelau manwl gywirdeb melino CNC.Mae lled y sianel a ddefnyddir ar gyfer y ddyfais hon yn ddigon bach i sicrhau nad yw'r deunydd ffoil yn “sag” yn y sianel hylif, felly mae gan y sianel groestoriad sgwâr.Pennwyd bylchau posibl yn y deunydd ffoil a pharamedrau'r broses UAM yn arbrofol gan y partner gweithgynhyrchu (Fabrisonic LLC, UDA).
Mae astudiaethau wedi dangos nad oes llawer o drylediad o elfennau heb driniaeth wres ychwanegol ar y rhyngwyneb 46, 47 o gyfansawdd UAM, felly ar gyfer y dyfeisiau yn y gwaith hwn mae haen Cu-110 yn parhau i fod yn wahanol i haen Al 6061 ac yn newid yn ddramatig.
Gosod rheolydd pwysau cefn wedi'i raddnodi ymlaen llaw (BPR) ar 250 psi (1724 kPa) i lawr yr afon o'r adweithydd a phwmpio dŵr trwy'r adweithydd ar gyfradd o 0.1 i 1 ml min-1.Cafodd pwysedd yr adweithydd ei fonitro gan ddefnyddio'r trawsddygiadur pwysedd FlowSyn sydd wedi'i ymgorffori yn y system i sicrhau y gallai'r system gynnal pwysau cyson cyson.Profwyd graddiannau tymheredd posibl yn yr adweithydd llif trwy chwilio am unrhyw wahaniaethau rhwng y thermocyplau a adeiladwyd i mewn i'r adweithydd a'r thermocyplau a adeiladwyd ym mhlât gwresogi'r sglodyn FlowSyn.Cyflawnir hyn trwy newid tymheredd y plât poeth wedi'i raglennu rhwng 100 a 150 °C mewn cynyddiadau o 25 ° C a monitro unrhyw wahaniaethau rhwng y tymheredd wedi'i raglennu a'r tymheredd a gofnodwyd.Cyflawnwyd hyn gan ddefnyddio'r cofnodwr data tc-08 (PicoTech, Caergrawnt, DU) a'r meddalwedd PicoLog sy'n cyd-fynd ag ef.
Mae'r amodau ar gyfer adwaith cycloaddition ffenylacetylene ac iodoethane wedi'u optimeiddio (Cynllun 1-Cyclodition of phenylacetylene and iodoethane, Cynllun 1-Cyclodition of phenylacetylene and iodoethane).Perfformiwyd yr optimeiddio hwn gan ddefnyddio dull dylunio ffactoraidd llawn o arbrofion (DOE), gan ddefnyddio tymheredd ac amser preswylio fel newidynnau wrth osod y gymhareb alcyn:azide ar 1:2.
Paratowyd hydoddiannau ar wahân o sodiwm azid (0.25 M, 4:1 DMF: H2O), iodoethane (0.25 M, DMF), a ffenylacetylene (0.125 M, DMF).Cymysgwyd aliquot 1.5 ml o bob hydoddiant a'i bwmpio drwy'r adweithydd ar y gyfradd llif a'r tymheredd a ddymunir.Cymerwyd ymateb y model fel cymhareb arwynebedd brig y cynnyrch triazole i ddeunydd cychwyn ffenylacetylene a phenderfynwyd arno gan ddefnyddio cromatograffaeth hylif perfformiad uchel (HPLC).Er mwyn sicrhau cysondeb dadansoddi, cymerwyd pob adwaith yn syth ar ôl i gymysgedd yr adwaith adael yr adweithydd.Dangosir yr ystodau paramedr a ddewiswyd ar gyfer optimeiddio yn Nhabl 2.
Dadansoddwyd yr holl samplau gan ddefnyddio system Chromaster HPLC (VWR, PA, UDA) a oedd yn cynnwys pwmp cwaternaidd, popty colofn, synhwyrydd UV tonfedd amrywiol ac awtosampler.Roedd y golofn yn gyfwerth â 5 C18 (VWR, PA, UDA), 4.6 x 100 mm, maint gronynnau 5 µm, wedi'i gynnal ar 40°C.Methanol isocratig oedd y toddydd:dŵr 50:50 ar gyfradd llif o 1.5 ml·min-1.Cyfaint y pigiad oedd 5 μl a thonfedd y canfodydd oedd 254 nm.Cyfrifwyd % arwynebedd brig y sampl DOE o ardaloedd brig y cynhyrchion alcyn a thriasol gweddilliol yn unig.Mae cyflwyno'r deunydd cychwyn yn ei gwneud hi'n bosibl nodi'r brigau cyfatebol.
Roedd cyfuno canlyniadau dadansoddiad yr adweithydd â meddalwedd MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Sweden) yn caniatáu dadansoddiad tueddiadau trylwyr o'r canlyniadau a phenderfynu ar yr amodau adwaith gorau posibl ar gyfer y cycloaddition hwn.Mae rhedeg y optimizer adeiledig a dewis yr holl dermau model pwysig yn creu set o amodau adwaith sydd wedi'u cynllunio i wneud y mwyaf o arwynebedd brig y cynnyrch tra'n lleihau'r ardal brig ar gyfer y porthiant asetylen.
Cyflawnwyd ocsidiad yr arwyneb copr yn y siambr adwaith catalytig gan ddefnyddio datrysiad hydrogen perocsid (36%) yn llifo trwy'r siambr adwaith (cyfradd llif = 0.4 ml min-1, amser preswylio = 2.5 min) cyn synthesis pob cyfansoddyn triazole.llyfrgell.
Unwaith y penderfynwyd ar y set orau o amodau, fe'u cymhwyswyd i ystod o ddeilliadau asetylen a haloalcan i ganiatáu llunio llyfrgell synthesis fach, a thrwy hynny sefydlu'r posibilrwydd o gymhwyso'r amodau hyn i ystod ehangach o adweithyddion posibl (Ffig. 1).2).
Paratowch hydoddiannau ar wahân o sodiwm azid (0.25 M, 4:1 DMF: H2O), haloalcanau (0.25 M, DMF), ac alcynau (0.125 M, DMF).Cafodd aliwnodau o 3 ml o bob hydoddiant eu cymysgu a'u pwmpio drwy'r adweithydd ar gyfradd o 75 µl/munud a thymheredd o 150°C.Casglwyd y gyfrol gyfan mewn ffiol a'i wanhau â 10 ml o asetad ethyl.Golchwyd yr hydoddiant sampl â 3 x 10 ml o ddŵr.Cyfunwyd yr haenau dyfrllyd a'u hechdynnu gyda 10 ml asetad ethyl, yna cyfunwyd yr haenau organig, eu golchi â heli 3 × 10 ml, eu sychu dros MgSO 4 a'u hidlo, yna tynnwyd y toddydd mewn gwactod.Cafodd samplau eu puro gan gromatograffeg colofn gel silica gan ddefnyddio asetad ethyl cyn eu dadansoddi trwy gyfuniad o HPLC, 1H NMR, 13C NMR a sbectrometreg màs cydraniad uchel (HR-MS).
Cafwyd yr holl sbectra gan ddefnyddio sbectromedr màs Thermofischer Precision Orbitrap gydag ESI fel y ffynhonnell ïoneiddiad.Paratowyd yr holl samplau gan ddefnyddio asetonitrile fel toddydd.
Cynhaliwyd dadansoddiad TLC ar blatiau silica gyda swbstrad alwminiwm.Delweddwyd y platiau gyda golau UV (254 nm) neu staenio a gwresogi fanillin.
Dadansoddwyd yr holl samplau gan ddefnyddio system VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, DU) gyda awtosampler, pwmp deuaidd gyda ffwrn golofn a synhwyrydd tonfedd sengl.Defnyddiwyd colofn 5 C18 Cyfwerth ACE (150 x 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, yr Alban).
Gwnaed pigiadau (5 µl) yn uniongyrchol o'r cymysgedd adwaith crai gwanedig (gwanhad 1:10) a'u dadansoddi â dŵr:methanol (50:50 neu 70:30), ac eithrio rhai samplau gan ddefnyddio system hydoddydd 70:30 (a ddynodir fel rhif seren) ar gyfradd llif o 1.5 ml/munud.Cadwyd y golofn ar 40°C.Tonfedd y synhwyrydd yw 254 nm.
Cyfrifwyd % arwynebedd brig y sampl o arwynebedd brig yr alcyn gweddilliol, y cynnyrch triazole yn unig, ac roedd cyflwyno'r deunydd cychwyn yn ei gwneud hi'n bosibl nodi'r brigau cyfatebol.
Dadansoddwyd yr holl samplau gan ddefnyddio Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Paratowyd yr holl safonau graddnodi gan ddefnyddio datrysiad safonol Cu 1000 ppm mewn asid nitrig 2% (SPEX Certi Prep).Paratowyd yr holl safonau mewn datrysiad o 5% DMF a 2% HNO3, a gwanhawyd pob sampl 20 gwaith gyda hydoddiant sampl o DMF-HNO3.
Mae UAM yn defnyddio weldio metel ultrasonic fel dull o uno'r ffoil metel a ddefnyddir i greu'r cynulliad terfynol.Mae weldio metel uwchsonig yn defnyddio offeryn metel dirgrynol (a elwir yn gorn neu gorn ultrasonic) i roi pwysau ar y ffoil / haen a oedd wedi'i gyfuno'n flaenorol i'w bondio / ei gyfuno'n flaenorol trwy ddirgrynu'r deunydd.Ar gyfer gweithrediad parhaus, mae gan y sonotrode siâp silindrog a rholiau dros wyneb y deunydd, gan gludo'r ardal gyfan.Pan roddir pwysau a dirgryniad, gall yr ocsidau ar wyneb y deunydd gracio.Gall gwasgedd a dirgryniad cyson arwain at ddinistrio garwedd y deunydd 36 .Mae cysylltiad agos â gwres a gwasgedd lleol wedyn yn arwain at fond cyfnod solet ar y rhyngwynebau deunydd;gall hefyd hyrwyddo cydlyniant trwy newid yr egni arwyneb48.Mae natur y mecanwaith bondio yn goresgyn llawer o'r problemau sy'n gysylltiedig â'r tymheredd toddi amrywiol a'r effeithiau tymheredd uchel a grybwyllir mewn technolegau gweithgynhyrchu ychwanegion eraill.Mae hyn yn caniatáu cysylltiad uniongyrchol (hy heb addasu arwyneb, llenwyr neu gludyddion) sawl haen o ddeunyddiau gwahanol i mewn i un strwythur cyfunol.
Yr ail ffactor ffafriol ar gyfer CAM yw'r lefel uchel o lif plastig a welir mewn deunyddiau metelaidd hyd yn oed ar dymheredd isel, hy ymhell islaw pwynt toddi deunyddiau metelaidd.Mae'r cyfuniad o ddirgryniadau a phwysau ultrasonic yn achosi lefel uchel o ymfudiad ffiniau grawn lleol ac ail-grisialu heb y cynnydd tymheredd sylweddol sy'n gysylltiedig yn draddodiadol â deunyddiau swmp.Yn ystod creu'r cynulliad terfynol, gellir defnyddio'r ffenomen hon i ymgorffori cydrannau gweithredol a goddefol rhwng haenau o ffoil metel, haen wrth haen.Mae elfennau megis ffibr optegol 49, atgyfnerthiad 46, electroneg 50 a thermocyplau (y gwaith hwn) wedi'u hintegreiddio'n llwyddiannus i strwythurau UAM i greu cynulliadau cyfansawdd gweithredol a goddefol.
Yn y gwaith hwn, defnyddiwyd galluoedd rhwymo deunyddiau gwahanol a galluoedd rhyngosod UAM i greu micro-adweithydd delfrydol ar gyfer rheoli tymheredd catalytig.
O'i gymharu â palladium (Pd) a catalyddion metel eraill a ddefnyddir yn gyffredin, mae gan catalysis Cu sawl mantais: (i) Yn economaidd, mae Cu yn rhatach na llawer o fetelau eraill a ddefnyddir mewn catalysis ac felly mae'n opsiwn deniadol i'r diwydiant cemegol (ii) mae'r ystod o adweithiau trawsgyplu Cu-catalyzed yn ehangu ac mae'n ymddangos ei fod braidd yn gyflenwol i Pd51, 53 Absenoldeb yn seiliedig ar ddulliau gwaith Cu-catalyzed yn dda i'r gwaith Pd51, 2 catalyz. o ligandau eraill.Mae'r ligandau hyn yn aml yn strwythurol syml ac yn rhad.os dymunir, tra bod y rhai a ddefnyddir mewn cemeg Pd yn aml yn gymhleth, yn ddrud, ac yn sensitif i aer (iv) Cu, sy'n arbennig o adnabyddus am ei allu i fondio alcynau mewn synthesis, megis cyplu catalyzed bimetallic Sonogashira a cycloaddition ag azidau (cliciwch cemeg) (v) Gall Cu hefyd hyrwyddo arylation rhai adweithiau niwcleoffilaidd yn Ull.
Yn ddiweddar, dangoswyd enghreifftiau o heterogeneiddio'r holl adweithiau hyn ym mhresenoldeb Cu(0).Mae hyn yn bennaf oherwydd y diwydiant fferyllol a'r ffocws cynyddol ar adfer ac ailddefnyddio catalyddion metel55,56.
Ystyrir bod yr adwaith cycloaddition 1,3-dipolar rhwng asetylen ac azid i 1,2,3-triazole, a gynigiwyd gyntaf gan Huisgen yn y 1960au57, yn adwaith arddangos synergaidd.Mae'r 1,2,3 o ddarnau triazole sy'n deillio o hyn o ddiddordeb arbennig fel ffarmacoffor wrth ddarganfod cyffuriau oherwydd eu cymwysiadau biolegol a'u defnydd mewn amrywiol gyfryngau therapiwtig 58 .
Cafodd yr ymateb hwn sylw o’r newydd pan gyflwynodd Sharpless ac eraill y cysyniad o “gemeg clic”59.Defnyddir y term “cemeg clic” i ddisgrifio set gadarn a dethol o adweithiau ar gyfer synthesis cyflym o gyfansoddion newydd a llyfrgelloedd cyfun gan ddefnyddio bondio heteroatomig (CXC)60.Mae apêl synthetig yr adweithiau hyn oherwydd y cynnyrch uchel sy'n gysylltiedig â nhw.amodau yn syml, ymwrthedd i ocsigen a dŵr, a gwahanu cynnyrch yn syml61.
Nid yw’r cycloaddition Huisgen 1,3-deupol clasurol yn perthyn i’r categori “cemeg clic”.Fodd bynnag, dangosodd Medal a Sharpless fod y digwyddiad cyplu azide-alkyne hwn yn mynd trwy 107-108 ym mhresenoldeb Cu(I) o'i gymharu â chyflymiad sylweddol yng nghyfradd cycloaddition 1,3-deubegynol ancatalytig 62,63.Nid yw'r mecanwaith adwaith datblygedig hwn yn gofyn am amddiffyn grwpiau neu amodau adwaith llym ac mae'n darparu trosi a detholusrwydd bron yn gyflawn i 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (gwrth-1,2,3-triazoles) dros amser (Ffig. 3).
Canlyniadau isometrig o cycloadditions Huisgen confensiynol a chopr-catalyzed.Mae cycloadditions Huisgen wedi'u cataleiddio â Cu(I) yn rhoi dim ond 1,4-dadnewyddedig 1,2,3-triazoles, tra bod cycloadidion Huisgen a achosir yn thermol fel arfer yn rhoi 1,4- a 1,5-triazoles cymysgedd 1:1 o stereoisomers azole.
Mae'r rhan fwyaf o brotocolau'n ymwneud â lleihau ffynonellau sefydlog o Cu(II), megis lleihau CuSO4 neu'r cyfansawdd Cu(II)/Cu(0) mewn cyfuniad â halwynau sodiwm.O'i gymharu ag adweithiau catalyzed metel eraill, mae gan y defnydd o Cu(I) y prif fanteision o fod yn rhad ac yn hawdd ei drin.
Astudiaethau cinetig ac isotopig gan Worrell et al.Mae 65 wedi dangos, yn achos alcynau terfynol, bod dau gyfwerth o gopr yn rhan o actifadu adweithedd pob moleciwl mewn perthynas ag asid.Mae'r mecanwaith arfaethedig yn mynd rhagddo trwy fodrwy fetel copr chwe-aelod a ffurfiwyd trwy gydlynu azide i asetylid copr wedi'i fondio â σ â chopr wedi'i fondio â π fel ligand rhoddwr sefydlog.Mae deilliadau triazolyl copr yn cael eu ffurfio o ganlyniad i gyfangiad cylch ac yna dadelfennu proton i ffurfio cynhyrchion triazole a chau'r cylch catalytig.
Er bod manteision dyfeisiau cemeg llif wedi'u dogfennu'n dda, bu awydd i integreiddio offer dadansoddol i'r systemau hyn ar gyfer monitro prosesau amser real yn y fan a'r lle66,67.Mae UAM wedi profi i fod yn ddull addas ar gyfer dylunio a gweithgynhyrchu adweithyddion llif 3D cymhleth iawn o ddeunyddiau dargludol thermol sy'n gatalytig ac sydd ag elfennau synhwyro wedi'u mewnosod yn uniongyrchol (Ffig. 4).
Adweithydd llif alwminiwm-copr a weithgynhyrchir gan weithgynhyrchu ychwanegyn ultrasonic (UAM) gyda strwythur sianel fewnol gymhleth, thermocyplau adeiledig a siambr adwaith catalytig.I ddelweddu'r llwybrau hylif mewnol, dangosir hefyd brototeip tryloyw wedi'i wneud gan ddefnyddio stereolithograffeg.
Er mwyn sicrhau bod adweithyddion yn cael eu gwneud ar gyfer adweithiau organig yn y dyfodol, rhaid i doddyddion gael eu gwresogi'n ddiogel uwchben eu berwbwynt;maent yn cael eu profi o ran pwysau a thymheredd.Dangosodd y profion pwysau fod y system yn cynnal pwysau sefydlog a chyson hyd yn oed ar bwysau uchel yn y system (1.7 MPa).Cynhaliwyd profion hydrostatig ar dymheredd ystafell gan ddefnyddio H2O fel yr hylif.
Roedd cysylltu'r thermocwl adeiledig (Ffigur 1) â'r cofnodwr data tymheredd yn dangos bod tymheredd y thermocwl 6 °C (± 1 °C) yn is na'r tymheredd a raglennwyd yn y system FlowSyn.Yn nodweddiadol, mae cynnydd o 10°C mewn tymheredd yn dyblu cyfradd yr adwaith, felly gall gwahaniaeth tymheredd o ychydig raddau newid y gyfradd adwaith yn sylweddol.Mae'r gwahaniaeth hwn oherwydd y golled tymheredd ledled yr RPV oherwydd trylededd thermol uchel y deunyddiau a ddefnyddir yn y broses weithgynhyrchu.Mae'r drifft thermol hwn yn gyson ac felly gellir ei ystyried wrth osod yr offer i sicrhau bod tymereddau cywir yn cael eu cyrraedd a'u mesur yn ystod yr adwaith.Felly, mae'r offeryn monitro ar-lein hwn yn hwyluso rheolaeth dynn ar dymheredd yr adwaith ac yn cyfrannu at optimeiddio prosesau mwy manwl gywir a datblygu'r amodau gorau posibl.Gellir defnyddio'r synwyryddion hyn hefyd i ganfod adweithiau ecsothermig ac atal adweithiau rhedeg i ffwrdd mewn systemau ar raddfa fawr.
Yr adweithydd a gyflwynir yn y papur hwn yw'r enghraifft gyntaf o gymhwyso technoleg UAM i saernïo adweithyddion cemegol ac mae'n mynd i'r afael â nifer o gyfyngiadau mawr sy'n gysylltiedig ar hyn o bryd ag argraffu AM/3D o'r dyfeisiau hyn, megis: (i) Goresgyn y problemau a nodwyd sy'n gysylltiedig â phrosesu copr neu aloi alwminiwm (ii) gwell datrysiad sianel fewnol o'i gymharu â dulliau toddi gwely powdr (PBF) megis toddi laser dethol (SLM) sy'n hwyluso llif prosesu uniongyrchol (69 Po)26 a gwead arwyneb is (SLM)25. ing synwyryddion, nad yw'n bosibl mewn technoleg gwely powdr, (v) goresgyn priodweddau mecanyddol gwael a sensitifrwydd cydrannau sy'n seiliedig ar bolymerau i amrywiol doddyddion organig cyffredin17,19.
Dangoswyd ymarferoldeb yr adweithydd gan gyfres o adweithiau cycloaddition alkinazide copr-catalyzed o dan amodau llif parhaus (Ffig. 2).Yr adweithydd copr printiedig ultrasonic a ddangosir yn ffig.Roedd 4 wedi'i integreiddio â system llif masnachol a'i ddefnyddio i syntheseiddio llyfrgell azide o wahanol 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles gan ddefnyddio adwaith a reolir gan dymheredd o halidau grŵp asetylen ac alcyl ym mhresenoldeb sodiwm clorid (Ffig. 3).Mae'r defnydd o'r dull llif parhaus yn lleihau'r materion diogelwch a all godi mewn prosesau swp, gan fod yr adwaith hwn yn cynhyrchu canolradd azid adweithiol a pheryglus iawn [317], [318].I ddechrau, optimeiddiwyd yr adwaith ar gyfer cycloaddition ffenylacetylene ac iodoethane (Cynllun 1 – Cyclodition o ffenylacetylene ac iodoethane) (gweler Ffig. 5).
(Chwith uchaf) Sgematig o'r gosodiad a ddefnyddir i ymgorffori adweithydd 3DP mewn system llif (dde uchaf) a gafwyd o gynllun optimeiddio (isaf) cynllun cycloaddition Huisgen 57 rhwng ffenylacetylene ac iodoethane ar gyfer optimeiddio a dangos paramedrau cyfradd trosi optimaidd yr adwaith.
Trwy reoli amser preswylio'r adweithyddion yn adran catalytig yr adweithydd a monitro tymheredd yr adwaith yn ofalus gyda synhwyrydd thermocwl integredig, gellir optimeiddio amodau adwaith yn gyflym ac yn gywir gydag isafswm o amser a deunyddiau.Canfuwyd yn gyflym bod y trawsnewidiad uchaf wedi'i gyflawni gan ddefnyddio amser preswylio o 15 munud a thymheredd adwaith o 150°C.Gellir gweld o blot cyfernod meddalwedd MODDE bod yr amser preswylio a'r tymheredd adwaith yn cael eu hystyried yn amodau pwysig y model.Mae rhedeg y optimizer adeiledig gan ddefnyddio'r amodau dethol hyn yn creu set o amodau adwaith sydd wedi'u cynllunio i wneud y mwyaf o ardaloedd brig cynnyrch tra'n lleihau ardaloedd brig deunydd cychwyn.Arweiniodd yr optimeiddio hwn at drosi 53% o'r cynnyrch triazole, a oedd yn cyfateb yn union i ragfynegiad y model o 54%.