Asante kwa kutembelea Nature.com.Toleo la kivinjari unachotumia lina uwezo mdogo wa kutumia CSS.Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer).Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutatoa tovuti bila mitindo na JavaScript.
Jukwaa linaloonyesha slaidi tatu kwa wakati mmoja.Tumia vitufe vilivyotangulia na Vifuatavyo ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja, au tumia vitufe vya kutelezesha vilivyo mwishoni ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja.
Utengenezaji wa ziada unabadilisha jinsi watafiti na wanaviwanda wanavyobuni na kutengeneza vifaa vya kemikali ili kukidhi mahitaji yao mahususi.Katika karatasi hii, tunaripoti mfano wa kwanza wa kinu cha mtiririko kilichoundwa na utengenezaji wa viongezeo vya ultrasonic (UAM) lamination ya karatasi imara ya chuma yenye sehemu za kichocheo zilizounganishwa moja kwa moja na vipengele vya kuhisi.Teknolojia ya UAM sio tu inashinda vikwazo vingi vinavyohusishwa na utengenezaji wa viongeza vya kemikali, lakini pia huongeza sana uwezo wa vifaa hivyo.Idadi kadhaa ya misombo 1,4-iliyobadilishwa 1,2,3-triazole muhimu kibiolojia imeunganishwa kwa ufanisi na kuboreshwa na majibu ya cycloaddition ya Cu-mediated 1,3-dipolar Huisgen kwa kutumia kituo cha kemia cha UAM.Kwa kutumia sifa za kipekee za UAM na usindikaji endelevu wa mtiririko, kifaa kinaweza kuchochea maitikio yanayoendelea na pia kutoa maoni ya wakati halisi ili kufuatilia na kuboresha miitikio.
Kwa sababu ya faida zake muhimu zaidi ya mwenzake wa wingi, kemia ya mtiririko ni uwanja muhimu na unaokua katika mazingira ya kitaaluma na ya kiviwanda kutokana na uwezo wake wa kuongeza uteuzi na ufanisi wa usanisi wa kemikali.Hii inaenea kutoka kwa uundaji wa molekuli za kikaboni rahisi1 hadi misombo ya dawa2,3 na bidhaa za asili4,5,6.Zaidi ya 50% ya athari katika tasnia nzuri ya kemikali na dawa inaweza kufaidika kutokana na mtiririko unaoendelea7.
Katika miaka ya hivi majuzi, kumekuwa na mwelekeo unaokua wa vikundi vinavyotaka kuchukua nafasi ya vyombo vya kioo vya jadi au vifaa vya kemia vya mtiririko na "reactor" za kemikali zinazoweza kubadilika8.Muundo unaorudiwa, utengenezaji wa haraka na uwezo wa pande tatu (3D) wa mbinu hizi ni muhimu kwa wale wanaotaka kubinafsisha vifaa vyao kwa seti fulani ya maitikio, vifaa au hali.Kufikia sasa, kazi hii imelenga zaidi utumiaji wa mbinu za uchapishaji za 3D zenye msingi wa polima kama vile stereolithography (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 na inkjet printing7,15., 16. Ukosefu wa kutegemewa na uwezo wa vifaa hivyo kufanya aina mbalimbali za athari/uchanganuzi wa kemikali17, 18, 19, 20 ni kikwazo kikuu cha utumiaji mpana wa AM katika uwanja huu17, 18, 19, 20.
Kwa sababu ya kuongezeka kwa matumizi ya kemia ya mtiririko na sifa zinazofaa zinazohusiana na AM, mbinu bora zaidi zinahitaji kuchunguzwa ambazo zitawaruhusu watumiaji kuunda vyombo vya athari ya mtiririko kwa uwezo ulioboreshwa wa kemia na uchanganuzi.Mbinu hizi zinapaswa kuwaruhusu watumiaji kuchagua kutoka kwa anuwai ya nguvu ya juu au nyenzo za utendaji zinazoweza kufanya kazi chini ya anuwai ya hali ya athari, na pia kuwezesha aina mbalimbali za matokeo ya uchanganuzi kutoka kwa kifaa ili kuwezesha ufuatiliaji na udhibiti wa majibu.
Mchakato mmoja wa utengenezaji wa nyongeza ambao unaweza kutumika kutengeneza viyeyusho maalum vya kemikali ni Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM).Mbinu hii ya kuanika karatasi ya hali dhabiti hutumika mitetemo ya ultrasonic kwenye foili nyembamba za chuma ili kuziunganisha pamoja safu kwa safu na inapokanzwa kwa ujazo mdogo na kiwango cha juu cha mtiririko wa plastiki 21, 22, 23. Tofauti na teknolojia nyingine nyingi za AM, UAM inaweza kuunganishwa moja kwa moja na uzalishaji wa kupunguza, unaojulikana kama mchakato wa utengenezaji wa mseto, ambapo mara kwa mara katika-situ, usindikaji wa ndani-situ huamua udhibiti wa net2 wa safu ya kusaga ya CNC (CNC) huamua udhibiti wa nambari ya net2, umbo la CNC. 25. Hii ina maana kwamba mtumiaji sio mdogo kwa matatizo yanayohusiana na kuondolewa kwa mabaki ya vifaa vya ujenzi vya awali kutoka kwa njia ndogo za kioevu, ambayo mara nyingi hutokea katika mifumo ya poda na kioevu AM26,27,28.Uhuru huu wa kubuni pia unaenea kwa uchaguzi wa vifaa vinavyopatikana - UAM inaweza kuunganisha mchanganyiko wa vifaa vinavyofanana na joto na visivyofanana katika hatua moja ya mchakato.Uchaguzi wa mchanganyiko wa nyenzo zaidi ya mchakato wa kuyeyuka inamaanisha kuwa mahitaji ya mitambo na kemikali ya programu mahususi yanaweza kutimizwa vyema.Mbali na kuunganisha imara, jambo lingine linalotokea kwa kuunganisha kwa ultrasonic ni unyevu wa juu wa nyenzo za plastiki kwa viwango vya chini vya joto29,30,31,32,33.Kipengele hiki cha pekee cha UAM kinaruhusu vipengele vya mitambo / joto kuwekwa kati ya tabaka za chuma bila uharibifu.Vihisi vya UAM vilivyopachikwa vinaweza kuwezesha uwasilishaji wa taarifa za wakati halisi kutoka kwa kifaa hadi kwa mtumiaji kupitia uchanganuzi jumuishi.
Kazi ya awali ya waandishi32 ilionyesha uwezo wa mchakato wa UAM wa kuunda miundo ya metali ya 3D ya microfluidic yenye uwezo wa kuhisi uliopachikwa.Kifaa hiki ni kwa madhumuni ya ufuatiliaji tu.Makala haya yanawasilisha mfano wa kwanza wa kinusi cha kemikali cha microfluidic kilichotengenezwa na UAM, kifaa amilifu ambacho sio tu kinadhibiti bali pia huchochea usanisi wa kemikali kwa nyenzo za kichocheo zilizounganishwa kimuundo.Kifaa hiki kinachanganya faida kadhaa zinazohusiana na teknolojia ya UAM katika utengenezaji wa vifaa vya kemikali vya 3D, kama vile: uwezo wa kubadilisha muundo kamili wa 3D moja kwa moja kutoka kwa muundo unaosaidiwa na kompyuta (CAD) hadi bidhaa;uundaji wa nyenzo nyingi kwa mchanganyiko wa conductivity ya juu ya mafuta na vifaa vya kichocheo, pamoja na vitambuzi vya joto vilivyopachikwa moja kwa moja kati ya vijito vinavyoathiriwa kwa udhibiti sahihi na udhibiti wa joto la athari.Ili kuonyesha utendakazi wa kinu, maktaba ya misombo muhimu ya dawa 1,4-iliyobadilishwa 1,2,3-triazole iliundwa na cycloaddition ya shaba-catalyzed 1,3-dipolar Huisgen.Kazi hii inaangazia jinsi matumizi ya sayansi ya nyenzo na muundo unaosaidiwa na kompyuta unavyoweza kufungua uwezekano na fursa mpya za kemia kupitia utafiti wa taaluma mbalimbali.
Vimumunyisho vyote na vitendanishi vilinunuliwa kutoka Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, au Fischer Scientific na kutumika bila utakaso wa awali.Mwonekano wa 1H na 13C wa NMR uliorekodiwa kwa 400 na 100 MHz, mtawalia, ulipatikana kwenye spectrometer ya JEOL ECS-400 400 MHz au spectrometa ya Bruker Avance II 400 MHz yenye CDCl3 au (CD3)2SO kama kutengenezea.Majibu yote yalitekelezwa kwa kutumia jukwaa la kemia ya mtiririko wa Uniqsis FlowSyn.
UAM ilitumika kutengeneza vifaa vyote katika utafiti huu.Teknolojia hiyo ilivumbuliwa mwaka wa 1999 na maelezo yake ya kiufundi, vigezo vya uendeshaji na maendeleo tangu uvumbuzi wake unaweza kuchunguzwa kwa kutumia nyenzo zifuatazo zilizochapishwa34,35,36,37.Kifaa (Kielelezo 1) kilitekelezwa kwa kutumia mfumo mzito wa 9 kW SonicLayer 4000® UAM (Fabrisonic, Ohio, USA).Nyenzo zilizochaguliwa kwa kifaa cha mtiririko ni Cu-110 na Al 6061. Cu-110 ina kiwango cha juu cha shaba (kiwango cha chini cha 99.9% ya shaba), na kuifanya pendekezo nzuri kwa athari za vichocheo vya shaba na kwa hivyo hutumiwa kama "safu amilifu ndani ya kisanduku kidogo.Al 6061 O inatumika kama nyenzo "wingi"., pamoja na safu ya kuingiliana inayotumiwa kwa uchambuzi;mwingiliano wa vipengele vya aloi msaidizi na hali ya annealed pamoja na safu ya Cu-110.imegundulika kuwa thabiti kemikali pamoja na vitendanishi vinavyotumika katika kazi hii.Al 6061 O pamoja na Cu-110 pia inachukuliwa kuwa mchanganyiko wa nyenzo unaolingana kwa UAM na kwa hivyo ni nyenzo inayofaa kwa utafiti huu38,42.Vifaa hivi vimeorodheshwa katika Jedwali 1 hapa chini.
Hatua za kutengeneza Reactor (1) 6061 aloi ya alumini substrate (2) Utengenezaji wa chaneli ya chini kutoka kwa foil ya shaba (3) Uingizaji wa thermocouples kati ya tabaka (4) Njia ya juu (5) Kiingilio na plagi (6) Kiyeyea Monolithic.
Falsafa ya muundo wa njia ya majimaji ni kutumia njia potovu ili kuongeza umbali unaosafirishwa na umajimaji ndani ya chip huku ukidumisha saizi ya chipu inayoweza kudhibitiwa.Ongezeko hili la umbali linafaa ili kuongeza muda wa mawasiliano wa kichocheo na kutoa mazao bora ya bidhaa.Chipu hutumia mikunjo ya 90° kwenye ncha za njia iliyonyooka ili kushawishi mchanganyiko wenye misukosuko ndani ya kifaa44 na kuongeza muda wa mguso wa kioevu na uso (kichocheo).Ili kuongeza zaidi kuchanganya ambayo inaweza kupatikana, muundo wa reactor ni pamoja na viingilio viwili vya reactant pamoja katika uunganisho wa Y kabla ya kuingia sehemu ya coil ya kuchanganya.Lango la tatu, ambalo huvuka mtiririko katikati ya makazi yake, limejumuishwa katika mpango wa athari za siku zijazo za usanisi wa hatua nyingi.
Vituo vyote vina wasifu wa mraba (hakuna pembe za taper), ambayo ni matokeo ya milling ya mara kwa mara ya CNC inayotumiwa kuunda jiometri ya chaneli.Vipimo vya chaneli huchaguliwa ili kutoa mavuno ya juu (kwa kiboreshaji kidogo) cha ujazo, lakini kidogo cha kutosha kuwezesha mwingiliano na uso (vichocheo) kwa vimiminika vingi vilivyomo.Ukubwa unaofaa unatokana na uzoefu wa waandishi wa zamani wa vifaa vya majibu ya chuma-kioevu.Vipimo vya ndani vya chaneli ya mwisho vilikuwa 750 µm x 750 µm na jumla ya ujazo wa reactor ilikuwa 1 ml.Kiunganishi kilichojengewa ndani (1/4″-28 UNF thread) kimejumuishwa katika muundo ili kuruhusu muunganisho rahisi wa kifaa na vifaa vya kemia vya mtiririko wa kibiashara.Ukubwa wa kituo ni mdogo na unene wa nyenzo za foil, sifa zake za mitambo, na vigezo vya kuunganisha vinavyotumiwa na ultrasonics.Kwa upana fulani kwa nyenzo zilizopewa, nyenzo "itaingia" kwenye chaneli iliyoundwa.Kwa sasa hakuna muundo maalum wa hesabu hii, kwa hivyo upana wa juu zaidi wa chaneli kwa nyenzo na muundo fulani hubainishwa kwa majaribio, ambapo upana wa 750 µm hautasababisha kushuka.
Sura (mraba) ya chaneli imedhamiriwa kwa kutumia mkataji wa mraba.Sura na ukubwa wa njia zinaweza kubadilishwa kwenye mashine za CNC kwa kutumia zana tofauti za kukata ili kupata viwango na sifa tofauti za mtiririko.Mfano wa kuunda kituo kilichojipinda kwa zana ya 125 µm unaweza kupatikana Monaghan45.Wakati safu ya foil inatumiwa gorofa, matumizi ya nyenzo za foil kwenye njia zitakuwa na uso wa gorofa (mraba).Katika kazi hii, contour ya mraba ilitumiwa kuhifadhi ulinganifu wa chaneli.
Wakati wa pause iliyopangwa katika uzalishaji, sensorer ya joto ya thermocouple (aina K) hujengwa moja kwa moja kwenye kifaa kati ya makundi ya juu na ya chini ya channel (Mchoro 1 - hatua ya 3).Thermocouples hizi zinaweza kudhibiti mabadiliko ya joto kutoka -200 hadi 1350 °C.
Mchakato wa utuaji wa chuma unafanywa na pembe ya UAM kwa kutumia karatasi ya chuma yenye upana wa 25.4 mm na unene wa mikroni 150.Tabaka hizi za foil zimeunganishwa katika mfululizo wa vipande vilivyo karibu ili kufunika eneo lote la kujenga;saizi ya nyenzo iliyowekwa ni kubwa kuliko bidhaa ya mwisho kwani mchakato wa kutoa hutengeneza umbo safi la mwisho.Uchimbaji wa CNC hutumiwa kutengeneza mtaro wa nje na wa ndani wa kifaa, na kusababisha kumaliza kwa uso wa vifaa na chaneli zinazolingana na zana iliyochaguliwa na vigezo vya mchakato wa CNC (katika mfano huu, karibu 1.6 µm Ra).Mizunguko inayoendelea, inayoendelea ya unyunyiziaji na uchakataji wa nyenzo za usanifu hutumiwa katika mchakato wote wa utengenezaji wa kifaa ili kuhakikisha usahihi wa kipenyo unadumishwa na sehemu iliyokamilishwa inakidhi viwango vya usahihi vya kusaga vya CNC.Upana wa chaneli inayotumiwa kwa kifaa hiki ni ndogo ya kutosha ili kuhakikisha kuwa nyenzo za foil "hazipunguki" kwenye chaneli ya maji, kwa hivyo chaneli ina sehemu ya msalaba ya mraba.Mapungufu yanayowezekana katika nyenzo za foil na vigezo vya mchakato wa UAM viliamuliwa kwa majaribio na mshirika wa utengenezaji (Fabrisonic LLC, USA).
Uchunguzi umeonyesha kuwa katika interface 46, 47 ya kiwanja cha UAM kuna uenezi mdogo wa vipengele bila matibabu ya ziada ya joto, hivyo kwa vifaa katika kazi hii safu ya Cu-110 inabaki tofauti na safu ya Al 6061 na inabadilika sana.
Sakinisha kidhibiti cha shinikizo la nyuma kilichosawazishwa awali (BPR) kwa psi 250 (1724 kPa) chini ya kiyeyeyusha na usukuma maji kupitia kinu kwa kasi ya 0.1 hadi 1 ml min-1.Shinikizo la reactor lilifuatiliwa kwa kutumia kibadilishaji shinikizo cha FlowSyn kilichojengwa ndani ya mfumo ili kuhakikisha kuwa mfumo unaweza kudumisha shinikizo thabiti kila wakati.Viingilio vya halijoto vinavyowezekana katika kinu cha mtiririko vilijaribiwa kwa kutafuta tofauti zozote kati ya thermocouples zilizojengwa ndani ya reactor na thermocouples zilizojengwa kwenye sahani ya kuongeza joto ya chip ya FlowSyn.Hili linaafikiwa kwa kubadilisha halijoto iliyoratibiwa ya hotplate kati ya 100 na 150 °C katika nyongeza ya 25 °C na kufuatilia tofauti zozote kati ya halijoto iliyoratibiwa na iliyorekodiwa.Hili lilifikiwa kwa kutumia kiweka kumbukumbu cha data cha tc-08 (PicoTech, Cambridge, Uingereza) na programu inayoandamana ya PicoLog.
Masharti ya mmenyuko wa cycloaddition ya phenylacetylene na iodoethane yanaboreshwa (Mpango wa 1-Cycloaddition ya phenylacetylene na iodoethane, Scheme 1-Cycloaddition of phenylacetylene na iodoethane).Uboreshaji huu ulifanywa kwa kutumia mbinu kamili ya muundo wa majaribio (DOE), kwa kutumia halijoto na muda wa makazi kama vigezo huku ikirekebisha uwiano wa alkyne:azide katika 1:2.
Miyeyusho tofauti ya azide ya sodiamu (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoethane (0.25 M, DMF), na phenylacetylene (0.125 M, DMF) ilitayarishwa.Aliquot ya 1.5 ml ya kila suluhisho ilichanganywa na kusukumwa kupitia reactor kwa kiwango cha mtiririko na joto linalohitajika.Majibu ya modeli hiyo yalichukuliwa kama uwiano wa eneo la kilele la bidhaa ya triazole kwa nyenzo ya kuanzia ya phenylacetylene na iliamuliwa kwa kutumia kromatografia ya kioevu ya utendaji wa juu (HPLC).Kwa uthabiti wa uchanganuzi, miitikio yote ilichukuliwa mara tu baada ya mchanganyiko wa majibu kuondoka kwenye kinu.Masafa ya vigezo yaliyochaguliwa kwa ajili ya uboreshaji yanaonyeshwa kwenye Jedwali la 2.
Sampuli zote zilichanganuliwa kwa kutumia mfumo wa Chromaster HPLC (VWR, PA, USA) unaojumuisha pampu ya quaternary, oveni ya safu wima, kigunduzi cha UV cha wimbi tofauti na sampuli otomatiki.Safu hii ilikuwa Sawa ya 5 C18 (VWR, PA, USA), 4.6 x 100 mm, ukubwa wa chembe 5 µm, ikidumishwa kwa 40°C.Kiyeyusho kilikuwa methanoli ya isocratic:maji 50:50 kwa kiwango cha mtiririko wa 1.5 ml·min-1.Kiasi cha sindano kilikuwa 5 μl na urefu wa detector ulikuwa 254 nm.Eneo la kilele la % la sampuli ya DOE lilikokotolewa kutoka maeneo ya kilele cha mabaki ya bidhaa za alkyne na triazole pekee.Kuanzishwa kwa nyenzo za kuanzia hufanya iwezekanavyo kutambua kilele kinachofanana.
Kuchanganya matokeo ya uchanganuzi wa kinu na programu ya MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Uswidi) iliruhusu uchanganuzi wa kina wa mienendo ya matokeo na uamuzi wa hali bora zaidi za athari kwa saikolodi hii.Kuendesha kiboreshaji kilichojengwa ndani na kuchagua masharti yote muhimu ya muundo huunda seti ya hali ya athari iliyoundwa ili kuongeza eneo la kilele cha bidhaa huku ikipunguza eneo la kilele la malisho ya asetilini.
Oxidation ya uso wa shaba katika chumba cha mmenyuko wa kichocheo ilipatikana kwa kutumia suluhisho la peroksidi ya hidrojeni (36%) inapita kupitia chumba cha majibu (kiwango cha mtiririko = 0.4 ml min-1, muda wa makazi = 2.5 min) kabla ya awali ya kila kiwanja cha triazole.maktaba.
Mara baada ya seti bora ya hali imedhamiriwa, zilitumika kwa anuwai ya asetilini na derivatives ya haloalkane ili kuruhusu mkusanyiko wa maktaba ndogo ya awali, na hivyo kuanzisha uwezekano wa kutumia masharti haya kwa anuwai pana ya vitendanishi vinavyowezekana (Mchoro 1).2).
Tayarisha miyeyusho tofauti ya azide ya sodiamu (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanes (0.25 M, DMF), na alkynes (0.125 M, DMF).Aliquots za 3 ml za kila myeyusho zilichanganywa na kusukumwa kupitia kinu kwa kasi ya 75 µl/min na joto la 150°C.Kiasi kizima kilikusanywa kwenye bakuli na kupunguzwa na 10 ml ya acetate ya ethyl.Suluhisho la sampuli limeosha na 3 x 10 ml ya maji.Tabaka za maji ziliunganishwa na kutolewa kwa acetate ya ethyl 10 ml, kisha tabaka za kikaboni ziliunganishwa, zimeosha na 3 × 10 ml brine, zikaushwa juu ya MgSO 4 na kuchujwa, kisha kutengenezea huondolewa kwenye utupu.Sampuli zilisafishwa kwa kromatografia ya safu wima ya gel kwa kutumia acetate ya ethyl kabla ya uchanganuzi kwa mchanganyiko wa HPLC, 1H NMR, 13C NMR na spectrometry ya juu ya azimio la juu (HR-MS).
Miwonekano yote ilipatikana kwa kutumia spectrometa ya molekuli ya Thermofischer Precision Orbitrap yenye ESI kama chanzo cha uionization.Sampuli zote zilitayarishwa kwa kutumia asetonitrile kama kiyeyusho.
Uchunguzi wa TLC ulifanyika kwenye sahani za silika na substrate ya alumini.Sahani hizo zilionyeshwa kwa mwanga wa UV (254 nm) au vanillin na joto.
Sampuli zote zilichambuliwa kwa kutumia mfumo wa VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) ulio na sampuli ya otomatiki, pampu ya binary yenye tanuri ya safu na kigunduzi kimoja cha urefu wa mawimbi.Safu ya ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland) ilitumika.
Sindano (5 µl) zilitengenezwa moja kwa moja kutoka kwa mchanganyiko wa mmenyuko ghafi ulioyeyushwa ( dilution 1:10) na kuchanganuliwa kwa maji: methanoli (50:50 au 70:30), isipokuwa kwa baadhi ya sampuli kwa kutumia mfumo wa kutengenezea 70:30 (unaoashiria nambari ya nyota ) kwa kasi ya 1.5 ml/min.Safu ilihifadhiwa kwa 40 ° C.Urefu wa wimbi la detector ni 254 nm.
Sehemu ya kilele cha % ya sampuli ilihesabiwa kutoka eneo la kilele la alkyne iliyobaki, bidhaa ya triazole pekee, na kuanzishwa kwa nyenzo za kuanzia kulifanya iwezekane kutambua vilele vinavyolingana.
Sampuli zote zilichanganuliwa kwa kutumia Thermo iCAP 6000 ICP-OES.Viwango vyote vya urekebishaji vilitayarishwa kwa kutumia suluhu ya kawaida ya 1000 ppm Cu katika 2% ya asidi ya nitriki (SPEX Certi Prep).Viwango vyote vilitayarishwa katika suluhisho la 5% DMF na 2% HNO3, na sampuli zote zilipunguzwa mara 20 na suluhisho la sampuli la DMF-HNO3.
UAM hutumia kulehemu kwa ultrasonic kama njia ya kuunganisha foil ya chuma inayotumiwa kuunda mkusanyiko wa mwisho.Uchomeleaji wa chuma wa ultrasonic hutumia zana ya chuma inayotetemeka (inayoitwa pembe au pembe ya ultrasonic) ili kuweka shinikizo kwenye safu / safu iliyounganishwa hapo awali ili kuunganishwa / kuunganishwa hapo awali kwa vibrating nyenzo.Kwa operesheni inayoendelea, sonotrode ina sura ya cylindrical na inazunguka juu ya uso wa nyenzo, kuunganisha eneo lote.Wakati shinikizo na vibration hutumiwa, oksidi kwenye uso wa nyenzo zinaweza kupasuka.Shinikizo la mara kwa mara na vibration inaweza kusababisha uharibifu wa ukali wa nyenzo 36 .Mgusano wa karibu na joto na shinikizo la ndani kisha husababisha dhamana ya awamu thabiti kwenye miingiliano ya nyenzo;inaweza pia kukuza mshikamano kwa kubadilisha nishati ya uso48.Asili ya utaratibu wa kuunganisha hushinda matatizo mengi yanayohusiana na mabadiliko ya halijoto ya kuyeyuka na athari za halijoto ya juu zilizotajwa katika teknolojia nyingine za utengenezaji wa nyongeza.Hii inaruhusu uunganisho wa moja kwa moja (yaani bila marekebisho ya uso, vichungi au adhesives) ya tabaka kadhaa za vifaa tofauti katika muundo mmoja ulioimarishwa.
Jambo la pili linalofaa kwa CAM ni kiwango cha juu cha mtiririko wa plastiki unaozingatiwa katika nyenzo za metali hata kwenye joto la chini, yaani chini ya kiwango cha kuyeyuka cha nyenzo za metali.Mchanganyiko wa mitetemo ya angani na shinikizo husababisha kiwango cha juu cha uhamaji wa mpaka wa nafaka wa ndani na kusasishwa bila ongezeko kubwa la joto ambalo kawaida huhusishwa na nyenzo nyingi.Wakati wa kuundwa kwa mkusanyiko wa mwisho, jambo hili linaweza kutumika kupachika vipengele vya kazi na vya passive kati ya tabaka za foil ya chuma, safu kwa safu.Vipengele kama vile nyuzi 49 za macho, uimarishaji 46, vifaa vya elektroniki 50 na thermocouples (kazi hii) vimeunganishwa kwa ufanisi katika miundo ya UAM ili kuunda mikusanyiko ya mchanganyiko inayofanya kazi na tulivu.
Katika kazi hii, uwezo tofauti wa kuunganisha nyenzo na uwezo wa mwingiliano wa UAM ulitumiwa kuunda kiboreshaji kidogo cha udhibiti wa joto la kichocheo.
Ikilinganishwa na paladiamu (Pd) na vichocheo vingine vya chuma vinavyotumiwa kawaida, kichocheo cha Cu kina faida kadhaa: (i) Kiuchumi, Cu ni ya bei nafuu kuliko metali nyingine nyingi zinazotumiwa katika kichocheo na kwa hiyo ni chaguo la kuvutia kwa tasnia ya kemikali (ii) aina mbalimbali za miitikio ya kuunganisha mtambuka ya Cu-catalyzed inapanuka na inaonekana kuwa na mbinu ya Pd2,5caary 5,51 - kulingana na Pd2,51,51 athari za talyzed hufanya kazi vizuri kwa kukosekana kwa ligandi zingine.Mishipa hii mara nyingi ni rahisi kimuundo na haina bei ghali.ikihitajika, ilhali zile zinazotumiwa katika kemia ya Pd mara nyingi huwa changamano, ni ghali, na ni nyeti kwa hewa (iv) Cu, inayojulikana hasa kwa uwezo wake wa kuunganisha alkynes katika usanisi, kama vile uunganishaji wa kichocheo cha bimetalli ya Sonogashira na uongezaji wa saiklodi na azides (bofya kemia) (v) Cu pia inaweza kukuza uchanganuzi wa baadhi ya mmenyuko wa aina ya nukleomann.
Hivi karibuni, mifano ya heterogenization ya athari hizi zote mbele ya Cu(0) imeonyeshwa.Hii ni kwa kiasi kikubwa kutokana na sekta ya dawa na mwelekeo unaokua wa kurejesha na kutumia tena vichocheo vya chuma55,56.
Mwitikio wa cycloaddition wa 1,3-dipolar kati ya asetilini na azide hadi 1,2,3-triazole, iliyopendekezwa kwanza na Huisgen katika miaka ya 1960s57, inachukuliwa kuwa majibu ya maonyesho ya synergistic.Vipande vya triazole 1,2,3 vinavyotokana vinapendezwa hasa kama kifamasia katika ugunduzi wa dawa kutokana na matumizi yake ya kibiolojia na matumizi katika mawakala mbalimbali wa matibabu 58 .
Mwitikio huu ulipata uangalizi upya wakati Sharpless na wengine walianzisha dhana ya "bofya kemia"59.Neno "bofya kemia" hutumika kuelezea miitikio thabiti na teule kwa usanisi wa haraka wa misombo mipya na maktaba za kuunganisha kwa kutumia uunganishaji wa heteroatomic (CXC)60.Rufaa ya synthetic ya athari hizi ni kwa sababu ya mavuno mengi yanayohusiana nao.hali ni rahisi, upinzani dhidi ya oksijeni na maji, na kutenganisha bidhaa ni rahisi61.
Kipengele cha cycloaddition cha 1,3-dipole Huisgen hakianguki katika kitengo cha "bofya kemia".Hata hivyo, Medali na Sharpless zilionyesha kuwa tukio hili la kuunganisha azide-alkyne linapitia 107-108 mbele ya Cu(I) ikilinganishwa na kasi kubwa ya kasi ya cycloaddition 1,3-dipolar 62,63 isiyo ya kichocheo.Utaratibu huu wa juu wa mmenyuko hauhitaji kulinda vikundi au hali mbaya ya mmenyuko na hutoa karibu uongofu kamili na kuchagua kwa 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazoles) baada ya muda (Mchoro 3).
Matokeo ya Kiisometriki ya cycloadditions ya kawaida na ya shaba ya Huisgen.Viongezeo vya Cu(I) vilivyochochewa vya Huisgen hutoa 1,4-triazole 1,2,3-triazole tu zisizobadilishwa, wakati saiklodi za Huisgen zinazochochewa na joto kwa kawaida huwapa 1,4- na 1,5-triazole mchanganyiko wa 1:1 wa stereoisomeri za azole.
Itifaki nyingi zinahusisha kupunguzwa kwa vyanzo thabiti vya Cu(II), kama vile kupunguzwa kwa CuSO4 au kiwanja cha Cu(II)/Cu(0) pamoja na chumvi za sodiamu.Ikilinganishwa na athari zingine za kichocheo za chuma, matumizi ya Cu(I) yana faida kuu za kuwa ghali na rahisi kushughulikia.
Masomo ya kinetic na isotopic na Worrell et al.65 zimeonyesha kuwa katika kesi ya alkynes terminal, sawa mbili za shaba zinahusika katika kuwezesha utendakazi wa kila molekuli kwa heshima na azide.Utaratibu unaopendekezwa unaendelea kupitia pete ya chuma ya shaba yenye wanachama sita inayoundwa na uratibu wa azide hadi asetilidi ya shaba iliyounganishwa na σ na shaba iliyounganishwa π kama ligand ya wafadhili thabiti.Derivatives ya triazoli ya shaba huundwa kama matokeo ya kusinyaa kwa pete na kufuatiwa na mtengano wa protoni kuunda bidhaa za triazole na kufunga mzunguko wa kichocheo.
Ingawa manufaa ya vifaa vya kemia ya mtiririko yameandikwa vyema, kumekuwa na hamu ya kuunganisha zana za uchambuzi katika mifumo hii kwa ufuatiliaji wa mchakato wa wakati halisi katika situ66,67.UAM imethibitisha kuwa njia inayofaa kwa ajili ya kubuni na kutengeneza vinu vya 3D changamani kutoka kwa nyenzo amilifu, zinazopitisha joto zenye vipengele vya kuhisi vilivyopachikwa moja kwa moja (Mchoro 4).
Kiyeyeyusha cha mtiririko wa alumini na shaba kilichotengenezwa na utengenezaji wa viongeza vya ultrasonic (UAM) chenye muundo changamano wa ndani wa chaneli, vidhibiti vya halijoto vilivyojengewa ndani na chemba ya athari ya kichocheo.Ili kuibua njia za maji ya ndani, mfano wa uwazi unaotengenezwa kwa kutumia sterolithography pia huonyeshwa.
Ili kuhakikisha kwamba viyeyusho vinatengenezwa kwa athari za kikaboni za siku zijazo, vimumunyisho lazima viwe na joto kwa usalama juu ya kiwango chao cha kuchemsha;wao ni shinikizo na joto kupimwa.Upimaji wa shinikizo ulionyesha kuwa mfumo unaendelea shinikizo thabiti na la mara kwa mara hata kwa shinikizo la juu katika mfumo (1.7 MPa).Vipimo vya Hydrostatic vilifanywa kwa joto la kawaida kwa kutumia H2O kama kioevu.
Kuunganisha thermocouple iliyojengewa ndani (Kielelezo 1) kwenye kirekodi data cha halijoto ilionyesha kuwa halijoto ya thermocouple ilikuwa 6 °C (± 1 °C) chini ya halijoto iliyopangwa katika mfumo wa FlowSyn.Kwa kawaida, ongezeko la 10°C katika halijoto huongeza kasi ya majibu maradufu, kwa hivyo tofauti ya halijoto ya digrii chache tu inaweza kubadilisha kasi ya majibu kwa kiasi kikubwa.Tofauti hii inatokana na upotevu wa halijoto kote kwenye RPV kutokana na utofauti wa juu wa mafuta ya nyenzo zinazotumika katika mchakato wa utengenezaji.Utelezi huu wa joto haubadilika na kwa hivyo unaweza kuzingatiwa wakati wa kusanidi kifaa ili kuhakikisha halijoto sahihi inafikiwa na kupimwa wakati wa majibu.Kwa hivyo, zana hii ya ufuatiliaji mtandaoni inawezesha udhibiti mkali wa halijoto ya mmenyuko na kuchangia uboreshaji sahihi zaidi wa mchakato na ukuzaji wa hali bora.Vihisi hivi vinaweza pia kutumiwa kugundua athari za joto na kuzuia athari za kukimbia katika mifumo mikubwa.
Kinu kilichowasilishwa katika karatasi hii ni mfano wa kwanza wa utumiaji wa teknolojia ya UAM katika utengenezaji wa vinu vya kemikali na kushughulikia mapungufu kadhaa makubwa ambayo kwa sasa yanahusishwa na uchapishaji wa AM/3D wa vifaa hivi, kama vile: (i) Kukabiliana na matatizo yaliyobainika yanayohusiana na uchakataji wa shaba au aloi ya alumini (ii) uboreshaji wa mwonekano wa ndani wa chaneli ikilinganishwa na unga wa kuyeyusha kitanda (PB9M) au mbinu za kuyeyusha kitanda cha poda (PB6M5) mbinu za kuyeyusha kitanda cha poda (PB9M5)2. 26 (iii) joto la chini la usindikaji, ambalo huwezesha sensorer za kuunganisha moja kwa moja, ambayo haiwezekani katika teknolojia ya kitanda cha poda, (v) kuondokana na sifa mbaya za mitambo na unyeti wa vipengele vinavyotokana na polima kwa vimumunyisho mbalimbali vya kawaida vya kikaboni17,19.
utendaji wa Reactor alikuwa alionyesha kwa mfululizo wa shaba-catalyzed alkinazide athari cycloaddition chini ya hali ya kuendelea kati yake (Mtini. 2).Reactor ya shaba iliyochapishwa ya ultrasonic iliyoonyeshwa kwenye mtini.4 iliunganishwa na mfumo wa mtiririko wa kibiashara na kutumika kuunganisha maktaba ya azide ya 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles mbalimbali kwa kutumia majibu ya kudhibiti joto ya halidi ya asetilini na alkili mbele ya kloridi ya sodiamu (Mchoro 3).Utumiaji wa mbinu ya mtiririko unaoendelea hupunguza masuala ya usalama yanayoweza kutokea katika michakato ya kundi, kwa kuwa mmenyuko huu hutoa viatishi tendaji na hatari vya azide [317], [318].Hapo awali, mmenyuko uliboreshwa kwa cycloaddition ya phenylacetylene na iodoethane (Mpango 1 - Cycloaddition ya phenylacetylene na iodoethane) (ona Mchoro 5).
(Juu kushoto) Mpangilio wa usanidi unaotumika kujumuisha kiyeyeyusha cha 3DP katika mfumo wa mtiririko (juu kulia) uliopatikana kutoka kwa mpango ulioboreshwa (wa chini) wa mpango wa saiklodi ya Huisgen 57 kati ya phenylacetylene na iodoethane kwa ajili ya uboreshaji na kuonyesha vigezo vya kiwango cha ubadilishaji vilivyoboreshwa vya majibu.
Kwa kudhibiti muda wa makazi wa viitikio katika sehemu ya kichocheo cha kinu na kufuatilia kwa uangalifu halijoto ya mmenyuko na kihisio kilichounganishwa moja kwa moja cha thermocouple, hali za athari zinaweza kuboreshwa kwa haraka na kwa usahihi kwa kutumia muda na nyenzo kidogo.Ilibainika haraka kuwa ubadilishaji wa juu zaidi ulipatikana kwa kutumia muda wa kukaa wa dakika 15 na joto la mmenyuko la 150 ° C.Inaweza kuonekana kutoka kwa njama ya mgawo wa programu ya MODDE kwamba wakati wa makazi na joto la mmenyuko huzingatiwa hali muhimu za mfano.Kuendesha kiboreshaji kilichojengewa ndani kwa kutumia hali hizi zilizochaguliwa huunda seti ya hali ya athari iliyoundwa ili kuongeza maeneo ya kilele cha bidhaa huku ikipunguza maeneo ya kilele cha kuanzia.Uboreshaji huu ulileta ubadilishaji wa 53% wa bidhaa ya triazole, ambayo ililingana kabisa na utabiri wa modeli wa 54%.