Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
L’article présente une approche de la fabrication de petits objets 3D par autopliage de motifs élastomères bidimensionnels. La courbure spontanée est transmise aux films de polydiméthylsiloxane par extraction du matériau de remplissage d'une des couches. La relaxation de l'énergie élastique des figures plates permet l'autoformation de sphères, cylindres, cages, etc. La surface intérieure des microtubes autoenroulés peut être fonctionnalisée par formation de motifs physico-chimiques complexes sur les films avant l’enroulement. L'approche offre de nouvelles opportunités pour les applications liées à la microfluidique, l'ingénierie structurale et la science des matériaux.
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An approach to the fabrication of small 3D objects via the self-folding of 2D elastomer patterns is presented. Spontaneous curvature is imparted to bilayer polydimethylsiloxane films by extraction of filler from one of the layers. Spheres, cylinders, cages, etc., are auto-formed by relaxation of elastic energy of relevant flat figures. Inner surfaces of microscale self-rolled tubes can be engineered by formation of complex physicochemical patterns on the films prior to rolling. The approach offers new opportunities for microfluidics-related applications, structural engineering, and materials science.
Auteur(s)
-
Valeriy LUCHNIKOV : Chargé de recherche 1 classe de CNRS Institut de science des matériaux de Mulhouse, UMR CNRS 7361 – UHA, Mulhouse, France
INTRODUCTION
Traditionnellement, la plupart des matériaux de construction et de conception sont fabriqués sous forme de feuilles plates, qui sont ensuite modifiées en objets 3D par des opérations impliquant l’application de forces externes aux matériaux (pliage, moulage, pressage, etc.). Une nouvelle tendance dans l’ingénierie structurale consiste à fournir aux matériaux formés à plat la capacité de se transformer automatiquement en structures volumétriques par la relaxation des contraintes mécaniques internes. La technologie progresse rapidement dans le domaine des films semi-conducteurs hétérostructurés, où elle est explorée pour la production de systèmes micro-électromécaniques (MEMS). Le présent article décrit la généralisation de l’approche aux films de polymère élastique bicouche, auxquels le moment de flexion spontanée est transmis lors de l’extraction d’un matériau de remplissage du réseau d’une des couches. La relaxation de l’énergie élastique des plaques 2D de polydiméthylsiloxane spécifiquement conçues aboutit à divers objets 3D, comme des sphères, des cylindres, des cages, etc. dont la taille caractéristique est de l’ordre d’un centimètre. Les tubes sous-millimètriques, formés par autoenroulement, offrent des possibilités sans précédent pour la fonctionnalisation des dispositifs de microfluidique.
Domaine : Matériaux
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Numérisation et acquisition 3D ; microscopie électronique
Domaines d’application : Microfluidique ; ingénierie structurale
Principaux acteurs français : V. Luchnikov, Institut de science des matériaux de Mulhouse ; F. Malloggi, laboratoire interdisciplinaire sur l’Organisation nanométrique et supramoléculaire, Saclay.
Autres acteurs dans le monde : V. Prinz, Institut de physique des semi-conducteurs, Novossibirsk, Russia ; D. Gracias, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Johns Hopkins University, États-Unis ; O. Schmidt, Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden, Germany ; L. Ionov. University of Georgia, États-Unis ; J. Korvink, Karlsruhe institute of Technology, Germany.
Contact : Valeriy Luchnikov, [email protected]
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
microfluidics | structural engineering | self-forming materials
DOI (Digital Object Identifier)
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Description technique de l’innovation
En anglais
1. Contexte
Depuis les années 1990, il existe un intérêt croissant pour les matériaux de type film pouvant se déformer en formes 3D sans application de forces externes, en raison du moment de flexion interne aux films. Un exemple classique est une bande bimétallique, composée de deux couches soudées de métaux avec différents coefficients de dilatation (par exemple, acier et cuivre). L’expansion inégale des couches, reliées l’une à l’autre, conduit au moment de flexion, qui est équilibré par la rigidité de flexion des couches. Le problème a été considéré mathématiquement il y a un siècle par Stoney , qui a proposé la première formule reliant la courbure d’un substrat sous la contraction/expansion d’un film mince au sommet de celui-ci, et par Timochenko, qui a proposé sa fameuse expression pour la courbure d’un film bicouche :
( 1 )
Ici m = h 1/h 2 est le rapport des épaisseurs h 1 et h 2 des deux couches, H = h 1 + h 2 est l’épaisseur totale du film, R est le rayon de courbure et n = E 1/E 2, où Ei est le module de Young de la i-ième couche. Si les deux plaques sont soudées à température élevée, la bicouche prend une configuration courbée à la température ambiante, le métal ayant un coefficient de dilatation de température plus élevé sur le côté convexe de la boucle. La recherche moderne de matériaux...
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Contexte
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STONEY (G.) - The tension of metallic films deposited by electrolysis. - Proc. Royal Soc. London, A82, p. 172 (1909).
-
(2) - TIMOSHENKO (S.) - Analysis of bi-metal thermostats. - Journal of Optical Society of America and RSI, 11, p. 233-255(1925).
-
(3) - PRINZ (V.Y). - A new concept in fabricating building blocks for nanoelectronic and nanomechanic devices. - Microelectronic Engineering, 69, p. 466-475 (2003).
-
(4) - PRINZ (V.Y.), SELEZNEV (V.A.), PRINZ (A.V.), KOPYLOV (A.V.) - 3D heterostructures and systems for novel MEMS/NEMS. - Sci. Technol. Adv. Mater., 10, 034502, 9 p. (2009).
-
(5) - CHO (A.) - Pretty as you please, curling films turn themselves into nanodevices. - Science, vol. 313, p. 164-165 (Focus article), 14 juin 2006.
-
(6) - SYMS (R.), YEATMAN (E.) - Self-assembly...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
MeshLab http://www.meshlab.com
Le système open source pour le traitement et l’édition de mailles 3D triangulaires. Il offre des fonctionnalités pour le traitement des données brutes produites par les outils/appareils de numérisation 3D et pour la préparation de modèles d’impression 3D.
HAUT DE PAGE
GOENKA Himanshu Self-Folding Origami Structures Use Light That Changes Shape Of Polymer http://www.ibtimes.com/self-folding-origami-structures-use-light-changes- shape-polymer-2531832 (page consultée le 4 juin 2017)
RolaTube© technology http://www.rolatube.com/ (page consultée le 4 juin 2017)
La microfluidique http://www.institut-pgg.fr/Comprendre-la-Microfluidique_65.html (page consultée le...
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