Droplet-based microfluidic systems for silica coating and synthesis of conjugated polymer nanoparticles

Nanoparçacıklar, büyük yüzey alanı-hacim oranına sahip olduklarından özgün elektronik, optik ve manyetik özelliklere sahiptirler. Bu özelliklerin daha uzun süre boyunca korunması için silisyum dioksit (SiO2) gibi koruyucu bir katmanla kaplanması gerekir. Bir örnek özelliklerde nanoparçacıklar elde etmek için nanoparçacıkların eş dağılımlı olması gerekir. Eş boyutlarda nanoparçacıkların sentezlenmesi, reaksiyon süresi, konsantrasyon ve sentez sırasındaki sıcaklık gibi reaksiyon koşullarına bağlıdır. Bu tezde kıvrımlı mikrokanallardan oluşan ve damla bazlı akış sağlayabilen özellikleriyle belirtilen reaksiyon koşullarını sağlayabilen bir mikroreaktor sunulmuştur. Kıvrımlı kanallar karışma için gereken süreyi düşürme ve düzgün dağılma uzunluğu sağlayabilen; bununla birlikle düz akıştaki parabolik akış profilinin aksine damla bazlı akışın akış profili düzgün sirkülasyon süresi sağlar. Aletin üretiminden önce Comsol Multiphysics􏰀 kullanılarak karışma performansı farklı kesit alanı ve kıvrım geometrilerinde test edilmiştir. Sonuç olarak hızlı karışma için kıvrımlı kanallar olabildiğince küçük olması yargısına varılmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre mikroreaktor tasarımı tamamlanmış ve soft lithografi tekniği kullanılarak kanallar PDMS'ten üretilmiştir. Bu sistem, solvent konsantrasyonu ve sirkülasyon süresinin etkisini anlamak ve kaplama kalınlığını kesikli düzeneklere göre kontrolunun ne denli iyi olduğunu anlamak için öncelikle silisyum formasyonunu test etmiştir. Öncelikli olarak damlaların içinde silisyum oluşumu test edilmiş ve 102 nm ± 4 nm boyutlarında nanoparçacıklar elde edilmiştir. Sentez süresini baz alarak kesikli düzeneklere göre önemli gelişimler olduğu görülmüştür. Buna ek olarak benzer bir mikroreaktörde Konjuge Polimer Nanoparçacık (KPN) sentezi yapılmıştır. Konjuge Polimer Nanoparçacık sentezi üç farklı yöntem kullanırak sentezlenmiştir. Bunlar kesikli düzenek, düz akış ve damla bazlı akış yöntemleridir. Deney sonuçlarına göre damla bazlı akış yönteminin düz akış ve kesikli düzenek yöntemlerine göre parçacık boyutu, tekbiçimlilik ve tek dağılımlılık açısından daha başarılı olduğu gözlemlenmiştir.