In 3D là quá trình sử dụng bản thiết kế được lập trình bởi máy tính để in các vật liệu theo từng tầng để tạo nên các khối lập thể. Tương tự như vậy, in 4D cũng tạo nên vật thể 3D bằng cách đắp các vật liệu thành từng tầng dưới sự trợ giúp của máy tính. Tuy nhiên, in 4D thêm 1 chiều là biến đổi theo thời gian, tức là sản phẩm được in có khả năng phản ứng với các điều kiện trong môi trường (ví dụ như nhiệt độ, độ ẩm, pH, nồng độ ion, …) và thay đổi hình dạng theo điều kiện tương ứng. Bước vào cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, các kỹ thuật in này được xem là những thành phần điển hình bên cạnh những trí tuệ nhân tạo, xe tự lái, công nghệ nano, Internet vạn vật, điện toán đám mây… Không chỉ tạo nên những đột phá trong vận hành sản xuât và chế tạo, in 3D và in 4D còn tỏa sáng trong lĩnh vực y sinh. Dưới đây là 3 công trình nghiên cứu đột phá trong lĩnh vực này được đăng trên các tạp chí hàng đầu của Nature Research (Nature Publishing Group).
Đầu tiên là nghiên cứu ở Đại học Havard (Hoa Kỳ) về “Chiến lược tích hợp thiết kế và chế tạo robot tự động mềm hoàn toàn” được đăng trên tạp chí Nature tháng 8 năm 2016. Họ đã thành công trong việc chế tạo chú robot tự động đầu tiên được cấu tạo toàn bộ bởi các vật liệu mềm. Chú robot – biệt danh là “octobot” bởi hình dạng có 8 chân như bạch tuộc– được chế tạo bởi công nghệ in 3D và sử dụng năng lượng từ phản ứng hóa học được được điều tiết bởi mạch vi lỏng (microfluidic) chứ không sử dụng thành phần điện tử (bởi lẽ bo mạch điện tử và pin đều yêu cầu sử dụng vật liệu cứng rắn). Tiến sĩ Michael Wehner, đồng tác giả chính của bài báo, cho hay: “Nguồn năng lượng của robot trước kia luôn luôn bao gồm thành phần vật liệu cứng rắn. Điều tuyệt vời là chúng ta đã có thể sử dụng phản ứng của hydrogen peroxide với xúc tác là platium để thay thế cho nguồn năng lượng.” Robot mềm sở hữu những đặc tính mà robot làm từ những vật liệu cứng rắn thông thường gần như không thể có được, đặc biệt là về khả năng tương tác và thích ứng với điều kiện môi trường. Tiến sĩ Ryan Truby, đồng tác giả chính còn lại, nói thêm: “Đây là một minh chứng cho khái niệm (proof-of-concept) rằng chúng ta có thể tạo ra những robot mềm tự động để thúc đẩy những nhà nghiên cứu về robot học, vật liệu học, và toàn bộ giới khoa học tập trung nghiên cứu vào công nghệ sản xuất tiên tiến.”
.jpg)
Nghiên cứu thứ hai là về “kỹ thuật in 4D cấu trúc sinh học” của đại học Havard (Hoa Kỳ) được đăng trên tạp chí Nature Materials tháng 1 năm 2016. Lấy cảm hứng từ những cấu trúc trong tự nhiên, chẳng hạn như thực vật, có khả năng đáp ứng và thay đổi hình dạng tùy theo kích thích của môi trường, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công cấu trúc được in bởi kỹ thuật in 4D có khả năng thay đổi hình dạng khi được nhúng vào nước. Hình dạng được in là hoa lan, được in từ loại mực hydrogel có chứa cellulose fibril cho phép bông hoa có khả năng co duỗi tạo nên những hình dạng khác nhau. Tiến sĩ Sydney Gladman, đồng tác giả chính của bài báo giải thích: “Chỉ cần 1 bước tạo hỗn hợp mực in, chúng ta có thể tạo ra loại hydrogel có khả năng thay đổi tạo ra các hình dạng phức tạp khác nhau bằng cách thay đổi đường in. Hơn thế nữa, chúng ta cũng có thể thay đổi thành phần trong hỗn hợp mực in để điều chỉnh các đặc tính của vật thể như độ dẫn điện hay khả năng tương thích sinh học.” Phương pháp này hoàn toàn có thể ứng dụng cho những cấu trúc cho mô sinh học, thiết bị y tế, robot mềm và các ứng dụng công nghiệp.
Nghiên cứu thứ 3 với tiêu đề là “Hình thành mạch máu và hoàn thiện cơ quan thận in vitro” cũng của đại học Havard (Hoa Kỳ) được đăng trên tạp chí Nature Methods tháng 2 năm 2019. Nghiên cứu này sử dụng kỹ thuật in 3D để in chip vi dịch cho phép nuôi cơ quan thận in vitro. Kết quả là họ đã tìm ra đúng tổ hợp của thành phần ma trận ngoại bào, môi trường nuôi tế bào và áp lực của dòng chảy có tác dụng kích thích các tế bào hình thành nên mạch máu nuôi dưỡng và phát triển nên cơ quan thận. Với việc nuôi thận in vitro, các nhà nghiên cứu có thể tạo mô hình bệnh, thử nghiệm thuốc cũng như hướng đến công nghệ tái tạo mô thay thế cho người bệnh..
Điểm chung của những công trình trên là họ đều sử dụng Lưu biến kế đa năng Discovery Hybrid Rheometer DHR-3 của TA Instruments để đánh giá đặc tính lưu biến của mực in. Đặc tính lưu biến của mực in quyết định đến áp suất và tốc độ khi in, qua đó ảnh hưởng đến độ nét cũng như hình dạng sau cùng của sản phẩm in. Do đó, việc kiểm tra đặc tính lưu biến của mực in là bước căn bản, vô cùng quan trọng đối với những nghiên cứu này. Lưu biến kế đa năng DHR-3 là thành tựu đột phá của TA Instruments trong công nghệ đo lường lưu biến khi được tính hợp rất nhiều sáng chế độc quyền như Động cơ kéo tiên tiến, Bộ đọc tín hiệu quang học kép, Cảm biến tái cân bằng lực, Trục nâng từ tính thế hệ hai, Cảm biến vị trí thực. DHR-3 mang tất cả những tính năng mạnh nhất trong công nghệ đo lường lưu biến với khả năng linh hoạt đưa ra kết quả chính xác với độ nhạy và độ tái lặp tốt nhất. Do đó, các nhà nghiên cứu hàng đầu thế giới đều tìn dùng DHR-3 cho những thí nghiệm của mình.
Vũ Sỹ
Đội ngũ chuyên gia của Thăng Long sẵn sàn hỗ trợ bạn lựa chọn giải pháp phù hợp
Sự ngưng tụ hơi nước trong các cấu trúc hình học bị giới hạn, hay còn gọi là sự ngưng tụ mao dẫn, là một hiện tượng cơ bản với những hệ quả sâu rộng. Mặc dù các lỗ ưa nước cho phép hình thành chất lỏng từ hơi chưa bão hòa mà không cần cung cấp năng lượng, chất ngưng tụ thường bị kẹt lại trong các cấu trúc này, làm hạn chế tính ứng dụng thực tiễn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát việc sử dụng các màng hạt nano thâm nhập polyme có cấu trúc lỗ nano lưỡng tính (nanoporous polymer- infiltrated nanoparticle films), có khả năng ngưng tụ và giải phóng nước lỏng trong điều kiện đẳng nhiệt và chưa bão hòa. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ polyme và kích thước hạt nano, chúng tôi tối ưu hóa quá trình ngưng tụ và hình thành giọt nước. Khi áp suất hơi tăng, các khoảng trống được lấp đầy bởi chất ngưng tụ, sau đó chúng tiết ra bề mặt dưới dạng các giọt nước vi kích thước micro. Hiện tượng này hình thành từ sự cân bằng giữa tính kỵ nước của polyme và tính mao dẫn, cho thấy cách thức các cấu trúc nano lưỡng tính có thể thúc đẩy quá trình thu hồi nước khả thi. Những phát hiện của chúng tôi cung cấp các định hướng thiết kế cho những loại vật liệu hỗ trợ thu nước tiết kiệm năng lượng và quản lý nhiệt mà không cần nguồn năng lượng từ bên ngoài.
Tóm tắt
Màng silica vật liệu mao quản trung bình đã được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các vật liệu chức năng tiên tiến, chẳng hạn như các lớp phủ chống phản xạ, các thiết bị cảm biến sinh học và hóa học, do các tính chất ddặc thù của chúng, ví dụ, diện tích bề mặt lớn, độ xốp có thể kiểm soát, và quy trình tổng hợp dễ dàng, có thể điều chỉnh linh hoạt. Việc hiểu biết chính xác về cấu trúc lỗ rỗng của chúng là vô cùng quan trọng, điều này nhấn mạnh nhu cầu về các công cụ xác định đặc tính chính xác. Xét về khía cạnh này, phương pháp đo độ xốp bằng Ellipsometric Porosimetry – EP đại diện cho một nền tảng phân tích mạnh mẽ và đa năng, cho phép thu thập những thông tin đáng tin cậy về: tổng độ xốp, kích thước lỗ rỗng, độ phân tán kích thước lỗ rỗng, các đặc tính cơ học (mô-đun Young) và diện tích bề mặt của nhiều loại màng mỏng vật liệu mao quản trung bình khác nhau.
Mặc dù khung lý thuyết về mô hình hóa sự ngưng tụ mao dẫn thông qua phương trình Kelvin đã được thiết lập vững chắc, nhưng một tham số mô tả là tính thấm ướt bên trong của các cấu trúc vật liệu mao quản trung bình vẫn là một biến số đầy thách thức đối với việc xác định đặc tính vật liệu một cách đáng tin cậy. Sự thấm ướt ở quy mô nano không thể quan sát được bằng phương pháp soi hình dạng giọt nước truyền thống, trong khi việc ước tính tính thấm ướt bên trong dựa trên các đặc tính vĩ mô (bề mặt bên ngoài) có thể thiếu chính xác, vì hai hành vi thấm ướt này không nhất thiết phải tương quan với nhau. Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày một phương pháp dựa trên kỹ thuật đo độ xốp Vacuum Ellipsometric Porosimetry để xác định góc tiếp xúc bên trong của các màng mỏng silica vật liệu mao quản trung bình đã được biến tính nhóm chức. Việc điều chỉnh năng lượng bề mặt của một cấu trúc vật liệu mao quản trung bình bằng cách methyl hóa đã cho phép chúng tôi liên kết sự khác biệt trong quá trình lấp đầy lỗ rỗng của các chất hấp phụ khác nhau (nước, methanol, toluene, cyclohexane) với góc tiếp xúc bên trong của chúng. Nghiên cứu của chúng tôi đóng vai trò như một hướng dẫn tổng quát để xác định góc tiếp xúc bên trong, phù hợp cho nhiều loại chất hấp phụ hữu cơ và vật liệu hấp phụ vật liệu mao quản trung bình.
Điện trở tấm, độ linh động (mobility) và mật độ điện tích tấm là những chỉ tiêu kiểm soát chất lượng quan trọng giúp tăng hiệu suất sản xuất wafer bán dẫn phức hợp. Tuy nhiên, các phương pháp đo truyền thống – sử dụng đầu dò bốn điểm để đo điện trở tấm, hoặc phép đo Hall để xác định độ linh động và mật độ điện tích – đều là các phương pháp phá hủy, không phù hợp cho môi trường sản xuất thông lượng lớn.
Bài trình bày này sẽ giới thiệu các cải tiến mới nhất trong hệ thống đo điện trở tấm của SEMILAB, nay đã có khả năng xử lý wafer tự động với tất cả các kích thước wafer bán dẫn phức hợp, bao gồm cả GaN và SiC 2–3 inch. SEMILAB cũng sẽ giới thiệu thiết bị mới để đo độ linh động không tiếp xúc ở nhiệt độ phòng. Các ứng dụng trong kiểm soát quy trình sẽ được trình bày.
Tiêu chuẩn cấp nước phòng thí nghiệm xác định các loại nước khác nhau trong phòng thí nghiệm dựa trên các lý do về kỹ thuật và kinh tế. Mục đích của các tiêu chuẩn này là để đảm bảo chất lượng nước phù hợp được sử dụng cho một ứng dụng cụ thể, đồng thời hạn chế chi phí vận hành phòng thí nghiệm – Sản xuất nước Loại 1 đắt hơn nước Loại 2 hoặc Loại 3.
.png)