RU2561343C2 - Laser generator of three-dimensional nanocomposites - Google Patents

Laser generator of three-dimensional nanocomposites Download PDF

Info

Publication number
RU2561343C2
RU2561343C2 RU2013138407/28A RU2013138407A RU2561343C2 RU 2561343 C2 RU2561343 C2 RU 2561343C2 RU 2013138407/28 A RU2013138407/28 A RU 2013138407/28A RU 2013138407 A RU2013138407 A RU 2013138407A RU 2561343 C2 RU2561343 C2 RU 2561343C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
additional module
thermocouple
nanocomposites
bulk
Prior art date
Application number
RU2013138407/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013138407A (en
Inventor
Александр Юрьевич Герасименко
Леван Павлович Ичкитидзе
Виталий Маркович Подгаецкий
Михаил Сергеевич Савельев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Priority to RU2013138407/28A priority Critical patent/RU2561343C2/en
Publication of RU2013138407A publication Critical patent/RU2013138407A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2561343C2 publication Critical patent/RU2561343C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: invention relates to means of producing materials which enable to compensate for birth defects in humans and animals. The disclosed laser generator of three-dimensional nanocomposites comprises a table on which a vessel is placed for holding a water-protein dispersion of carbon nanotubes, which is optically interfaced with a fibre-optic guide and a pyrometric temperature meter and interfaced with a thermocouple. The fibre-optic guide is optically interfaced with a main and a pilot laser emitter. The disclosed device also includes an additional module which is fitted with a pyrometric temperature meter which is interfaced with a thermocouple, and a fibre-optic guide.
EFFECT: present invention improves the quality of produced nanocomposites and simplifies the assembly of component parts of the laser generator for producing said nanocomposites.
6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к устройствам для получения нанокомпозитных материалов. Эти материалы могут применяться в имплантационной технике при компенсации врожденных пороков развития человека и животных, а также при замещении и восстановлении функционирования патологически измененных и постоперационных полостей организма.The invention relates to the field of nanotechnology, and in particular to devices for producing nanocomposite materials. These materials can be used in implantation technology to compensate for congenital malformations of humans and animals, as well as to replace and restore the functioning of pathologically altered and postoperative cavities of the body.

Известно устройство для изготовления нанокомпозитных сенсоров, включающее базовый эластомерный полимер; нанокомпозит, встроенный в полимерную основу, два электрических терминала и нанокомпозит из полимерной матрицы и проводящих нанотрубок, нанопроводов, наночастиц и чешуек [1].A device for the manufacture of nanocomposite sensors, comprising a base elastomeric polymer; a nanocomposite embedded in the polymer base, two electrical terminals and a nanocomposite of a polymer matrix and conductive nanotubes, nanowires, nanoparticles and flakes [1].

Недостатком этого устройства для получения нанокомпозитных сенсоров является сложность подбора и синтеза требуемых полимерных материалов и высокая стоимость исходных наноматериалов.The disadvantage of this device for producing nanocomposite sensors is the complexity of the selection and synthesis of the required polymer materials and the high cost of the initial nanomaterials.

Известно устройство для производства композиционных материалов на основе углеродных нанотрубок, графита, углеродных волокон, графенов, фуллеренов в критическом или сверхкритическом состоянии или на основе их комбинации, работающее в непрерывном режиме и включающее блок фильтрации под высоким давлением, смеситель, блок увеличения растворимости и т.п. [2].A device is known for the production of composite materials based on carbon nanotubes, graphite, carbon fibers, graphenes, fullerenes in a critical or supercritical state or based on their combination, operating in a continuous mode and including a high-pressure filtration unit, a mixer, a solubility increase unit, etc. P. [2].

Недостатком этого устройства для производства композиционных материалов является трудность использования и достижения высоких критических и сверхкритических температур и давлений.The disadvantage of this device for the production of composite materials is the difficulty of using and achieving high critical and supercritical temperatures and pressures.

Известна установка для изготовления нанокомпозитов, в которую входят диодный лазер и целеуказатель со световодным выводом излучения, стакан на столике с облучаемой водно-альбуминовой дисперсией углеродных нанотрубок; штатив для фиксации и закрепления с помощью цангового держателя волоконного световода и термопары и пирометр для измерения температуры дисперсии [3]. Это устройство выбрано в качестве прототипа.A known installation for the manufacture of nanocomposites, which includes a diode laser and a pointer with a fiber-optic radiation output, a glass on a table with an irradiated water-albumin dispersion of carbon nanotubes; a tripod for fixing and securing with the help of a collet holder of a fiber waveguide and a thermocouple and a pyrometer for measuring the dispersion temperature [3]. This device is selected as a prototype.

К недостаткам такой установки для изготовления нанокомпозитов относятся отсутствие дополнительного приспособления, непрозрачного для лазерного излучения, которое устраняет возможность вредного воздействия рассеянного лазерного излучения на глаза операторов и опасность разлива облучаемой дисперсии углеродных нанотрубок при возникновении нештатной ситуации, тем самым ограничивая технологические возможности оптимизации процесса формирования объемных наноматериалов под действием лазерного излучения с разными заданными параметрами.The disadvantages of such an installation for the manufacture of nanocomposites include the absence of an additional device that is opaque to laser radiation, which eliminates the possibility of the harmful effects of scattered laser radiation on the eyes of operators and the risk of spills of the irradiated dispersion of carbon nanotubes in case of an emergency, thereby limiting the technological possibilities of optimizing the process of forming bulk nanomaterials under the action of laser radiation with different given parameter E.

Задача изобретения - улучшение качества нанокомпозитов, получаемых под действием лазерного излучения, путем усовершенствования устройства лазерного формирователя объемных нанокомпозитов.The objective of the invention is to improve the quality of nanocomposites obtained under the action of laser radiation, by improving the device of a laser shaper of bulk nanocomposites.

С этой целью в конструкцию устройства такого формирователя введен дополнительный модуль, в котором закреплены пирометрический измеритель температуры, сопряженный с термопарой, и оптоволоконный световод, что обеспечивает изменение технологических параметров в широком диапазоне для получения объемного нанокомпозита с различными характеристиками. Таким образом, лазерный формирователь объемных нанокомпозитов содержит столик, на котором установлен сосуд для размещения водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок, кроме того, в лазерный формирователь введен дополнительный модуль, в котором закреплены пирометрический измеритель температуры, сопряженный с термопарой, и оптоволоконный световод. Дополнительный модуль изготовлен из материала, непрозрачного для лазерного излучения, и дополнительный модуль можно герметично закрепить или снять со стола с помощью замка-защелки, а прокладки между его поверхностью и столом обеспечивают герметичность. В отверстия дополнительного модуля вмонтированы прокладки для герметичного закрепления оптоволоконного световода, термопары и пирометрического измерителя температуры, также в дополнительном модуле имеются штуцерно-торцевые соединения для запуска или откачки технологических газов или воздуха и, кроме того, в корпусе дополнительного модуля вмонтирован датчик давления газов.For this purpose, an additional module is introduced into the design of the device of such a shaper, in which a pyrometric temperature meter coupled to a thermocouple and a fiber optic fiber are fixed, which provides a change in technological parameters in a wide range to obtain a bulk nanocomposite with different characteristics. Thus, the laser shaper of bulk nanocomposites contains a table on which a vessel is mounted to accommodate the aqueous-protein dispersion of carbon nanotubes, in addition, an additional module is inserted into the laser shaper, in which a pyrometric temperature meter coupled to a thermocouple and a fiber optic fiber are fixed. The add-on module is made of a material opaque to laser radiation, and the add-on module can be sealed or removed from the table using a latch lock, and gaskets between its surface and the table provide tightness. Gaskets are mounted in the openings of the additional module for hermetically securing the optical fiber, thermocouple and pyrometric temperature meter, the additional module also has end-face connections for starting or pumping out process gases or air, and, in addition, a gas pressure sensor is mounted in the housing of the additional module.

Лазерный наноформирователь объемных нанокомпозитов содержит столик 1 (фиг.1), на котором установлен сосуд 2 с верхней апертурой для прохождения действующего лазерного излучения, предназначенный для размещения водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок 14. Пирометрический измеритель температуры 11 оптически сопряжен с оптоволоконным световодом 3 и термопарой 4 для измерения температуры дисперсии углеродных нанотрубок 14. Устройство также включает поддерживающий штатив 5, закрепленный на основании 6, и дополнительный модуль 7 с оптоволоконным световодом 3 и термопарой 4, причем материал термопары 4 для измерения температуры водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок должен быть коррозионно-устойчивым к действию дисперсии углеродных нанотрубок, в которую погружается спай термопары. The laser nanoformer of bulk nanocomposites contains a stage 1 (Fig. 1), on which a vessel 2 with an upper aperture for transmitting active laser radiation is mounted, designed to accommodate a water-protein dispersion of carbon nanotubes 14. A pyrometric temperature meter 11 is optically coupled to an optical fiber 3 and a thermocouple 4 for measuring the temperature of the dispersion of carbon nanotubes 14. The device also includes a support tripod 5, mounted on the base 6, and an additional module 7 with optical fiber mounted optical fiber 3 and thermocouple 4, and the material of thermocouple 4 for measuring the temperature of the water-protein dispersion of carbon nanotubes must be corrosion-resistant to the dispersion of carbon nanotubes into which the thermocouple junction is immersed.

Оптоволоконный световод 3 предназначен для транспортирования оптически совмещенного излучения основного 8 и пилотного 9 лазерных излучателей. Термопарный измеритель температуры 10, основной лазерный излучатель 8 и пилотный лазерный излучатель 9 могут быть установлены на поверхности, например, рабочего стола (не показан) в непосредственной близости от основания 6. Излучение основного лазерного излучателя 8 используется для испарения жидкостной компоненты водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок 14, причем лазерный луч пилотного лазерного излучателя 9 должен быть отчетливо визуально заметен на верхней апертуре сосуда 2 и (или) на поверхности 13 водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок 14, размещенной в сосуде 2, определяя тем самым положение луча основного лазерного излучателя 8. Пирометрический измеритель температуры 11 устанавливают на отдельном держателе (не показан) с возможностью оптического сопряжения с водно-белковой дисперсией углеродных нанотрубок 14. Поддерживающий штатив 5 имеет возможность регулировки расстояния между концом 12 оптоволоконного световода 3 и поверхностью 13 водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок 14. На столике 1 установлен дополнительный модуль 15, который можно изготовить в виде прямоугольного параллелепипеда или цилиндра. В целом дополнительный модуль 15 и столик 1 вместе ограничивают пространство, в котором проходит процесс формирования объемного нанокомпозита.Fiber optic fiber 3 is designed to transport optically combined radiation of the main 8 and pilot 9 laser emitters. A thermocouple temperature meter 10, a main laser emitter 8 and a pilot laser emitter 9 can be mounted on the surface of, for example, a desktop (not shown) in the immediate vicinity of the base 6. The radiation of the main laser emitter 8 is used to evaporate the liquid component of the aqueous-protein dispersion of carbon nanotubes 14, and the laser beam of the pilot laser emitter 9 should be clearly visually visible on the upper aperture of the vessel 2 and (or) on the surface 13 of the water-protein dispersion of carbon of the bottom nanotubes 14 located in the vessel 2, thereby determining the position of the beam of the main laser emitter 8. The pyrometric temperature meter 11 is mounted on a separate holder (not shown) with the possibility of optical conjugation with a water-protein dispersion of carbon nanotubes 14. The supporting tripod 5 has the ability to be adjusted the distance between the end 12 of the optical fiber 3 and the surface 13 of the water-protein dispersion of carbon nanotubes 14. An additional module 15 is installed on stage 1, which can be made in the form of a rectangular parallelepiped or cylinder. In general, the additional module 15 and stage 1 together limit the space in which the process of forming a bulk nanocomposite takes place.

В корпусе 19 дополнительного модуля 15 (фиг.2) имеются отверстия 21, 22, 23 и 24, в которых герметично вмонтированы датчик давления газов 20, оптоволоконный световод 3, термопара 4 и пирометрический измеритель температуры 11, соответственно. Корпус 19 дополнительного модуля 15 крепится на стол защелками 25, расположенными вокруг периметра их основания. Герметичное крепление дополнительного модуля 15 и столика 1 обеспечивают прокладки 26, находящиеся между основанием 19 и столиком 1. В корпусе 19 имеются штуцерно-торцевые соединения 27 и 28 для запуска или откачки технологических газов или воздуха.In the housing 19 of the additional module 15 (FIG. 2) there are openings 21, 22, 23 and 24 in which the gas pressure sensor 20, the optical fiber light guide 3, the thermocouple 4 and the pyrometric temperature meter 11 are hermetically mounted. The housing 19 of the additional module 15 is mounted on the table with latches 25 located around the perimeter of their base. The gaskets 26 located between the base 19 and the table 1 provide a tight fastening of the additional module 15 and stage 1. The body 19 has nipple-end connections 27 and 28 for starting or pumping out process gases or air.

Излучение основного лазерного излучателя 8 используется для испарения жидкостной компоненты водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок 14, а лазерный луч пилотного лазерного излучателя 9 должен быть отчетливо визуально заметен на верхней апертуре сосуда 2 и (или) на поверхности дисперсии, размещенной в сосуде 2. Конец 12 оптоволоконного световода 3 находится на расстоянии от поверхности 13 водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок 14, что позволяет осуществлять эффективное облучение дисперсии и является необходимым условием самосборки объемного нанокаркаса в составе лазерного нанокомпозита. Величина расстояния между концом 12 оптоволоконного световода 3 и поверхностью 13 водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок 14 выбирается обеспечивающей совпадение размера пятна фокусировки основного 8 и пилотного 9 лазерных излучателей с диаметром верхней апертуры сосуда 2 с водно-белковой дисперсией углеродных нанотрубок 14. Конец 12 оптоволоконного световода 3 должен периодически очищаться от возможного налета продуктов испарения водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок 14.The radiation from the main laser emitter 8 is used to evaporate the liquid component of the aqueous-protein dispersion of carbon nanotubes 14, and the laser beam of the pilot laser emitter 9 should be clearly visually visible on the upper aperture of the vessel 2 and / or on the surface of the dispersion located in the vessel 2. End 12 the optical fiber 3 is located at a distance from the surface 13 of the water-protein dispersion of carbon nanotubes 14, which allows efficient irradiation of the dispersion and is a necessary condition for self bulk nanocarcass edges as a part of a laser nanocomposite. The distance between the end 12 of the optical fiber 3 and the surface 13 of the water-protein dispersion of carbon nanotubes 14 is selected to ensure that the focusing spot size of the main 8 and pilot 9 laser emitters with the diameter of the upper aperture of the vessel 2 with the aqueous-protein dispersion of carbon nanotubes 14. The end 12 of the optical fiber 3 should be periodically cleaned of possible plaque evaporation products of the aqueous-protein dispersion of carbon nanotubes 14.

Дополнительный модуль может быть изготовлен из материала, непрозрачного для лазерного излучения. В качестве материала корпуса могут быть использованы дюралюминий, титан, нержавеющая сталь, полистирол или другие металлические и полимерные материалы, которые являются химически инертными и коррозионно-стойкими. Наличие в лазерном формирователе дополнительного модуля исключает опасность лазерного облучения глаз операторов и устраняет вредное воздействие разлива облучаемой дисперсии углеродных нанотрубок при возникновении нештатной ситуации. Помимо этого в дополнительном модуле закреплен пирометрический измеритель температуры, сопряженный с оптоволоконным световодом и термопарой, что упрощает компоновку установки лазерного формирователя объемных нанокомпозитов. Дополнительный модуль герметично крепится и снимается со стола с помощью замка-защелки и прокладок между его поверхностью и столом, благодаря чему его легко можно разобрать (отсоединить) от столика, что позволяет быстро выгрузить изготовленный нанокомпозит, загрузить новую порцию водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок или почистить конец световода.The optional module may be made of a material opaque to laser radiation. As the case material, duralumin, titanium, stainless steel, polystyrene or other metal and polymer materials that are chemically inert and corrosion-resistant can be used. The presence of an additional module in the laser shaper eliminates the danger of laser irradiation of the eyes of operators and eliminates the harmful effects of the spill of the irradiated dispersion of carbon nanotubes in the event of an emergency. In addition, a pyrometric temperature meter, coupled to a fiber optic waveguide and a thermocouple, is fixed in the additional module, which simplifies the layout of the installation of a laser shaper of bulk nanocomposites. The additional module is hermetically attached and removed from the table with a latch lock and gaskets between its surface and the table, so it can be easily disassembled (disconnected) from the table, which allows you to quickly unload the manufactured nanocomposite, load a new portion of the aqueous-protein dispersion of carbon nanotubes, or clean the end of the fiber.

В дополнительном модуле имеются отверстия, в которые вмонтированы прокладки для герметичного крепления оптоволоконного световода, термопары и пирометрического измерителя температуры, что позволяет полностью герметизировать дополнительный модуль во время процесса формирования нанокомпозита; также с этой целью в нем имеются штуцерно-торцевые соединения для запуска или откачки технологических газов и воздуха. Кроме того, для контроля давления в корпус дополнительного модуля вмонтирован датчик давления газов. Все это позволяет проводить процесс формирования нанокомпозита в различных режимах, например при повышенном или пониженном давлении газа или воздуха, что может варьировать прочность, пористость и другие свойства конечного продукта - нанокомпозита.The additional module has holes in which gaskets are mounted for the hermetic fastening of the optical fiber, thermocouple and pyrometric temperature meter, which allows the additional module to be completely sealed during the process of nanocomposite formation; for this purpose, it also has end-face connections for starting or pumping out process gases and air. In addition, to control the pressure, a gas pressure sensor is mounted in the housing of the additional module. All this allows us to carry out the process of forming a nanocomposite in various modes, for example, with increased or reduced pressure of gas or air, which can vary the strength, porosity and other properties of the final product - nanocomposite.

Рассмотрим пример формирования нанокомпозита с использованием дополнительного модуля 15. Столик 1 и дополнительный модуль 15 разъединяются, т.е. снимаются защелки 25. Дополнительный модуль 15 поднимается над столом 1 и на столе устанавливается сосуд 2 с водно-белковой дисперсией углеродных нанотрубок 14. Дополнительный модуль 15 опускают на стол и закрепляют защелками 25.Let us consider an example of the formation of a nanocomposite using an additional module 15. Table 1 and additional module 15 are disconnected, i.e. the latches 25 are removed. The additional module 15 rises above the table 1 and a vessel 2 is installed on the table with a water-protein dispersion of carbon nanotubes 14. The additional module 15 is lowered onto the table and fixed with latches 25.

Устанавливается длина волны генерации основного лазерного излучателя 8 в пределах от 400 до 1200 нм, а длина волны генерации пилотного лазерного излучателя 9 в пределах от 500 до 650 нм. Коэффициент затухания излучения в области генерации основного 8 и пилотного 9 лазерных излучателей в оптоволоконном световоде 3 должен находиться в пределах от 0,01 до 1 дБ/м. Термопара 4 настроена на область измерения температуры водно-белковой дисперсией углеродных нанотрубок 14 от 10 до 80°С. Она должна быть выполнена из материала, устойчивого к коррозии в диапазоне температур от 10 до 80°С. Пирометрический измеритель температуры 11 настроен на область измерения температуры поверхности водно-белковой дисперсией углеродных нанотрубок 14 от 10 до 80°С.The generation wavelength of the main laser emitter 8 is set in the range from 400 to 1200 nm, and the generation wavelength of the pilot laser emitter 9 is in the range from 500 to 650 nm. The radiation attenuation coefficient in the generation region of the main 8 and pilot 9 laser emitters in the optical fiber 3 must be in the range from 0.01 to 1 dB / m. Thermocouple 4 is tuned to the temperature measurement region by the aqueous protein dispersion of carbon nanotubes 14 from 10 to 80 ° C. It should be made of corrosion resistant material in the temperature range from 10 to 80 ° C. Pyrometric temperature meter 11 is configured to measure the surface temperature by water-protein dispersion of carbon nanotubes 14 from 10 to 80 ° C.

При формировании объемных нанокомпозитов давление газа или воздуха может увеличиваться на несколько бар либо уменьшаться на 300-500 мм рт.ст., с целью варьирования прочности, пористости и (или) других свойств конечного продукта - нанокомпозита. В случае, когда требуется получить более прочный объемный нанокомпозит (твердость по шкале Виккерса более 200-300 МПа, прочность на разрыв более 40 МПа) давление газа или воздуха может увеличиваться на несколько бар, а в случае, когда требуется получить менее прочный объемный нанокомпозит (твердость по шкале Виккерса менее 150 МПа, прочность на разрыв менее 20 МПа), с большими размерами пор (более 10 мкм), давление воздуха или газа может уменьшаться на 300-500 мм рт.ст. Прочный объемный нанокомпозит может служить в составе имплантата человеческой биологической ткани, на которой могут расти и дифференцироваться биологические клетки, причем поры в составе композита могут предназначаться для размещения мелких кровеносных сосудов. Материал имплантата после компенсации на его основе врожденных пороков развития человека и животных, а также замещения и восстановления функционирования патологически измененных и постоперационных полостей организма может резорбироваться в биологической среде. Менее прочный объемный нанокомпозит может использоваться при лазерной сварке биологических тканей.During the formation of bulk nanocomposites, the pressure of gas or air can increase by several bar or decrease by 300-500 mm Hg, in order to vary the strength, porosity and (or) other properties of the final product - nanocomposites. In the case when it is required to obtain a stronger bulk nanocomposite (hardness on the Vickers scale is more than 200-300 MPa, tensile strength is more than 40 MPa) the gas or air pressure can increase by several bar, and in the case when it is necessary to obtain a less strong bulk nanocomposite ( Vickers hardness less than 150 MPa, tensile strength less than 20 MPa), with large pore sizes (more than 10 microns), air or gas pressure may decrease by 300-500 mm Hg A durable bulk nanocomposite can serve as part of an implant of human biological tissue, on which biological cells can grow and differentiate, and the pores in the composition of the composite can be used to accommodate small blood vessels. The material of the implant after compensation on its basis for congenital malformations of humans and animals, as well as the replacement and restoration of the functioning of pathologically altered and postoperative cavities of the body can be resorbed in the biological medium. A less durable bulk nanocomposite can be used for laser welding of biological tissues.

Объемный нанокомпозит с желаемыми параметрами формируется тогда, когда оптимально подбираются многочисленные технологические параметры формирования, в т.ч. длина волны и режим лазерного излучения, а также состав водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок. В частности, в макете предложенного формирователя с дополнительным модулем были получены объемные нанокомпозиты на основе 5-35% водно-альбуминовой дисперсии с концентрацией углеродных нанотрубок от 0,01 до 5 мас.%, вода - остальное. При плотности мощности непрерывного лазерного облучения 10-20 Вт/см2 и времени облучения 150-300 с формируются нанокомпозиты объемом до 10 см3. С таким материалом были достигнуты значения твердости по шкале Виккерса до 500 МПа при прочности на разрыв до 50 МПа и среднем размере пор ~100 нм. В прототипе полученные максимальные значения твердости и прочности на разрыв в аналогичных условиях не превышают соответственно 200 и 20 МПа.A bulk nanocomposite with the desired parameters is formed when numerous technological parameters of formation are optimally selected, including the wavelength and regime of laser radiation, as well as the composition of the water-protein dispersion of carbon nanotubes. In particular, bulk nanocomposites based on 5-35% water-albumin dispersion with a concentration of carbon nanotubes from 0.01 to 5 wt.%, Water - the rest were obtained in a prototype of the proposed shaper with an additional module. At a power density of continuous laser irradiation of 10-20 W / cm 2 and an irradiation time of 150-300 s, nanocomposites with a volume of up to 10 cm 3 are formed . With such material, Vickers hardness values of up to 500 MPa were achieved with a tensile strength of up to 50 MPa and an average pore size of ~ 100 nm. In the prototype, the obtained maximum values of hardness and tensile strength under similar conditions do not exceed 200 and 20 MPa, respectively.

Таким образом, поставленная задача - улучшение качества объемных нанокомпозитов, получаемых под действием лазерного излучения, в предложенном изобретении выполнена. Это достигнуто за счет усовершенствования устройства лазерного формирователя объемных нанокомпозитов на основе водно-белковой дисперсии с углеродными нанотрубками при введении в него дополнительного модуля из материала, непрозрачного для лазерного излучения, который герметично крепится и снимается со стола с помощью замка-защелки и прокладок между его поверхностью и столом, содержит прокладки для герметичного крепления оптоволоконного световода, термопары и пирометрического измерителя температуры и штуцерно-торцевые соединения для запуска или откачки технологических газов и воздуха, а также содержит датчик давления технологических газов и воздуха.Thus, the task is to improve the quality of bulk nanocomposites obtained under the action of laser radiation in the proposed invention is completed. This was achieved by improving the device of a laser shaper of bulk nanocomposites based on a water-protein dispersion with carbon nanotubes by introducing an additional module made of a material opaque to laser radiation, which is hermetically attached and removed from the table with a latch lock and gaskets between its surface and a table, contains gaskets for tightly mounting a fiber optic fiber, a thermocouple and a pyrometric temperature meter, and nipple-end connections for For starting or pumping process gases and air, it also contains a pressure sensor for process gases and air.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №20120266685.1. US patent No.20120266685.

2. Европейский патент №2448862.2. European patent No. 2448862.

3. С.А. Агеева, В.И. Елисеенко, А.Ю. Герасименко, Л.П. Ичкитидзе, В.М. Подгаецкий. - Медицинская техника, 2010, №6, с.35-39 - прототип.3. S.A. Ageeva, V.I. Eliseenko, A.Yu. Gerasimenko, L.P. Ichkitidze, V.M. Podgaetsky. - Medical equipment, 2010, No. 6, p. 35-39 - prototype.

Claims (6)

1. Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов, содержащий столик, на котором установлен сосуд для размещения водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок, оптически сопряженный с оптоволоконным световодом и пирометрическим измерителем температуры и сопряженный с термопарой, при этом с оптоволоконным световодом оптически сопряжены основной лазерный излучатель и пилотный лазерный излучатель, отличающийся тем, что в него введен дополнительный модуль, в котором закреплены оптоволоконный световод и пирометрический измеритель температуры, сопряженный с термопарой.1. A laser shaper of bulk nanocomposites containing a table on which there is a vessel for placing an aqueous-protein dispersion of carbon nanotubes, optically coupled to a fiber optic fiber and pyrometric temperature meter and coupled to a thermocouple, while the main laser emitter and the pilot laser are optically coupled radiator, characterized in that an additional module is inserted into it, in which a fiber optic fiber and a pyrometric meter are fixed temperature coupled with a thermocouple. 2. Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов по п.1, отличающийся тем, что дополнительный модуль изготовлен из материала, непрозрачного для лазерного излучения.2. The laser shaper of bulk nanocomposites according to claim 1, characterized in that the additional module is made of a material opaque to laser radiation. 3. Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов по пп.1, 2, отличающийся тем, что дополнительный модуль герметично крепится и снимается со столика с помощью замка-защелки и прокладок между его поверхностью и столом.3. The laser shaper of bulk nanocomposites according to claims 1, 2, characterized in that the additional module is hermetically attached and removed from the table with a latch lock and gaskets between its surface and the table. 4. Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов по пп.1, 2, отличающийся тем, что в дополнительном модуле в отверстия вмонтированы прокладки для герметичного крепления оптоволоконного световода, термопары и пирометрического измерителя температуры.4. The laser shaper of bulk nanocomposites according to claims 1, 2, characterized in that in the additional module, gaskets are mounted in the holes for tightly mounting the fiber optic fiber, thermocouple and pyrometric temperature meter. 5. Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов по пп.1, 2, отличающийся тем, что в корпусе дополнительного модуля имеются штуцерно-торцевые соединения для запуска или откачки технологических газов.5. The laser shaper of bulk nanocomposites according to claims 1, 2, characterized in that in the housing of the additional module there are choke joints for starting or pumping out process gases. 6. Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов по пп.1, 2, 5, отличающийся тем, что в корпус дополнительного модуля вмонтирован датчик давления газов. 6. The laser shaper of bulk nanocomposites according to claims 1, 2, 5, characterized in that a gas pressure sensor is mounted in the housing of the additional module.
RU2013138407/28A 2013-08-19 2013-08-19 Laser generator of three-dimensional nanocomposites RU2561343C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013138407/28A RU2561343C2 (en) 2013-08-19 2013-08-19 Laser generator of three-dimensional nanocomposites

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013138407/28A RU2561343C2 (en) 2013-08-19 2013-08-19 Laser generator of three-dimensional nanocomposites

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013138407A RU2013138407A (en) 2015-02-27
RU2561343C2 true RU2561343C2 (en) 2015-08-27

Family

ID=53279222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013138407/28A RU2561343C2 (en) 2013-08-19 2013-08-19 Laser generator of three-dimensional nanocomposites

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2561343C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2611918C1 (en) * 2015-09-16 2017-03-01 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Device for laser welding of dissected biological tissues

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2347740C1 (en) * 2007-09-06 2009-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Method of nanostructurisation of bulk bio-compatible materials
RU2349543C1 (en) * 2007-05-08 2009-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (СГАУ) Method for creation of nanosize porous structures of hard crystalline materials
US20090311168A1 (en) * 2007-09-19 2009-12-17 Gideon Duvall System and method for manufacturing carbon nanotubes
WO2011041507A1 (en) * 2009-10-01 2011-04-07 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Apparatus and method for nanocomposite sensors
US20120112134A1 (en) * 2009-06-30 2012-05-10 Hanwha Chemical Corporation Blending Improvement Carbon-Composite having Carbon-Nanotube and its Continuous Manufacturing Method and Apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2349543C1 (en) * 2007-05-08 2009-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (СГАУ) Method for creation of nanosize porous structures of hard crystalline materials
RU2347740C1 (en) * 2007-09-06 2009-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Method of nanostructurisation of bulk bio-compatible materials
US20090311168A1 (en) * 2007-09-19 2009-12-17 Gideon Duvall System and method for manufacturing carbon nanotubes
US20120112134A1 (en) * 2009-06-30 2012-05-10 Hanwha Chemical Corporation Blending Improvement Carbon-Composite having Carbon-Nanotube and its Continuous Manufacturing Method and Apparatus
WO2011041507A1 (en) * 2009-10-01 2011-04-07 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Apparatus and method for nanocomposite sensors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Исследования биологической совместимости нанокомпозитов, созданных лазерным методом//Ичкитидзе Л.П. и др.//Медицинская техника, 2010, N6. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2611918C1 (en) * 2015-09-16 2017-03-01 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Device for laser welding of dissected biological tissues

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013138407A (en) 2015-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gong et al. Upconversion nanoparticle decorated spider silks as single-cell thermometers
Choi et al. A fully biocompatible single-mode distributed feedback laser
Zhang et al. Lab-on-tip based on photothermal microbubble generation for concentration detection
RU2561343C2 (en) Laser generator of three-dimensional nanocomposites
Mihailescu et al. Laser-assisted fabrication and non-invasive imaging of 3D cell-seeding constructs for bone tissue engineering
Conci et al. A miniaturized imaging window to quantify intravital tissue regeneration within a 3D microscaffold in longitudinal studies
Savelyev et al. Effects of pulsed and continuous-wave laser radiation on the fabrication of tissue-engineered composite structures
Shavkuta et al. Highly effective 525 nm femtosecond laser crosslinking of collagen and strengthening of a human donor cornea
Gerasimenko et al. Laser nanostructuring 3-D bioconstruction based on carbon nanotubes in a water matrix of albumin
Rauzi Probing tissue interaction with laser-based cauterization in the early developing Drosophila embryo
Roslyakov et al. Three-Dimensional Photonic Crystals Based on Porous Anodic Aluminum Oxide
Davoodzadeh et al. Influence of low temperature ageing on optical and mechanical properties of transparent yittria stabilized-zirconia cranial prosthesis
Lai et al. Ligand-driven and full-color-tunable fiber source: Toward next-generation clinic fiber-endoscope tomography with cellular resolution
Bobrinetskiy et al. Cell adhesive nanocomposite materials made of carbon nanotube hybridized with albumin
US11273023B2 (en) Implantable medical device
Lepore et al. Physico‐optical properties of a crosslinked hyaluronic acid scaffold for biomedical applications
Ki et al. Visualization Materials Using Silicon‐Based Optical Nanodisks (ViSiON) for Enhanced NIR Imaging in Ophthalmology
Zheren et al. 3D micro-concrete hybrid structures fabricated by femtosecond laser two-photon polymerization for biomedical and photonic applications
US8844369B2 (en) Concentration independent modulation of local micromechanics in a fibrin gel
Marini et al. Microlenses fabricated by two-photon laser polymerisation for intravital cell imaging with non-linear excitation microscopy
Pugliese et al. Optical quality resorbable calcium-phosphate glasses for biophotonic applications
Savinov et al. A tissue-mimicking phantom with flexible optical properties for studying photoacoustic response of nanoparticles
Conci et al. A miniaturized chip for 3D optical imaging of tissue regeneration in vivo
Verma et al. Optical coherence tomography using a tapered single mode fiber tip
Song et al. Ultrafast axial-scanning multifocus photoacoustic microscope with extended depth-of-field based on a tunable acoustic gradient lens and fiber delay network

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20150126

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20150605

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200820