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Engineering

तैयारी और स्टेनलेस स्टील पर एक फिसलन सतह के उच्च तापमान विरोधी आसंजन व्यवहार

Published: March 29, 2018 doi: 10.3791/55888
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University

Summary

फिसलन सतहों आसंजन समस्या को हल करने के लिए एक नया तरीका प्रदान करते हैं । इस प्रोटोकॉल का वर्णन कैसे उच्च तापमान पर फिसलन सतहों बनाना है । परिणाम प्रदर्शित करता है कि फिसलन सतहों विरोधी तरल पदार्थ के लिए गीला और उच्च तापमान पर नरम ऊतकों पर एक उल्लेखनीय विरोधी आसंजन प्रभाव दिखाया ।

Abstract

उच्च तापमान प्रतिरोध के साथ विरोधी आसंजन सतहों electrosurgical उपकरणों, इंजन, और पाइपलाइनों में एक विस्तृत आवेदन क्षमता है । एक ठेठ विरोधी गीला superhydrophobic सतह आसानी से विफल रहता है जब एक उच्च तापमान तरल के संपर्क में । हाल ही में, Nepenthes-प्रेरित फिसलन सतहों आसंजन समस्या को हल करने के लिए एक नया तरीका का प्रदर्शन किया । फिसलन सतह पर एक स्नेहक परत reचालित सामग्री और सतह संरचना के बीच एक बाधा के रूप में कार्य कर सकते हैं । हालांकि, पिछले अध्ययनों में फिसलन सतहों शायद ही कभी उच्च तापमान प्रतिरोध दिखाया । यहां, हम उच्च तापमान प्रतिरोध के साथ फिसलन सतहों की तैयारी के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन । स्टेनलेस स्टील पर स्तंभ संरचनाओं के निर्माण के लिए एक photolithography-असिस्टेड विधि का प्रयोग किया गया । खारा के साथ सतह functionalizing करके, एक फिसलन सतह सिलिकॉन तेल जोड़कर तैयार किया गया था । तैयार फिसलन सतह पानी के लिए विरोधी गीला संपत्ति बनाए रखा, यहां तक कि जब सतह 300 डिग्री सेल्सियस के लिए गर्म किया गया था । इसके अलावा, फिसलन सतह उच्च तापमान पर नरम ऊतकों पर महान विरोधी आसंजन प्रभाव का प्रदर्शन किया । स्टेनलेस स्टील पर फिसलन सतह के इस प्रकार के चिकित्सा उपकरणों, यांत्रिक उपकरण, आदिमें आवेदन किया है

Introduction

तरल पदार्थ और कोमल ऊतकों के साथ प्रयोग के लिए उच्च तापमान पर विरोधी आसंजन सतहों electrosurgical उपकरणों, इंजन, पाइपलाइनों आदि में उनके व्यापक आवेदन क्षमता की वजह से काफी रुचि प्राप्त की है । 1 , 2 , 3 , 4. प्रेरित सतहों, विशेष रूप से superhydrophobic सतहों, क्योंकि उनके उत्कृष्ट विरोधी गीला क्षमताओं और स्वयं सफाई गुण5के आदर्श विकल्प माना जाता है । superhydrophobic सतहों में, विरोधी गीला करने की क्षमता सतह संरचना में बंद हवा के लिए जिंमेदार माना किया जाना चाहिए । हालांकि, superhydrophobic राज्य अस्थिर है क्योंकि यह केसीए-तीत अवस्था6,7में है । इसके अलावा, उच्च तापमान पर, तरल बूंदों के लिए विरोधी गीला केसीए-तीत से Wenzel राज्य के लिए गीला राज्य संक्रमण के कारण असफल हो सकता है8। इस गीला संक्रमण संरचनाओं, जो जगह में हवा बंद करने के लिए विफलता में परिणाम में गीला छोटे तरल छोटी बूंद से प्रेरित है ।

हाल ही में, घड़ा संयंत्र, Nepenthes, वोंग एट अल के peritome के फिसलन गुणों से प्रेरित है । एक अवधारणा की सतह संरचनाओं9में एक स्नेहक infusing द्वारा फिसलन सतहों का निर्माण करने के लिए रिपोर्ट,10 ,11. केशिका बल के कारण, संरचनाओं मजबूती से जगह में स्नेहक पकड़ कर सकते हैं, बस के रूप में superhydrophobic सतहों पर बंद हवा जेब में । इस प्रकार, स्नेहक और सतह संरचनाओं एक स्थिर ठोस/ जब स्नेहक सतह संरचना के लिए एक तरजीही संबध है, समग्र सतह पर तरल छोटी बूंद आसानी से स्लाइड कर सकते हैं, केवल एक बहुत कम संपर्क कोण हिस्टैरिसीस (उदा, ~ 2 °)12के साथ । यह स्नेहक परत भी उल्लेखनीय विरोधी गीला क्षमताओं13है, चिकित्सा उपकरणों14,15के लिए महान क्षमता का प्रदर्शन करने की सतह सक्षम बनाता है । हालांकि, फिसलन सतहों पर पिछले अध्ययन मुख्य रूप से कमरे के तापमान या कम तापमान पर आवेदन के लिए तैयारी पर ध्यान केंद्रित किया । उच्च तापमान प्रतिरोध के साथ फिसलन सतहों की तैयारी पर बहुत कुछ अध्ययन कर रहे हैं । उदाहरण के लिए, झांग एट अल. दिखाया गया है कि स्नेहक की तेजी से वाष्पीकरण तेजी से भी थोड़ा उच्च तापमान16पर फिसलन संपत्ति की विफलता का कारण बनता है ।

उच्च तापमान प्रतिरोध के साथ फिसलन सतहों आवेदन क्षमता को चौड़ा कर सकते हैं; उदाहरण के लिए, वे तरल बाधाओं के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता electrosurgical साधन युक्तियां करने के लिए नरम ऊतक आसंजन कमी । शल्य चिकित्सा के दौरान, गंभीर कोमल ऊतक आसंजन electrosurgical साधन सुझावों के उच्च तापमान की वजह से होता है । कोमल ऊतक जली जा सकता है, यह साधन टिप है, जो तो टिप17,18,19के आसपास नरम ऊतक आंसू का पालन करने के लिए कारण । electrosurgical साधन टिप पर पालन नरम ऊतक नकारात्मक आपरेशन को प्रभावित करता है और यह भी रक्तस्तम्भन19,20की असफलता पैदा कर सकता है । ये प्रभाव लोगों के स्वास्थ्य और आर्थिक हित को काफी नुकसान पहुंचाते हैं । इसलिए, electrosurgical उपकरणों के लिए नरम ऊतक आसंजन के मुद्दे को सुलझाने बहुत जरूरी है । वास्तव में, फिसलन सतहों के लिए इस समस्या को हल करने का अवसर प्रदान करते हैं ।

यहां, हम उच्च तापमान पर उपलब्ध फिसलन सतहों बनाना एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं । स्टेनलेस स्टील अपनी उच्च तापमान प्रतिरोध की वजह से सतह सामग्री के रूप में चुना गया था । स्टेनलेस स्टील photolithography-असिस्टेड रासायनिक नक़्क़ाशी द्वारा roughened था । फिर, सतह एक संगत सामग्री के साथ कार्यात्मक था, खारा octadecyltrichlorosilane (ओटीएस)21,22,23,24. एक फिसलन सतह सिलिकॉन तेल जोड़कर तैयार किया गया था । इन सामग्रियों फिसलन सतह उच्च तापमान प्रतिरोध को प्राप्त करने के लिए सक्षम होना चाहिए । उच्च तापमान और नरम ऊतक पर विरोधी आसंजन प्रभाव पर विरोधी गीला संपत्ति की जांच की गई । परिणाम फिसलन सतहों का उपयोग करने के लिए उच्च तापमान पर विरोधी आसंजन समस्या को हल करने की क्षमता दिखाते हैं ।

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Protocol

1. स्टेनलेस स्टील पर Photolithography

  1. एक यांत्रिक ड्राइंग सॉफ्टवेयर का उपयोग कर photomask डिजाइन और एक photomask प्रिंटर4के लिए प्रस्तुत करके डिजाइन बनाना ।
  2. स्टेनलेस स्टील (316 SS धो; lengthx चौड़ाई: 4 सेमी x 4 सेमी, मोटाई: 1 मिमी) यह क्षारीय समाधान (50 ग्राम/l NaOH और 40 ग्राम/एल ना2सह3) में धोने के द्वारा 15 मिनट के लिए कमरे के तापमान पर तेल दूषित पदार्थों को दूर करने के लिए ।
  3. अल्ट्रासोनिक सफाई एक अल्ट्रासोनिक सफाई मशीन में प्रदर्शन करके स्टेनलेस स्टील अच्छी तरह से साफ (कार्य आवृत्ति: 40 KHz, अल्ट्रासोनिक शक्ति: 500 डब्ल्यू) । यह क्रमिक रूप से कुल्ला पानी के साथ, n-hexane, एसीटोन, और 10 मिनट प्रत्येक के लिए इथेनॉल ।
  4. इसे 30 मिनट के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर रखकर स्टेनलेस स्टील को सुखाएं । एल्यूमीनियम (अल) पन्नी के एक पत्रक के साथ इसे कवर करके स्टेनलेस स्टील की रक्षा ।
  5. एक स्पिन कोट के केंद्र पर स्टेनलेस स्टील प्लेस । स्टेनलेस स्टील पर सकारात्मक photoresist (के बारे में 1 एमएल) जमा करने के लिए एक ड्रॉपर का प्रयोग करें, केंद्र से किनारे करने के लिए, जब तक photoresist पूरी तरह से स्टेनलेस स्टील को शामिल किया गया । photoresist में बुलबुला गठन से बचें ।
    1. प्रदर्शन स्पिन-कोटिंग, 700 rpm/मिनट की गति के साथ पहले 6 एस के लिए, स्पिन चक्र शुरू करने के लिए, और फिर 1,500 rpm/मिनट 15 एस के लिए की गति के साथ, के लिए समान रूप से photoresist फैल गया ।
  6. वैक्यूम वाल्व रिलीज और चिमटी की एक जोड़ी का उपयोग कर स्टेनलेस स्टील पुनः प्राप्त । photoresist सेंकना करने के लिए 2 मिनट के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर स्टेनलेस स्टील प्लेस ।
  7. एक photolithography मशीन के वैक्यूम वाल्व पर स्टेनलेस स्टील प्लेस । photolithography मशीन के एक्सपोजर टाइम को 25 एस में सेट करें ।
    नोट: यहाँ, photolithography मशीन एक संपर्क संरेखण के साथ एक पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश तरंग दैर्ध्य 254 एनएम और 13 मेगावाट की हल्की तीव्रता/
  8. स्टेनलेस स्टील रिलीज और यह यूवी प्रकाश को उजागर बिना photoresist को दूर करने के लिए 1 मिनट के लिए डेवलपर समाधान में जगह है । डेवलपर समाधान से स्टेनलेस स्टील निकालें, यह पानी के साथ धो, और N2 गैस के नीचे सूखी ।
  9. 2 मिनट के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर सेंकना करने के लिए एक गर्म थाली पर स्टेनलेस स्टील प्लेस ।
  10. प्राप्त photoresist बनावट निरीक्षण करने के लिए स्टेनलेस स्टील की सतह का पालन करने के लिए 100x के एक इज़ाफ़ा के साथ एक ईमानदार खुर्दबीन का प्रयोग करें ।

2. स्टेनलेस स्टील के रासायनिक नक़्क़ाशी

  1. एक 500 मिलीलीटर चोंच में 200 मिलीलीटर (400 ग्राम/l FeCl3, 20 ग्राम/एल फॉस्फोरस एसिड, और 100 ग्राम/l हाइड्रोक्लोरिक एसिड) की मात्रा के साथ एक रासायनिक नक़्क़ाशी समाधान तैयार करें ।
  2. 10 मिनट के लिए रासायनिक समाधान में photoresist बनावट के साथ स्टेनलेस स्टील प्लेस । स्टेनलेस स्टील के टुकड़ों को एक दूसरे से संपर्क करने की अनुमति न दें । एक समय में अधिकतम चार स्टेनलेस स्टील के टुकड़े रखें ।
  3. चिमटी का उपयोग कर रासायनिक नक़्क़ाशी स्टेनलेस स्टील के बाहर ले लो, 1 मिनट के लिए पानी के साथ टुकड़े धो, और एन2 गैस के साथ उंहें सूखी ।
  4. 5 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिक सफाई के लिए एसीटोन में स्टेनलेस स्टील के विलय द्वारा photoresist बनावट निकालें । फिर, N2 गैस के साथ रासायनिक नक़्क़ाशी स्टेनलेस स्टील सूखी ।

3. ओटीएस आत्म विधानसभा रासायनिक नक़्क़ाशी स्टेनलेस स्टील पर

  1. साफ पानी की एक सतत स्ट्रीम के साथ रासायनिक धंसा स्टेनलेस स्टील, N2 गैस के साथ सूखा, और 30 मिनट के लिए 100 ° c पर एक गर्म थाली पर यह जगह पूरी तरह से सूखी सतह ।
  2. Hydroxylate एक आरएफ प्लाज्मा मशीन में एक ओ2 प्लाज्मा उपचार के साथ रासायनिक नक़्क़ाशी स्टेनलेस स्टील, 10 मिनट के लिए 100 डब्ल्यू के एक आरएफ शक्ति के साथ, 100 mbar की एक प्रणाली के दबाव, और 20 sccm की एक प्रवाह दर ।
  3. एक यूरिन में निर्जल टोल्यूनि में 1 एमएम ओटीएस सॉल्यूशन तैयार करें । घोल तैयार करने से पहले चोंच को अच्छी तरह सुखा लें ।
  4. कमरे के तापमान पर 4 घंटे के लिए ओटीएस समाधान के साथ रासायनिक नक़्क़ाशी स्टेनलेस स्टील कुल्ला । एक सीलबंद बैग में यूरिन को रखें । स्टेनलेस स्टील के टुकड़ों को एक दूसरे से संपर्क करने की अनुमति नहीं है ।
  5. स्टेनलेस स्टील निकालें, 10 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिक सफाई प्रदर्शन करके निर्जल टोल्यूनि के साथ यह साफ है, और N2 गैस के साथ सूखी ।

4. फिसलन सतह की तैयारी

  1. जमा लगभग 10 मिलीलीटर/सेमी2 सिलिकॉन तेल (चिपचिपापन: 350 सीएसटी; भूतल तनाव: २१.१ mN-लेपित, एक ड्रॉपर का उपयोग कर रासायनिक नक़्क़ाशी स्टेनलेस स्टील पर ।
  2. स्टेनलेस स्टील सतह पर सिलिकॉन तेल की गीला प्रक्रिया का पालन करने के लिए एक ऑप्टिकल stereomicroscope का प्रयोग करें (10x का इज़ाफ़ा).
  3. 1 एच के लिए एक ऊर्ध्वाधर स्थिति में स्टेनलेस स्टील रखकर अतिरिक्त सिलिकॉन तेल निकालें ।

5. फिसलन सतहों पर पानी फिसलने व्यवहार की जांच

  1. फिसलन सतह पर एक 4-µ एल पानी छोटी बूंद जमा । एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत स्टेनलेस स्टील प्लेस और ~ 2 ° द्वारा सब्सट्रेट झुकाव ।
  2. पानी की बूंदा एक कम आवर्धन (50x) पर फिसलन सतह पर फिसलने की जांच करने के लिए कि फिसलन सतह आसान फिसलने संपत्ति है कल्पना ।

6. उच्च तापमान पर फिसलन सतह पर विरोधी गीला का विश्लेषण

  1. चिमटी का उपयोग कर एक गर्म प्लेट पर एक फिसलन सतह के साथ स्टेनलेस स्टील प्लेस । विभिंन तापमान पर विरोधी गीला व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए अलग उच्च तापमान (यानी, 200 डिग्री सेल्सियस, 250 डिग्री सेल्सियस, और 300 डिग्री सेल्सियस) पर गर्म थाली सेट करें ।
    नोट: हाथों से उच्च तापमान स्टेनलेस स्टील को सीधे स्पर्श न करें ।
  2. फिसलन सतह पर एक 10-µ एल पानी छोटी बूंद जमा करने के लिए एक माइक्रो सिरिंज का प्रयोग करें ।
    नोट: पानी की छोटी बूंद छोड़ने से पहले, फिसलन सतह के तापमान संतुलन तक पहुंच जाना चाहिए ।
  3. 500 हर्ट्ज के फ्रेम दर पर पानी छोटी बूंद आंदोलन रिकॉर्ड करने के लिए एक उच्च गति कैमरे का उपयोग करें ।
    1. एक तिपाई के लिए कैमरा ठीक है और स्टेनलेस स्टील की ओर कैमरे के लेंस प्रत्यक्ष । एक स्पष्ट पानी छोटी बूंद छवि प्राप्त करने के लिए कैमरे का ध्यान समायोजित करें । कैमरे की शुरुआत बटन धक्का से स्टेनलेस स्टील की सतह पर पानी छोटी बूंद की आवाजाही रिकॉर्ड । पानी की छोटी बूंद से स्टेनलेस स्टील स्लाइड रिकॉर्डिंग को पूरा करने के लिए जब कैमरे के अंत बटन पुश ।

7. नरम ऊतक पर फिसलन सतह के विरोधी आसंजन प्रभाव का विश्लेषण

  1. एक जोड़ तोड़ का प्रयोग करें, एक डायनामामीटर, एक गर्म थाली, और एक स्थिर एक आसंजन बल माप मंच4स्थापित करने के लिए स्थिरता, के रूप में चित्र 3ए में दिखाया गया है ।
  2. टेस्ट सरफेस को हॉट प्लेट पर लगाएं । प्लेट पर स्टेनलेस स्टील को ठीक करने के लिए एक क्लैंप का प्रयोग करें । एक निश्चित उच्च तापमान (जैसे, 300 डिग्री सेल्सियस) के लिए परीक्षण सतह गर्मी ।
    नोट: परीक्षण सतह बारीकी से फिसलन सतह के लिए कुशल गर्मी परिवहन सुनिश्चित करने के लिए गर्म थाली से संपर्क करना चाहिए ।
  3. डायनामामीटर को जोड़ तोड़ को ठीक करें । एक सिलेंडर टेबल (व्यास: 2 सेमी) एक बल सिर के साथ एक नरम ऊतक तय मंच के रूप में कार्य करने के लिए कनेक्ट ।
  4. नरम ऊतक को ठीक करें (जैसे, चिकन स्तन; लंबाई: 5 सेमी, चौड़ाई: 2 सेमी, मोटाई: 3 मिमी) एक पतली तार का उपयोग कर सिलेंडर टेबल पर । सुनिश्चित करें कि कोमल ऊतक की सतह भी लगभग है ।
  5. 1 mm/s की गति से परीक्षण सतह पर नरम ऊतक लोड जब तक डायनामामीटर एक निश्चित अधिकतम बल (उदा, 4.5 N) जोड़ तोड़ के गति बटन घूर्णन द्वारा पहुंचता है । फिर, एक ही गति से नरम ऊतक उतारना ।
  6. एक कंप्यूटर एक डेटा संचरण लाइन का उपयोग कर डायनामामीटर से कनेक्ट करें और नरम ऊतक और परीक्षण सतह के बीच वास्तविक समय बल रिकॉर्ड ।

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Representative Results

फिसलन सतह ओटीएस-लेपित, रासायनिक नक़्क़ाशी स्टेनलेस स्टील के लिए सिलिकॉन तेल जोड़ने के द्वारा तैयार किया गया था । उनके समान रासायनिक गुणों के कारण, सतह पूरी तरह से सिलिकॉन तेल से गीला हो गया था । गीला प्रक्रिया चित्रा 1aमें दिखाया गया है । लाल बिंदीदार रेखा गीला लाइन के निशान । गीला करने के बाद, एक दिखाई तेल परत सूखी सतह से प्रतिष्ठित किया जा सकता है । तैयार फिसलन सतह की फिसलन संपत्ति लगभग 2 डिग्री का एक कोण के साथ फिसलन सतह पर एक पानी की छोटी बूंद जमा करके जांच की थी । चित्र 1b फिसलन सतह पर सीटू पानी छोटी बूंद आंदोलन में दिखाता है । पीला बिंदीदार रेखा संपर्क लाइन के निशान है, और परिणाम पानी छोटी बूंद तैर दिखाने के लिए और फिसलन सतह पर फिसलने ।

उच्च तापमान पर एक पानी छोटी बूंद पर तैयार फिसलन सतह के विरोधी गीला व्यवहार की जांच की थी । फिसलन सतह अलग तापमान को गर्म किया गया था और पानी की बूंदों सतह पर जमा थे । 200 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 2a), पानी छोटी बूंद पहले मजबूती से सतह से संपर्क किया, और फिर छोटी बूंद और सतह के बीच संपर्क क्षेत्र में कमी आई । के बारे में ६,२०० ms के बाद, पानी छोटी बूंद सतह से स्लाइड करने के लिए शुरू किया । 250 ° c (चित्रा बी) से कम, पानी छोटी बूंद सतह के साथ एक बहुत छोटे प्रारंभिक संपर्क क्षेत्र था । के बारे में 800 ms के बाद, पानी की छोटी बूंद सतह से स्लाइड करने के लिए शुरू किया । 300 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 2c) में पानी छोटी बूंद के तुरंत जमा होने के बाद अस्थिर संपर्क किया था और तेजी से सिर्फ 250 एमएस के बाद फिसलन सतह से गिरावट ।

एक नरम ऊतक पर फिसलन सतह के विरोधी आसंजन प्रभाव आसंजन बल को मापने के द्वारा मूल्यांकन किया गया था । हम हीटिंग और हेरफेर सिस्टम (चित्र 3ए) के संयोजन के द्वारा एक आसंजन बल माप मंच की स्थापना की । नरम ऊतक डायनामामीटर, जो जोड़ तोड़ से जुड़ा था पर तय किया गया था, और परीक्षण सतह एक गर्म थाली पर तय किया गया था । चिकन स्तन अपने शुद्ध ऊतक की वजह से प्रतिनिधि के रूप में चुना गया था । 4.5 N के दबाव में परीक्षण सतह पर नरम ऊतक लदान के बाद, उतराई प्रक्रिया नरम ऊतक और परीक्षण सतह के बीच एक आसंजन बल उत्पंन । परिणाम चित्र बीमें दिखाए जाते हैं । आसंजन बलों में क्रमशः 0.80 ± 0.18 n और 0.04 ± 0.02 n चिकनी स्टेनलेस स्टील और फिसलन सतहों पर थे । आसंजन बल फिसलन सतह पर है कि चिकनी स्टेनलेस स्टील की सतह पर की तुलना में परिमाण के एक आदेश से कम ।

Figure 1
चित्र 1. फिसलन सतह और उसकी फिसलन संपत्ति के गठन की प्रक्रिया । (एक) ओटीएस पर सिलिकॉन तेल की गीला प्रक्रिया-लेपित, रासायनिक नक़्क़ाशी स्टेनलेस स्टील । सतह पूरी तरह से है कि ओटीएस आणविक परत और सिलिकॉन तेल के बीच समान रासायनिक गुणों के कारण सिलिकॉन तेल से गीला हो सकता है । (ख) पानी छोटी बूंद सिलिकॉन तेल पर तैर और अपनी आसान संपत्ति फिसलने दिखा । स्टेनलेस स्टील के लगभग 2 डिग्री के एक झुकाव कोण है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. उच्च तापमान पर एक पानी छोटी बूंद के साथ फिसलन सतह के विरोधी गीला व्यवहार । विभिन्न उच्च तापमान पर एक क्षैतिज फिसलन सतह पर जमा होने के बाद पानी छोटी बूंद आंदोलन: (एक) 200 डिग्री सेल्सियस, (ख) 250 डिग्री सेल्सियस, और (सी) 300 ° c. सभी पानी की बूंदों एक निश्चित समय के बाद फिसलन सतह गिरावट, और पानी छोटी बूंद के लिए आवश्यक समय दूर स्लाइड को बढ़ाने के साथ सतह के तापमान में कमी आई । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. उच्च तापमान पर एक नरम ऊतक के साथ फिसलन सतह के विरोधी आसंजन मूल्यांकन । (क) आसंजन बल माप मंच की योजनाबद्ध । नरम ऊतक परीक्षण सतह एक डायनामामीटर से जुड़े एक जोड़ तोड़ का उपयोग कर पर लोड किया गया था । आसंजन बल कंप्यूटर को प्रेषित किया गया । (ख) कोमल ऊतक और परीक्षण सतह के बीच आसंजन बल । नरम ऊतक परीक्षण सतह पर 300 डिग्री सेल्सियस की सतह के तापमान पर लोड किया गया था । फिसलन सतह पर आसंजन बल की तुलना में परिमाण के एक आदेश के बारे में कम किया गया था कि चिकनी स्टेनलेस स्टील की सतह पर । दिखाए गए त्रुटि पट्टियां औसत मानक विचलन (SD) हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

उच्च तापमान प्रतिरोध के साथ एक फिसलन सतह के निर्माण के लिए इस पांडुलिपि विवरण प्रोटोकॉल । हमारे तैयार सतह की फिसलन संपत्ति एक पानी छोटी बूंद की आसान फिसलने व्यवहार देख कर प्रदर्शन किया गया । फिर, विभिंन उच्च तापमान पर तैयार फिसलन सतह के विरोधी गीला गर्म सतह पर एक पानी की बूंदें जमा करके जांच की थी । परिणामों से पता चलता है कि तैयार फिसलन सतह अपनी फिसलन संपत्ति बनाए रखा जब भी यह 300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म किया गया था । हम भी नरम ऊतक पर फिसलन सतह के विरोधी आसंजन प्रभाव निर्धारित किया है ।

superhydrophobic सतह के विपरीत, फिसलन सतह पर सतह संरचनाओं संचार स्नेहक के लिए होल्डिंग संरचनाओं के रूप में कार्य करते हैं । एक पिछले अध्ययन के25के अनुसार, सिलिकॉन तेल के लिए ओटीएस लेपित सतह के तरजीही संबंध की वजह से, एक पानी छोटी बूंद सिलिकॉन तेल संचार सतह संरचना पर तैरता है, के रूप में आंकड़ा 1bमें प्रदर्शन किया । इसके अलावा, इस तरल/तरल/ठोस अंतरफलक सतह एक बहुत कम संपर्क कोण हिस्टैरिसीस तरल बूंदों के लिए सिलिकॉन तेल के साथ immiscible देता है । इसलिए, पानी की छोटी बूंद आसानी से के रूप में तैयार फिसलन सतह पर स्लाइड सकता है ।

स्टेनलेस स्टील सब्सट्रेट के उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध की वजह से, कार्यात्मक परत ओटीएस, और सिलिकॉन तेल संचार, तैयार फिसलन सतह बहुत उच्च तापमान पर अपनी फिसलन संपत्ति बनाए रख सकते हैं । हालांकि, उच्च तापमान पर, पानी की छोटी बूंद सतह पर स्लाइड नहीं है, लेकिन यह सतह पर रोल कर सकते हैं । परिणाम Leidenfrost प्रभाव को जिंमेदार माना जा सकता है 26 । उच्च तापमान पर, सिलिकॉन तेल और पानी लुप्त हो जाना, और भाप पानी छोटी बूंद और सिलिकॉन तेल परत के बीच एक वाष्प परत फार्म कर सकते हैं । वास्तव में, सिलिकॉन तेल और पानी छोटी बूंद के वाष्पीकरण बढ़ते तापमान के साथ वृद्धि हुई है । इसलिए, उच्च तापमान पर हवा परत पानी छोटी बूंद और सिलिकॉन तेल के बीच सीधे संपर्क को रोकने के लिए एक बेहतर क्षमता है । पानी की छोटी बूंद के समान 300 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 2c) में सतह पर रोलिंग, पानी की छोटी बूंद लगभग हवा परत पर मंगाई । संपर्क बहुत अस्थिर था, और इस तरह यह तेजी से सतह से गिरावट ।

स्नेहक परत भी नरम ऊतक के लिए एक विरोधी आसंजन बाधा के रूप में कार्य कर सकते हैं । नरम ऊतक पर फिसलन सतह के विरोधी आसंजन प्रभाव की जांच करने के लिए एक आसंजन बल माप मंच की स्थापना की गई थी । शुद्ध ऊतक के कारण, चिकन स्तन प्रयोगात्मक कोमल ऊतक के रूप में चुना गया था । नरम ऊतक चिकनी स्टेनलेस स्टील की सतह पर और फिसलन सतह पर लोड किया गया था । परिणाम फिसलन सतह पर आसंजन बल की एक महत्वपूर्ण कमी (यानी, 0.80 ± 0.18 n से चिकनी सतह पर 0.04 ± 0.02 n करने के लिए फिसलन सतह पर) प्रदर्शित करता है । इस अवधारणा electrosurgical उपकरणों पर नरम ऊतक आसंजन समस्या को सुलझाने में नए अंतर्दृष्टि प्रदान करता है । क्योंकि सिलिकॉन तेल और ओटीएस22,27संगत कर रहे हैं, हमारे विधि monopolar स्केलपेल और अल्ट्रासोनिक स्केलपेल सहित electrosurgical उपकरणों के लिए लागू किया जा सकता है ।

इसके अलावा, हमारी विधि बहुत आसान है, और यह आगे सरल किया जा सकता है । स्तंभ संरचना सतह और अधिक सिलिकॉन तेल पकड़ करने के लिए सक्षम बनाता है, और अधिक सिलिकॉन तेल कुशलतापूर्वक कोमल ऊतकों के लिए एक बाधा के रूप में कार्य कर सकते हैं । हालांकि, अगर वहां इतना सिलिकॉन तेल के लिए कोई ज़रूरत नहीं है, जैसे जब यह एक पानी छोटी बूंद के विरोधी गीला के लिए इस्तेमाल किया, स्टेनलेस स्टील सीधे रासायनिक नक़्क़ाशी द्वारा roughened जा सकता है । सरलीकृत विधि सरल है और एक घुमावदार सतह सहित विभिन्न सतह प्रकार, करने के लिए लागू किया जा सकता है । यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सिलिकॉन तेल जब सतह एक उच्च तापमान को गर्म है, और फिसलन संपत्ति अंत में एक निश्चित समय के बाद विफल हो जाएगा लुप्त हो जाएगा । लेकिन सतह के लिए सिलिकॉन तेल जोड़कर, यह फिसलन संपत्ति हासिल करेंगे । हमारे प्रोटोकॉल के महत्वपूर्ण कदम सतह संरचनाओं, जो फिसलन सतह के अंतिम फिसलन संपत्ति निर्धारित करता है पर ओटीएस कोटिंग्स की तैयारी है । इस प्रकार, ओटीएस विधानसभा चरण सावधानी से किया जाना चाहिए ।

फिसलन सतहों आत्म सफाई, विरोधी आसंजन, विरोधी टुकड़े, आदिप्राप्त करने के लिए एक उभरती हुई कार्यात्मक सतह रहे हैं यह आसान निर्माण, अलग तरल पदार्थ, अच्छा दबाव स्थिरता, और आत्म चिकित्सा के लिए मजबूत repellence सहित कई फायदे हैं । हमारी सीधी विधि उच्च तापमान प्रतिरोध के साथ एक फिसलन सतह का निर्माण करने के लिए एक रास्ता प्रदान करता है । हमें विश्वास है कि प्रस्तावित विधि चिकित्सा उपकरणों, इंजन, गर्म पानी की पाइपलाइनों आदि में फिसलन सतह आवेदन कर सकेंगे ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन ऑफ चाइना (ग्रांट No. ५१२९०२९२) द्वारा समर्थित किया गया था और पीएचडी छात्रों के लिए BUAA की अकादमिक उत्कृष्टता फाउंडेशन द्वारा भी समर्थन किया गया था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Stainless steel Hongtu Corporation 316 Use as received
Octadecyltrichlorosilane Huaxia Reagent 112-04-9 Use as received
Photoresist Kempur Microelectronic Corporation 317S Use as received
Silicone oil Beijing Chemical Works 350 cst Use as received
Anhydrous toluene Beijing Chemical Works 108-88-3 Use as received
Phosphoric acid (H3PO4) Tianjin Chemical Corporation 7664-38-2 Use as received
Hydrochloric acid (HCl) Tianjin Chemical Corporation 7647-01-0 Use as received
Ferric chloride (FeCl3) Tianjin Chemical Corporation 7705-08-0 Use as received
Optical upright microscope Olympus BX51
Optical stereo microscope Olympus SZX16
High speed camera Olympus i-SPEED LT
Ultrasonic cleaner KUNSHAN ULTRASONIC INSTRUMENTS CO. LTD KQ-500E
Dynamometer Yueqing Handapi Instruments Co. Ltd HP-5
Manipulator Yueqing Handapi Instruments Co. Ltd HLD
Hot plate Shenzhen Jingyihuang Corporation DRB-1

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इंजीनियरिंग अंक 133 फिसलन सतह विरोधी आसंजन उच्च तापमान स्टेनलेस स्टील फोटोग्राफ़ी रासायनिक नक़्क़ाशी
तैयारी और स्टेनलेस स्टील पर एक फिसलन सतह के उच्च तापमान विरोधी आसंजन व्यवहार
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Zhang, P., Huawei, C., Liu, G.,… More

Zhang, P., Huawei, C., Liu, G., Zhang, L., Zhang, D. Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel. J. Vis. Exp. (133), e55888, doi:10.3791/55888 (2018).

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