Summary
Um protocolo simples é fornecido para a fabricação de estruturas de hemiwicking de diferentes tamanhos, formas e materiais. O protocolo usa uma combinação de física de carimbo, PDMS de moldagem e modificações de superfície de película fina através de técnicas comuns de materiais deposição.
Abstract
Hemiwicking é um processo onde um líquido molha uma superfície padronizada para além do seu comprimento normal umectante devido a uma combinação de ação capilar e embebição. Este fenômeno de umectante é importante em muitos campos técnicos variando de Fisiologia a engenharia aeroespacial. Atualmente, várias técnicas diferentes existem para a fabricação de estruturas de hemiwicking. Estes métodos convencionais, no entanto, muitas vezes são demorados e são difíceis de aumentar para grandes áreas ou são difíceis de personalizar para geometrias de padronização específica, heterogêneos. O protocolo apresentado fornece a pesquisadores com um simples, escalável e cost-effective método para fabricação de superfícies de hemiwicking micromodelados. O método fabrica wicking estruturas através da utilização de revestimentos de superfície de película fina, polydimethylsiloxane (PDMS) moldagem e impressão do selo. O protocolo é demonstrado por hemiwicking com etanol em matrizes PDMS micropillar revestido com um 70 nm alumínio de espessura película fina.
Introduction
Recentemente, tem havido crescente interesse no poder tanto activa e passivamente, controlar a molhadela, evaporação e mistura de líquidos. Hemiwicking exclusivamente texturizados superfícies fornecem uma solução de romance para técnicas de resfriamento, porque essas superfícies texturizadas atuam como uma bomba de líquido (e/ou calor), sem partes móveis. Este movimento do fluido é impulsionado por uma cascata de eventos de ação capilar associada a curvatura dinâmica do líquido fino-filme. Em geral, quando um líquido molha uma superfície sólida, um curvado líquido filme fino (isto é, líquido do menisco) rapidamente forma. O perfil de curvatura e espessura fluida evoluem até atingir um mínimo de energia livre. Para referência, este perfil dinâmico umectante pode decair rapidamente a dezenas de nanômetros de espessura dentro de uma abrangência (fluido-molhamento) escala de comprimento de apenas dezenas de micrômetros. Assim, nesta região (líquido-filme) transitória pode sofrer alterações significativas na curvatura da interface do líquido. Região da transição (película fina) é onde se origina quase toda a dinâmica física e química. Em particular, a região da transição (película fina) é onde as taxas de evaporação máxima (1), gradientes de pressão (2) dis-ingresso e gradientes de pressão (3) hidrostática são encontrados1,2. Como resultado, curvas líquido-filmes desempenham um papel vital no transporte térmico, separação de fases, instabilidades fluidas e a mistura de fluidos multi-componentes. Por exemplo, no que diz respeito a transferência de calor, os fluxos de calor de parede mais alta têm sido observados nesta região de filme fino altamente curvado, transição3,4,5,6,7.
Hemiwicking os estudos recentes têm mostrado que a geometria (por exemplo, altura, diâmetro, etc.) e a colocação dos pilares determinam o perfil frontal de umectação e velocidade do fluido atravessa as estruturas8. Como fluida frente está evaporando fora da extremidade da última estrutura em uma matriz, a frente de fluido é mantida a uma distância constante e curvatura, como o líquido evaporado está sendo substituído pelo líquido armazenado na wicking estruturas9. Hemiwicking estruturas também utilizámos em tubulações de calor e em superfícies fervente para analisar e melhorar os mecanismos de transferência de calor diferentes. 10 , 11 , 12.
Um método usado atualmente para criar estruturas wicking é impressão térmica litografia13. Este método é executado pelo carimbo o layout desejado em uma camada de resistir numa amostra de molde de silicone com um carimbo de polímero termoplástico e, em seguida, remover o selo para manter as microestruturas. Uma vez retirada, a amostra é colocada através de um íon reativo, gravando o processo para remover qualquer excesso resist camada14,15. Este processo, no entanto, pode ser sensível à temperatura de fabricação das estruturas wicking e inclui várias etapas que utilizam vários revestimentos para garantir a exactidão do wicking estruturas16. É também o caso de técnicas de litografia não são práticas para macroescala, padronização; enquanto eles ainda oferecem uma maneira de criar um padrão de microestruturas sobre uma superfície, a taxa de transferência deste procedimento é distante menos do que ideal para a reprodução em grande escala. Considerando em grande escala, reprodutível texturização, tais como revestimento de spin ou mergulho, há uma inerente falta de padronização controlável. Esses métodos criar uma matriz aleatória de microestruturas sobre a superfície do alvo, mas podem ser escalados para cobrir áreas vastamente maiores do que as técnicas de litografia tradicional17.
O protocolo descrito dentro deste relatório tenta combinar os pontos fortes dos métodos tradicionais de texturização, eliminando simultaneamente as deficiências específicas de cada um; Ele define uma maneira de fabricar estruturas de personalizada hemiwicking de diferentes alturas, formas, orientações e materiais em macroescala e com potencialmente alto throughput. Vários testes padrões wicking podem ser rapidamente criados para fins de otimização de absorção características, tais como o controle direcional da velocidade do fluido, propagação e mistura de diferentes fluidos. O uso de diferentes estruturas wicking também pode fornecer diferentes espessura de película fina e perfis de curvatura, o que podem ser usados para estudar sistematicamente o acoplamento entre o calor e transferência de massa com diferentes espessuras e perfis de curvatura do líquido menisco.
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Protocol
1. criar o mapa de padronização
- Usando um editor de gráficos, crie o padrão desejado para as estruturas hemiwicking, representada como uma imagem bitmap.
Nota: Alguns dos parâmetros de projeto wicking (i.e., ângulo de gradiente, gradiente de profundidade) podem ser feita depender os valores de tons de cinza, atribuídos a cada pixel. Esses valores de tons de cinza são então editados para modificar o parâmetro desejado. - Salvar o bitmap como um gráfico de rede portátil (. png) e coloque o arquivo em uma pasta prontamente disponível.
2. colocar o plástico ser carimbados para moldagem
- Começar por traduzir o carimbo pouco longe da área de trabalho para evitar qualquer contato acidental que pode causar ruptura da ponta (+ deslocamentoz , Figura 1).
- Fixe o plástico molde/wafer de uma placa de apoio para carimbar subsequentes no x, y estágio da tradução de carimbo (ver Figura 1). Fixe a placa de amostra/apoio para o x, y motorizados estágio carimbo (Figura 1)
- Alinhe o centro do molde plástico/wafer com o carimbo eixo da broca de carimbo. Isto é realizado através de informatizado ±x ±y deslocamentos e com o x, y motorizados estágio carimbo.
- Definição da palavra o carimbo bit para o molde plástico/bolacha (-z deslocamento, Figura 1) até que o bit de carimbo é quase em contacto com a superfície do molde/bolacha.
3. carimbo da amostra de plástica para moldagem de PDMS
- Usando o programa de controle de carimbo computadorizado, defina a distância entre o bit carimbo (ponta) e a superfície do molde plástico/bolacha.
- Definição da palavra o carimbo bit em pequenos incrementos (-deslocamento de δz , Figura 1) em direção à superfície da amostra até o ferramental está em contato com o plástico.
Nota: O bit deve apenas levemente, entre em contato com a superfície. - Após o contato, traduza o carimbo pouco longe a amostra para evitar qualquer contacto entre o bit e a amostra durante a translação posterior (δz ≈ 100 μm).
- Atribuir a uma distância de pixel (em microns), profundidade máxima e mínima da cavidade (em microns), ângulo máximo e mínimo (em graus), posição de pixels x e y inicial do padrão e limiar de pixel de qualquer patrocínio vinculado de escala de cinza para a estamparia procedimento.
- Carregar o mapa de padronização (criado no passo 1.1) para ser lido pelo programa. Com base na distância o pixel e o mapa de padronização, os locais de todos os selos são enviados para os motores de passo.
- Certifique-se que o laser de aquecimento está focado na ponta da broca de estampagem e somente ativa enquanto o bit carimbo está se movendo na direção e no molde plástico.
- Crie as cavidades pressionando o bit no plástico, seguindo o mapa de padronização para alcançar o padrão desejado hemiwicking.
- Remova o molde plástico carimbado para superfície posterior polimento e retoque.
- Polir a superfície do molde plástico usando 9000 grão, lixa mais fina de molhado/seco.
Nota: Como alternativa, malha micro abrasivos podem ser usado para garantir a remoção de depósitos de superfície que causa crateras em torno dos pilares no molde PDMS.
4. criar o molde de PDMS
- 2 g de base de elastômero e 0,2 g do agente de cura de elastômero despeje um copo e misture bem durante 3 min.
- Coloque a mistura em uma câmara de vácuo para liberar quaisquer bolhas de ar, pego na mistura; Esta etapa pode precisar ser repetida várias vezes.
Nota: Para amostras de diferentes requisitos do volume, ajuste a quantidade de agente de cura e base conforme a necessidade, mantendo uma proporção de 10:1. - Coloque o molde de plástico estampado em um recipiente murado, idealmente não muito maior que o diâmetro externo do molde, para a cura ocorra.
- Despeje a mistura PDMS livre de bolsões de ar para o plástico carimbado e dentro do contêiner. Despeje em uma espiral, a partir do centro da área carimbado, a tentativa de distribuir a mistura PDMS como igualmente possível.
- Repita a etapa 4.2 para qualquer bolsões de ar que pode ter sido formada de derramar a mistura sobre o padrão carimbado. Coloque a mistura PDMS e pedaço de plástico com padrão estampado em um prato quente e aqueça o conjunto a 100 ° C por 15 min. Em seguida, aqueça um adicional 25 min a 65 ° C.
- Permita que a mistura PDMS cool e cura por 20 min antes de manipulação.
- Corte as bordas do plástico PDMS longe da parede do recipiente e retire o plástico PDMS do molde. Armazene o plástico PDMS em um recipiente coberto para evitar partículas de poeira da coleta na superfície.
5. depositar o filme fino de Metal sobre o PDMS
- Coloca a amostra PDMS dentro da câmara de deposição, deixando espaço suficiente para o obturador ser aberto e fechado sem obstruções.
- Despressurize a câmara de deposição pelo menos 10 mTorr.
- Envolver o sistema de bomba seca e definir a taxa de rotação de 75 kRPM. Permitir que a câmara chegar a uma pressão da ordem de 10-8 Torr.
Nota: Isto irá remover a maioria dos contaminantes da câmara; processo pode levar até 12 h para completar. - Poder do resfriador e DC poder fornecem e ajustar a potência de 55 w.
- Abra a válvula de argônio ligeiramente e pressurizar a câmara da ordem de 10-3 Torr. Definir o kRPM de sistema 50 bomba seca e esperar até que seja alcançada esta velocidade estabelecida.
- Reduzir a potência de 35 W e despressurizar a câmara para 13 mTorr. Abra o obturador para plasma inflamado e iniciar o temporizador.
Nota: Plasma inflamado deve dar um brilho azul, incandescente. Temporizador deve ser definido para a espessura desejada de depósito de filme. Foi determinado que para 35 W e pressão de aproximadamente 13 mTorr, espera uma taxa de deposição de nm 7 por minuto. - Uma vez alcançada a espessura desejada, fechar o obturador e desligar a fonte de alimentação.
- Feche todas as válvulas dentro da câmara de deposição e desligar o sistema de bomba seca. Prazo para o ventilador seco-bomba parar por completo.
- Lentamente, pressurizar a câmara até que ele atinja a pressão atmosférica local e remover a amostra, armazenando-o para futuras experiências.
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Representative Results
A Figura 1 fornece um esquema de como o mecanismo de carimbo criaria o molde para as estruturas wicking sobre um molde de plástico. Para investigar a qualidade do aparato carimbo na fabricação de filmes wicking, criaram-se duas matrizes diferentes de pilar para analisar a qualidade dos pilares para futuros experimentos wicking. Aspectos do aparato investigado foram a precisão da altura dos pilares (com e sem um gradiente de profundidade), a qualidade dos pilares após a moldagem de PDMS, a qualidade dos pilares depois de processar a deposição por pulverização catódica e a capacidade do estruturas para criar hemi-wicking. Para fazer isso, duas variantes padrão que wicking foram criados, que exibido um gradiente de profundidade e outro de profundidade uniforme.
Figura 2a mostra o bitmap que foi usado para criar as profundidade e o ângulo de gradientes. Pode ser visto que cada coluna de pilar foi atribuída um valor de escala de cinza diferentes variando de 0 a 95. Isto foi feito para se ter uma profundidade diferente para cada coluna de pilar. Figuras 2b e 2C exibem os pilares sobre os PDMS criados pelo processo de moldagem. Isto confirma que foram usados os valores de escala de cinza a profundidade na moldagem de plástico e, portanto, a altura do pilar sobre a amostra PDMS de impacto. A tabela 1 descreve os dados a partir do gradiente de profundidade e mostra a porcentagem da altura do carimbo padrão esperada. Estes dados foram reunidos de medições em 50 pilares, ou uma matriz completa, exibida na Figura 2. A altura esperada do pilar com os valores de determinada escala de cinza foram calculados a partir da seguinte equação:
(1)
onde hexp é a altura esperada, máx h é a altura máxima, conforme definido pelo usuário, hmin é a altura mínima, conforme definido pelo usuário, PT é o limiar de pixel, conforme definido pelo usuário e GSV é a escala de cinza valor. Pode ser visto que para um valor de escala de cinza de zero (ou seja, preto), a altura esperada será a altura máxima e, enquanto o valor de escala de cinza é igual para o limiar de pixel, a altura esperada será a altura mínima.
A figura 3a mostra o arquivo de bitmap usado para criar uma matriz de estrutura maior wicking da altura do pilar constante. Cada pixel preto representa um local de cavidade, com a distância entre o carimba instâncias definidas no programa através da distância de pixel. Esta abordagem de binária, em contraste com a Figura 1a, cria uma matriz uniforme das alturas de ângulo e pilar. Figura 3b e 3C fornecem uma parte superior e lateral vista dos pilares, respectivamente. Pode ser visto que, apesar de uma especificação de pilar de altura uniforme, o processo produziu pilares de tamanho menor. Enquanto a altura máxima foi definida como 100 μm, verificou-se que a altura média dos pilares foi aproximadamente 71.89 μm ± 10.18, baseado em 38 pilares. Isto pode ser atribuído ao possíveis imperfeições que podem ser encontradas nas cavidades enquanto eles estão sendo feitos ou devido a possíveis bolsas de ar que tinha formado e manteve-se nos buracos.
Figura 4 exibe quatro imagens individuais dos pilares depois de alumínio foi depositado sobre a amostra PDMS. Figura 4a e 4b mostram o lado e a vista superior dos pilares, respectivamente, sem um fluido de trabalho na estrutura wicking. Semelhante ao que foi visto com a amostra PDMS, as alturas das amostras não eram consistentes em todos os pilares. As alturas e desvios-padrão das amostras de PDMS e Al são comparados e exibidos na tabela 2. Estes dados foram reunidos após a medição de pilares (n = 38) antes e após a deposição de alumínio sobre o PDMS. Rugosidade da superfície notável também estava presente; Acredita-se que o procedimento de lixamento utilizado na placa de amostra transferido para a amostra PDMS e reflectia-se na superfície do filme de alumínio. Também é possível que a rugosidade é atribuída exclusivamente ao processo de deposição.
Figura 4C e 4D visualize do lado e vistas de topo dos pilares, respectivamente, com um fluido de trabalho na estrutura wicking. O fluido de trabalho que foi usado neste exemplo foi etanol. No entanto, água não apresentam a mesma ocorrência hemi-wicking como etanol faz com esta amostra. Este fenômeno pode ser atribuído para o seguinte (ou combinação de): 1) uma textura de superfície não-ideal, aspereza de superfície 2) residual (como mostrado na figura 4b), 3) impurezas no revestimento de alumínio e 4) muito fina de uma camada de óxido de alumínio nativo. Com isso dito, o etanol foi capaz de pavio-porque a lyophilicity do óxido de alumínio que se formou na superfície de alumínio. Apesar de dióxido de alumínio lyophilic, ele não mostra características hidrofílicas, proibindo a água de absorção. O uso de tratamentos químicos de superfície para a estrutura PDMS wicking é outro método que pode ser usado para alterar a Hidrofilia da amostra -por exemplo, transformação química molhada pode ser usada para criar hydrophylic auto-montagem monocamadas (SAMs)18 . Apesar dessas imperfeições, isto prova que a estrutura wicking criada através do procedimento descrito é capaz de criar hemi-wicking para um fluido de trabalho.
Figura 1: esquema de impressão o bit aparelhos para fabricação de moldes de plástico micromodelados. O movimento do molde plástico ao longo dos eixos x- e y- é determinado por dois motor de passo controlado por computador/estágios (um para cada direção). Da mesma forma, o carimbo de ângulo (θ) e carimbo (Δz) de profundidade da broca de estampagem são controlados por dois separado, controlado por computador deslizante motor/estágios. O laser de aquecimento controlado por computador é ativado enquanto o bit está criando a carimba cavidade no molde plástico. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: O padrão de matriz do pilar de profundidade-gradiente e PDMS base. (a) bitmap usado para a fabricação de uma matriz de micropillar 'gradiente de profundidade'. Para impressão, o limiar de pixel é definido como 100, a profundidade máxima é definida como 100 μm, a profundidade mínima é definida como 25 μm e cada pixel é definido para representar uma distância de 100 μm. Com base nesses valores, cada linha é separada por 100 μm, enquanto que a distância entre dois pilares dentro de uma linha é de 200 μm. O valor de escala de cinza de cada pixel determina que a distância o carimbo bit viaja no molde plástico. Portanto, como o aumento de valores de escala de cinza atravessando o bitmap, as alturas dos pilares diminuem. As esperado alturas dos pilares com os correspondentes valores de escala de cinza são fornecidas. (b) imagens de colunas de pilar 1 a 5 para a base PDMS da área caixa azul no canto inferior esquerdo do Bitmap. (c) imagens de colunas de pilar 5 a 10 para a base PDMS da caixa vermelha no canto inferior direito do bitmap. A distância de pixel de imagem para (b) e (c) é 0.335 μm/pixel. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: O padrão e PDMS de base para as estruturas wicking para hemiwicking. (a) bitmap usado para criar a estrutura retangular wicking. A profundidade é definida como 100 μm e cada pixel é definido para representar uma distância de 100 μm. Desde que todos os valores de escala de cinza são os mesmos neste bitmap, todas as alturas do pilar devem ser o mesmo. Além disso, semelhante ao padrão na Figura 2, cada linha é separada por 100 μm enquanto a distância entre dois pilares dentro de uma linha é de 200 μm. (b) uma vista superior dos pilares da estrutura de wicking PDMS casted usando o molde plástico baseado em bitmap em (a). A resolução da imagem é 0.176 μm/pixel. (c) uma vista lateral dos pilares da estrutura de wicking PDMS casted usando o molde plástico baseado em bitmap em (a). Ao contrário das estruturas wicking é apresentadas na Figura 2, as alturas de pilar na estrutura wicking são mais consistentes em altura. A resolução da imagem é 0.723 μm/pixel. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: O que wicking estruturas após a deposição de Al com e sem hemiwicking. (a) uma vista lateral dos pilares wicking criado na Figura 3 , após a deposição de Al sem etanol. A espessura do alumínio em cima o PDMS é aproximadamente 70 μm. (b) uma vista superior dos pilares wicking criado na Figura 3 , após a deposição de Al sem etanol. (c) uma vista lateral dos pilares wicking criado na Figura 3 , após a deposição de Al com etanol wicking nas estruturas (o etanol pode ser visto na maior parte ao longo da base dos pilares concentrados). (d) uma vista superior dos pilares wicking criado na Figura 3 , após a deposição de Al com etanol wicking nas estruturas. Para o (a) e (c), a resolução da imagem é 0.723 μm/pixel e para (b) e (d), a resolução da imagem é 0.176 μm/pixel. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Pilar | Valor de escala de cinza | Altura esperada (μm) | Altura medida (μm) | % do esperado |
| 1 | 0 | 100 | 59,6 | 59,6 |
| ± 4,58 | ||||
| 2 | 10 | 92,5 | 59.71 | 64.55 |
| ± 5,88 | ||||
| 3 | 21 | 84.25 | 54.71 | 64.94 |
| ± 5,57 | ||||
| 4 | 31 | 76.75 | 46.48 | 60.56 |
| ± 2,61 | ||||
| 5 | 42 | 68,5 | 46.59 | 68.01 |
| ± 5,21 | ||||
| 6 | 53 | 60.25 | 38.92 | 64,6 |
| ± 1,62 | ||||
| 7 | 63 | 52.75 | 31,8 | 60.28 |
| ± 0,73 | ||||
| 8 | 74 | 44.5 | 26.58 | 59.73 |
| ± 1,49 | ||||
| 9 | 85 | 36.25 | 20.13 | 55.53 |
| ± 1,44 | ||||
| 10 | 95 | 28,75 | 16,01 | 55.69 |
| ± 1,94 |
Tabela 1: As alturas esperadas e medidas de todas as colunas de pilar para o padrão de gradiente de profundidade.
| Altura esperada (μm) | Quer dizer altura medida (μm) | Desvio padrão (μm) | |
| Amostra PDMS sem depósito de Al | 100 | 71.89 | 10.18 |
| Amostra PDMS com depósito de Al | 100 | 61.59 | 8.493 |
Tabela 2: Comparação de altura do pilar PDMS com e sem Al deposição.
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Discussion
Introduziu-se um método para criar matrizes de pilar padronizada para estruturas de hemiwicking; Isso é realizado por impressão cavidades em uma bolacha de plástico com um aparato de gravura que segue a padronização de um bitmap criado pelo usuário. Uma mistura PDMS é então derramada, curada e revestida com uma película fina de alumínio através de deposição. As características de matriz do pilar podem ser personalizadas dependendo do valor de escala de cinza que é atribuído no bitmap seguindo este protocolo. Este aspecto crucial da padronização pode criar uma ampla gama de possíveis estruturas para testar que wicking que pode ser usada em várias aplicações, incluindo pesquisa de película fina e aplicações diretas em sistemas térmicos. Outra área de variedade não mencionada nos Resultados do representante é o gradiente de ângulo que pode ser implementado na matriz. Semelhante do gradiente de profundidade, alterando o valor de escala de cinza de pixels diferentes pode mudar o ângulo da broca (θ, Figura 1).
Outro passo importante que deve ser tomado nota de é a criação da base de PDMS. Diferenças entre as alturas do pilar e as deformidades e em torno dos pilares são comuns nas estruturas wicking. Lixar suavemente a superfície com abrasivos ou micromalha slurries ajuda a criar amostras simétricas e mesmo espessura PDMS. Além disso, os processos de evacuação e tratamento térmico foram projetados para realizar-se simultaneamente, como elementos de aquecimento foram incorporados dentro do molde propriamente dito. Isso efetivamente limita a manipulação pelo usuário e qualquer associadas irregularidades, bem como de contaminação atmosférica (isto é, partículas de poeira) durante a fase de cura. Estas considerações serão implementadas para futuras amostras.
A deposição de material sobre a base PDMS é outro passo importante que deve ser adaptado para cada experimento. As condições mencionadas no protocolo são de alumínio específico e como tal, devem mudar como as mudanças materiais depositando. Se preferir um outro metal, mudanças no tempo sputtering, pressão da câmara e potência de saída devem ser alteradas a fim de obter as condições ideais de superfície para o material de depósito desejado. Para futuras amostras, serão depositados para testar suas respectivas capacidades wicking metais com diferentes energias de superfície (isto é, ouro, germânio). Quando depositar os metais diferentes no futuro, o protocolo deve ser atualizado para depositar corretamente o metal desejado para o PDMS.
O maior problema que foi introduzido no processo de tornar as estruturas de hemiwicking é a rugosidade da superfície da amostra. Pode ser visto que os defeitos na superfície existem sobre o molde PDMS (Figura 3b) e na superfície de Al (Figura 3b, 3d); Isto podia derivar do processo de lixamento ou o processo de deposição de metal. Os defeitos de superfície são vistos como problemáticas, como defeitos na superfície podem afetar a distância velocidade e frente wicking do fluido de trabalho. Um experimento ideal teria uma superfície lisa sobre e entre os pilares, então o fluido é capaz de fluir através da estrutura wicking desimpedida pelas condições de superfície. A solução proposta é usar abrasivos de grau (ou seja, mais fino grão) superiores para lixar a bolacha plástica antes da deposição, bem como de esmerilagem mais vezes. Como visto da tabela 1 e tabela 2, o pilar alturas não são fabricadas conforme o esperado com base nos valores indicados para os motores de passo. Isto pode ser devido à deflexão da amostra ao longo do eixo carimbo enquanto o bit está imprimindo no plástico. Esse problema pode ser resolvido aumentando a distância que a broca tem que viajar para o plástico; isto, no entanto, deixa uma possível inconsistência com a Pilar alturas e diâmetros de pilar-base para futuros experimentos. Métodos devem ser desenvolvidos a fim de limitar a quantidade de deflexão que a amostra experiências, tais como aumento da temperatura da ponta para limitar a resistência do plástico, ou protegendo a amostra de forma diferente.
Enquanto os desafios permanecem em refinar o processo de estampagem, o método descrito é eficaz para criar ordenou matrizes de geometria comparável. A metodologia utilizada para criar estruturas de hemiwicking, ou qualquer característica de superfície micromodelados, mostra que as amostras podem ser produzidas rapidamente para processamento mais tarde em outros laboratórios ou empresas de pesquisa a um baixo custo e em um ritmo mais rápido do que os métodos contemporâneos. Estas estruturas de hemiwicking podem ser facilmente fabricadas para replicar a curvatura ideal de película fina e wicking velocidade frontal. A velocidade da frente wicking seria medida usando uma câmera de alta velocidade, analisando a frente fluida viajando de pilar para pilar. Simultaneamente, o perfil de espessura e curvatura pode ser obtido usando uma abordagem reflectometria e interferometria que tem sido comprovada em experiências anteriores com a borda de pilares6. A natureza de auto-regulação das estruturas wicking ajudará a manter uma região constante de película fina para análise, apesar das energias de superfície diferentes em diferentes fluidos e na superfície. Com este método, wicking variantes da estrutura pode ser fabricado rapidamente para fins de compreender os efeitos wicking geometria tem sobre a região de película fina e wicking frente de diferentes fluidos.
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Disclosures
Os autores têm sem divulgações de mencionar para este papel.
Acknowledgments
Este material é baseado na pesquisa parcialmente patrocinada pelo escritório dos Estados Unidos de pesquisa Naval, sob o n º de Grant N00014-15-1-2481 e a Fundação de ciência nacional sob concessão No. 1653396. As opiniões e conclusões contidas neste documento são as dos autores e não deve ser interpretadas como representando necessariamente as políticas oficiais ou endossos, expressa ou implícita, de Estados Unidos escritório de pesquisa Naval, Fundação Nacional de ciência, ou o governo dos Estados Unidos.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NI-DAQ 9403 | National Instruments | 370466AE-01 | The communication interface between the camera and the control switch for the laser. |
| Control Switch | Crouzet | GN84134750 | A controller to use for the laser that activates the laser based on the voltage sent by the DAQ. |
| Flea Camera | FLIR | FL3-U3-120S3C-C | A flea camera used for imaging the drill bit on the plastic mold. |
| Flea Imaging Camera | Point Grey | FL3-U3-20E4M-C | A flea camera used for obtaining the side images of the pillars. |
| 200 Steps/rev, 12V-350mA Stepper Motor (x2) | AdaFruit | 324 | The stepper motors are used to control the depth and angle of the end mill. |
| 10x Infinity Corrected Long Working Distance Objective | Mitutoyo | #46-144 | The objective used to get the image of the side of the pillars. |
| 15x Infinite Conjugate, UV Coated, ReflX Objective | TechSpec | #58-417 | The objective used to get the image of the top of the pillars. |
| 72002 0.002D X 0.006 LOC Carbide SQ 2FL Miniature End Mill | Harvey Tools | 72002 | The drill bit that was used to create holes in the plastic mold. |
| DC Power Delivery at 1 kW | Advanced Energy | MDX-1K | Used to power the deposition sputterer. |
| Turbo-V 70LP Nacro Torr Pump | Varian | 9699336 | Turbo Pump used to reduce pressure inside deposition chamber. |
| 2000mw, 405nm High-Power Blue Light Focus Laser | WDLasers | KREE | Sample Heating Laser |
| 5.875" I.D. Dessicator w/ 0.25" Tube Connections | McMaster-Carr | 2204K5 | PDMS Dessicator |
| SYLGARD 184 Silicone Elastomer, 0.5kg Kit | Dow-Corning | 4019862 | The PDMS Kit used to make the base. |
| Diaphragm Air Compressor / Vacuum Pump | Gast | DOL-701-AA | Dessicator Vacuum Pump |
| Motorized Linear Stages (2x) | Standa | 8MT175 | The stepper motors used to control the sample plate in the x- and y- direction. |
| 2" Diameter Unmounted Poistive Achromatic Doublets, AR Coated: 400-700 nm | ThorLabs | AC508-150-A | The achromat was ued in order to obtain the images of the side of the pillars. |
| Flea 3 Mono Camera, 2448 X 2048 Pixels | Point Grey | FL3-GE-50S5M-C | A flea camera used for imiaging the top of the pillars. |
| Digital Vacuum Transducer | Thyrcont Vacuum Instruments | 4940-CF-212734 | Used for monitoring pressure inside deposition chamber. |
| Pressurized Argon Tank Resovoir | Airgas | AR RP300 | Gas used in deposition process. |
| 1-D Translation Stage | Newport Corporation | TSX-1D | A translation stage used to move the camera to focus on the end mill. |
| Cylindrical Laser Mount (x2) | Newport Corporation | ULM-TILT-M | The laser mount was used to move the camera to focus on the end mill. |
| Benchtop Chiller with Centrifugal Pump, 120V, 60Hz | Polyscience | LS51MX1A110C | A chiller used for the deposition assembly. |
| Alcatel Adixen 2010SD XP, Explosion Proof Motor, Rotary Vane Vacuum Pump, 1-Phase | Ideal Vacuum Products | 210SDMLAM-XP | A vacuum pump used for the deposition assembly. |
| Fan, 105 CFM, 115 V (x2) | Comair Rotron | MU2A1 | A fan used for cooling certain aspects of the deposition assembly. |
References
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