قياس قوة التفاعل بين القطرة والركيزة فائقة رهاب الماء بواسطة طريقة ليفر البصرية

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الميكانيكا الحيوية وميكانيكا السوائل ، مثل الهياكل الفائقة من أوراق اللوتس وعمليات الاندماج القطيرة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن قياس قوة على مقياس نيوتنات صغيرة فرعية مع قرار مقياس النانو. يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة في عملية الاتصال من الهياكل قطرات و superhydrophobic.

ويمكن أيضا أن تطبق على مجالات أخرى من قياس القوة الصغيرة. الأفراد الذين لم يسبق لهم أن أداء هذه التقنية سوف النضال لأن المسافة بين قطرات والركائز superhydrophobic من الصعب السيطرة عليها بدقة. إعداد نظام القياس على مقاعد البدلاء مختبر المناسبة.

في مركز النظام هو cantilever السيليكون، الذي يتم تعليقه على مدى مرحلة Z positioning نانو. يتم تركيب الـ cantilever بطول خمسة ملليمترات في نهاية الحامل. كاميرا عالية السرعة في مكان مع خط البصر عمودي على cantilever.

المرحلة Z positioning nanopositioning لديها الدعم الذي يحمل القطب الكهربائي أنه في هذه المرحلة. وأخيراً، يتم ترتيب ليزر وجهاز كشف حساس ل موضعه لقياس انحراف الانتراف. بعد قياس تدرج السعة، استخدم جهاز كمبيوتر مزود طاقة DC يتم التحكم فيه لمعايرة الرافعة البصرية.

يوفر هذا التخطيطي وoverview الإعداد للمعايرة. وهناك قطب لوحة على المرحلة Z نانو positioning. هو 100 ميكرومتر تحت كانتليفر مع طول تداخل من نصف ملليمتر.

و cantilever والالكترود تشكل مكثف، مع سحب إيجابي من التيار التيار المستمر امدادات الطاقة متصلة مع cantilever وسحب سلبي مع القطب لوحة. بعد ذلك، ضبط المواقع النسبية من الليزر، كاشف موقف الحساسة، و cantilever. ترتيب لهم بحيث ينعكس شعاع الليزر من قبل cantilever للكشف.

في الكمبيوتر، تعيين معدل الحصول على البيانات من الجهد خرج كاشف إلى كيلو هرتز واحد. في برنامج التحكم في إمدادات الطاقة DC ، قم بتعيين الجهد بدء إلى فولت صفر. تعيين الجهد نهاية إلى 125 فولت.

وقد زيادة الجهد في 25 فولت الزيادات. عقد كل قيمة الجهد لمدة خمس ثوان. كما تختلف الجهد، ورصد الناتج الجهد للكشف عن الموقف الحساسة.

بعد هذا التسلسل من القياسات، تنفيذ تسلسل مماثل بدءا من الجهد في 125 فولت وتنخفض إلى الصفر فولت في زيادات من 25 فولت. استخدام البيانات من خمسة قياسات كاملة لإنشاء مؤامرة التي المنحدر هو ثابت التناسب بين قوة التفاعل والجهد استشعار موقف للكشف عن الإخراج. للتحضير للقياسات، افصل التيار الكهربائي DC من لوحة و cantilever.

المقبل ، والعمل مع المرحلة Z nanopositioning. تحديد القطب على دعم لوحة لها وإزالة كل من قبل فك الدعم من المرحلة. في مكانها، المسمار دعم لوحة جديدة لمرحلة z قبل الاستمرار.

تأكد من أن خط رؤية الكاميرا عالية السرعة عمودي على الـ cantilever. بعد ذلك، احصل على بنية فائقة الإسقاط لدعم اللوحة. استخدام هيكل مع زاوية اتصال من 180 درجة تقريبا لتعليق قطرات الماء من cantilever.

للتجربة، قم بلصق هذا الهيكل على لوحة الدعم على مرحلة Z. مع ماصة صغيرة، ضع قطرتين ميكرولتر من الماء على هيكل superhydrophobic. الآن بدء العمل مع برنامج المرحلة نانو حروف.

في هذا البرنامج، انتقل إلى مربع الحوار سرعة وتعيين السرعة إلى 10 ميكرومتر في الثانية الواحدة. انقر على زر الأمام لبدء القطرة تتحرك لأعلى. انقر فوق إيقاف عند اتصال القطيرة النهاية الحرة لل cantilever.

بعد ثانية أو ثانيتين، حرك يدوياً مرحلة Z بعيداً عن cantilever. وينبغي أن تظل قطرة الماء نصف الكرة الأرضية معلقة من السطح السفلي للكوتليف. للمتابعة، إزالة هيكل superhydrophobic من دعم لوحة والحصول على الركيزة فائقة الإسقاطبلبية لتحل محله.

هذه الركيزة تتكون من حصى نحاسية مع رش على الجسيمات النانوية. يتم لصق الركيزة على اسطوانة. هذا الركيزة لديه جزء من الشبكة 46.18٪ ضع الركيزة على دعم اللوحة.

ضبط موقف الركيزة فائقة السقطة بحيث يكون 100 ميكرومتر من قطرة نصف كروية على cantilever. مع كاشف، الليزر، والكاميرا على، والعودة إلى العمل مع برنامج التحكم في نانو positioning. في مربع الحوار السرعة، تعيين السرعة إلى 10 ميكرومتر في الثانية الواحدة.

انقر فوق الزر الأمامي لبدء الركيزة تتحرك لأعلى. انقر فوق إيقاف عند الركيزة والقطيرة جعل الاتصال. انقر فوق زر العودة لتحريك الركيزة فائقة الهيدروغرافي إلى الأسفل.

انقر على زر التوقف عند فصل الركيزة والقطيرة. هناك سيناريوهات مختلفة ممثلة في هذه المؤامرات من التفاعل قوة الآيات الوقت. أولا التركيز على البيانات في منحنى أسود الذي هو للركيزة مع الكسر الشبكة 46.18 ٪ في البداية ، الركيزة والقطيرة هي أبعد ما تكون عن الاتصال.

عند هذه النقطة، القوة صفر. مع انخفاض المسافة بين الركيزة والقطيرة ، تنشأ قوة مثيرة للاشمئزاز. وينعكس ذلك في الزيادة في القوة.

مرة واحدة الركيزة وقطيرة تأتي في اتصال، وقوة بين البلدين يصبح جذابا، مما يؤدي إلى انخفاض في منحنى كما قطرات يبلل تدريجيا الركيزة من خلال عمل الشعرية. في نهاية المطاف، تتأرجح النتليفر حول موقف التوازن. عندما يتم استخدام كسور الشبكة أعلى أخرى، حجم القوة بين قطرات والركيزة ينخفض.

أثناء محاولة هذا الإجراء، من المهم أن نتذكر أن الموقف ذات الصلة بين الليزر، PSD، و cantilever لا يمكن تغييرها. التي يمكن أن تضمن دقة نتائج القياس. بعد أن تطور، هذه التقنية يمهد الطريق للأبحاث في مجال قياس قوة التوتر لاستكشاف القوة أثناء قطرات في اتصال مع الركيزة في الهواء.