الزخرفة والتطعيم الناجم عن الضوء للأسطح الزلقة على أساس الهياكل النانوية المسامية المطلية بالسيلان

تقدم أبحاثنا تقنية قائمة على DLP لتصنيع أنماط SLIPS المكانية، معالجة القيود في تحقيق التحكم الانتقائي في التوافر. تشمل التحديات التجريبية الرئيسية تصنيع أكمام على الأساليب الهندسية المعقدة، والطرق الحالية تستغرق وقتا طويلا، متعددة الخطوات، وتفتقر إلى الدقة العالية أو التغير الانتقائي. للبدء، اخلط راتنج البولي يوريثان الأكريليت القابل للمعالجة الضوئية مع PEG 200 بنسبة وزن 50٪. باستخدام محرك مغناطيسي، حرك الخليط بسرعة 500 دورة في الدقيقة لمدة خمس دقائق.

قم بتوزيع المحلول المختلط كقطرات ثابتة على طبقة من البولي إيثيلين تيريفثالات. غط القطرات بطبقة من البروبيلين الإيثيلين المفلور. وطبق ضغطا منتظما باستخدام نظام التدوير إلى اللوحة لضمان التوزيع المتساوي.

تعرض راتنج البولي يوريثان الأكريليت للضوء فوق البنفسجي عند 365 نانومتر باستخدام نظام معالجة فوق بنفسجي ثنائي يصدر الضوء. بعد البلمرة، قم بإزالة أغشية البروبيلين الإيثيلين المفلورة من السطح. الآن اغمر العينة المعالجة في ماء منزوع الأيونات لمدة ساعة لاستخراج PEG 200 غير المتفاعل.

جفف العينة في فرن على درجة حرارة 70 درجة مئوية لمدة ساعة لإزالة الماء المتبقي وإكمال تصنيع السطح النانوي. إجراء معالجة الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية عند 185 و254 نانومتر لإدخال مجموعات الهيدروكسيل كمعالجة مسبقة لتكوين الطبقة الأحادية ذاتية التجميع. بعد ذلك، ضع صفيحة ساخنة داخل صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين.

ضع كأسا نظيفا على لوحة التسخين ووزع ملليتر واحد من محلول OTS كقطرة ثابتة في الأسفل. ثبت عينات فيلم PET على شرائح زجاجية. ضع الشرائح مقلوبة فوق الكأس لبدء ترسيب طور البخار لعملية OTS.

سخن الإعداد إلى 120 درجة مئوية لمدة 40 دقيقة. الآن أزل العينات من صندوق القفازات. نظف الكأس باستخدام مناديل خالية من الوبر لإزالة أي متبق من OTS.

للترقيع الناتج عن الضوء، يجب إجراء معالجة الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية عند 185 و254 نانومتر على السطح المغطى ب OTS. الآن ضع 20 ميكرولتر لكل سنتيمتر مربع من زيت السيليكون 10 سنتستوك على السطح عن طريق ترسيب قطرات ثابتة. اشع العينة لمدة 15 دقيقة باستخدام مصباح فوق بنفسجي عالي الشدة، موضوع على ارتفاع 15 سنتيمترا فوق السطح.

ثم أميل العينة بزاوية 30 درجة وحافظ على الوضعية لمدة خمس دقائق للسماح لزيت السيليكون الزائد بالتسرب من السطح. لصنع البنية الزلقة للنمط، أولا، صمم الأشكال المطلوبة باستخدام برنامج CAD وصدرها كملفات ليثوغرافيا ستيريو. قم بتحميل الملفات في برنامج التقطيع وتوليد صور إسقاط ثنائية الأبعاد لمعالجة الضوء الرقمي.

انقل الملفات إلى طابعة ثلاثية الأبعاد. ضع الفيلم المطلي بالبوليمر على نافذة الطابعة الرقمية لمعالجة الضوء. تعرض الفيلم لأشعة فوق بنفسجية بحجم 365 نانومتر عند 180 ميلي جول لكل سنتيمتر مربع باستخدام نمط العرض الرقمي لمعالجة الراتنج بشكل انتقائي.

اغمر العينة المكشوفة في ماء منزوع الأيونات لمدة ساعة لاستخراج PEG 200. ثم جفف العينة على درجة حرارة 70 درجة مئوية لمدة ساعة لإزالة الماء المتبقي وإكمال البنية النانوية المسامية. إجراء علاج OTS والتطعيم الناتج عن الضوء لاستكمال تصنيع الأسطح الزلقة النمطية.

أظهرت الأسطح النانوية المسامية التي تم تصنيعها عبر فصل الطور الناتج عن البلمرة توزيع حجم مسام سائد يتراوح بين 60 إلى 100 نانومتر. زاوية التلامس الساكن مع الماء المقاسة على السطح المسامي كانت 84.4 درجة. بعد التلقط، أصبح السطح كارها للماء، لكن معالجة ثانية بالأوزون فوق البنفسجي قللت مؤقتا من زاوية التلامس.

تم عكس هذا الانخفاض بواسطة تكوين طبقة الفرشاة من PDMS، مما أعاد الكراهية للماء. تم التحقق من سلوك الزلق لأربعة سوائل تمثيلية: الماء منزوع الأيون، الأوكتان، العسل، واللعاب البشري الصناعي من خلال قياس زاوية التلامس، زاوية الانزلاق، سرعة الانزلاق، وقياس الهستيريزيس لزاوية التلامس. أظهرت قياسات عرض الخط المطبوعة من راتنج PEG PUA دقة عالية عند الحد الأدنى لحجم الميزة 50 ميكرومتر، مع زيادة في الانحرافات عند العرض الأكبر.

تم تصنيع الأسطح النانوية المسامية المزخرفة بتصاميم رسومية وحروف باستخدام معالجة الضوء الرقمية، بما في ذلك المتاهة والمعدات وشعارات JoVE. بعد جميع المعالجات السطحية وتسريب زيت السيليكون، أصبحت الأنماط شفافة بصريا بسبب انخفاض تباين معامل الانكسار. أظهرت قياسات النفاذية أن الأسطح المسامية المعالجة وصلت إلى أكثر من 90٪ شفافية.

عند تطبيق الحبر على الماء، هاجرت القطرات بشكل انتقائي إلى المناطق المحبة للماء غير المعالجة، متجنبة المجالات الزلقة، مشكلة أشكالا سائلة محددة. وجدنا أنه عندما نصنع أسطحا نانوية مسامية باستخدام تطعيم UVU، تصبح زلقة جدا. زاوية التلامس صغيرة جدا، لذا يمكننا إنشاء أنماط قطرات انتقائية على السطح.

طريقتنا تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية DLP حتى نتمكن من نمطة السطح في خطوة واحدة أسرع بدقة عالية. كما أنه يعمل على ركيزة مرنة. مقارنة بالعملية متعددة الخطوات التقليدية، فهي بسيطة جدا وسريعة جدا.

لأننا نستطيع التحكم في مكان السطح القابل للبلل أو الزلق، يمكننا توجيه كيفية حركة القطرات وبقائها على السطح. يمكن أن يساعد ذلك في العمل المستقبلي على أشياء مثل نقل القطرات الاتجاهية، وأجهزة الميكروفلويد، والطلاء ذاتي التنظيف، وحتى سطح جمع المياه.