Summary
Protokollen har til formål at undersøge samspillet mellem dråber og super-hydrofobiske substrater i luften. Dette omfatter kalibrering af målesystemet og måling af interaktionen kraft på Super-hydrofobiske substrater med forskellige gitter fraktioner.
Abstract
Målet med dette papir er at undersøge samspillet mellem dråber og super-hydrofobiske substrater i luften. Et målesystem baseret på en optisk løftestang metode er konstrueret. En millimetrisk Canti håndtag bruges som en kraft følsom komponent i målesystemet. For det første er den kraft følsomhed af det optiske håndtag kalibreret ved hjælp af elektrostatisk kraft, som er det kritiske trin i målingen interaktion kraft. For det andet fremstilles tre super hydrofobiske substrater med forskellige gitter fraktioner med nanopartikler og kobber gitre. Endelig måles interaktions kræfterne mellem dråber og super hydrofobiske substrater med forskellige gitter fraktioner af systemet. Denne metode kan bruges til at måle kraften på skalaen af sub-micronewton med en opløsning på skalaen af nanonewton. Den dybtgående undersøgelse af kontakt processen af dråber og super-hydrofobe strukturer kan bidrage til at forbedre produktionseffektiviteten i belægning, film og trykning. Det kraft målingssystem, der er designet i dette papir, kan også anvendes inden for andre områder af mikrokraft måling.
Introduction
Kontakten mellem en dråbe og en super-Hydrofobisk overflade er meget almindelig i dagligdagen og industriel produktion: vanddråber glidende fra overfladen af Lotus Leaf1,2, og en vand strider rejser hurtigt over vandet3 ,4,5,6. En super-Hydrofobisk belægning på den udvendige overflade af et skib kan bidrage til at reducere korrosion grad af skibet og reducere modstanden i navigationen7,8,9,10. Der er stor værdi for industriel produktion og Bionics forskning i at studere kontakt processen mellem en dråbe og en super-Hydrofobisk overflade.
For at observere spredningsprocessen af dråber på en solid overflade, Biance brugte en højhastighedskamera til at fotografere kontakt processen og fandt, at varigheden af inerti regime er hovedsagelig fastsat af drop size11. EDDI fotograferede kontakt processen mellem dråbe og den transparente plade fra bunden og siden ved hjælp af et højhastighedskamera, som omfattende afslørede variationen af kontakt radius af den viskøse dråbe med tiden12. Paulsen kombinerede en elektrisk metode med high-speed kamera observation, hvilket reducerer responstid til 10 ns13,14.
Atomkraften mikroskopi (AFM) er også blevet anvendt til at måle samspillet kraft mellem dråbe/boble og faste overflader. Vakarelski brugte en AFM-Canti håndtag til at måle interaktions kræfterne mellem to små bobler (ca. 80-140 μm) i vandig opløsning under kontrollerede kollisioner på mikrometer skalaen til nanometer15. Shi brugte en kombination af AFM og refleksions-kontrast mikroskopi (RICM) til samtidig at måle interaktions kraften og den spatiale udvikling af den tynde vandfilm mellem en luftboble og glimmer overflader af forskellige hydrofobicitet 16,17.
Men da kommercielle Canti håndtag, der anvendes i AFM er for små, laser spot bestrålet på Canti armen ville blive nedsænket af dråber eller bobler. AFM har svært ved at måle interaktions kraften mellem dråber og dråber/substrater i luften.
I dette papir er et målesystem baseret på en optisk løftestang metode designet til at måle interaktions kraften mellem dråber og super-hydrofobiske substrater. Den optiske løftestang (SOL) er kalibreret med elektrostatisk kraft18, og derefter måles interaktions kræfterne mellem dråber og forskellige super hydrofobiske substrater af målesystemet.
Skematisk diagram over målesystemet er vist i figur 1. Laser og positions følsom detektor (PSD) udgør det optiske håndtag system. En millimetrisk silicium-Canti håndtag bruges som en følsom komponent i systemet. Substratet er fastgjort på nanoposiktionering z-fase, som kan bevæge sig i lodret retning. Når substratet nærmer sig dråbe, interaktionen kraft forårsager Canti håndtaget til at bøje. Således, placeringen af laser spot på PSD vil ændre, og output spænding PSD vil ændre. Udgangsspændingen for PSD Vp er proportional med interaktions kraften Fi, som vist i EQ. (1).
1
For at erhverve interaktions kraften skal SOL kalibreres først. Den elektrostatiske kraft anvendes som standard kraft i kalibreringen af SOL. Som vist i figur 2udgør Canti armen og elektroden en parallel plade kondensatorer, som kan generere elektrostatisk kraft i lodret retning. Den elektrostatiske kraft Fes bestemmes af spændingen på DC strømforsyningen Vs, som vist i EQ. (2)19,20,21.
2
hvor C er kapacitansen af parallel plade kondensatorer, z er forskydningen af den cemenarm fri ende, og dC/dz kaldes kapacitans gradient. Kapacitansen kan måles ved kapacitans broen. Det matematiske forhold mellem C og z kan monteres ved en kvadratisk polynomial, som vist i EQ. (3).
3
hvor Q, P og CT er koefficienterne for den kvadratiske term, henholdsvis den primære term og det konstante udtryk. Derfor kan den elektrostatiske kraft Fes udtrykkes som EQ. (4).
4
Da overlapning område af to plader af kondensatorer er meget lille, den elastiske kraft handlet på Canti armen kan udtrykkes som EQ. (5), ifølge Hooke's lov:
5
hvor k er stivheden af Canti armen.
Når den elastiske kraft og elektrostatiske kraft påført på Canti armen er ens (dvs. fi = fes), er cantiarm i ligevægt. EQ. (6) kan udledes af EQS. (1), (2) og (5):
6
For at mindske usikkerheden ved kalibreringsresultater anvendes en differens metode til beregning af SOL. Resultaterne af to forsøg er taget som VS1, vP1 og vS2, vP2, og er erstattet i EQ. (6):
7
Transformering af ligninger og subtraktion af den nedre ligning fra den øvre ligning i EQ. (7), parametrene Q og k elimineres. Derefter opnås kalibrerings formlen for SOL , som vist i EQ. (8):
8
Ved udførelse af en række eksperimenter tegnes kurven med P (1/vP1-1/vP2) som ordinen og 2 (1/vS12-1/VS22) som abscissa. Skråningen af kurven er SOL.
Efter opnåelse af SOL, vil elektroden blive erstattet af forskellige super-hydrofobiske substrater. Interaktions kræfterne mellem dråber og super hydrofobiske substrater måles ved det system, der er vist i figur 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. montering af SOL -kalibrerings systemet
- SOL -kalibrerings systemet samles i henhold til skematisk diagram vist i figur 2.
- Fastgør laseren til en støtte, hvilket gør vinklen mellem laseren og den vandrette retning være 45 °.
- Fix PSD til en anden støtte, hvilket gør PSD vinkelret på laseren. PSD til data anskaffelses enheden og data anskaffelses enheden til computeren.
Bemærk: disse vinkler bestemmes af experimentens visuelle måling og behøver ikke være nøjagtigt 45 ° eller 90 °. - Fastgør den bredere ende af Canti håndtaget til en holdeanordning, mens den anden ende er suspenderet. Fastgør holdeanordningen til en to-dimensionel højpræcisions forskydnings fase.
Bemærk: dimensionerne af Canti armen er vist i figur 3. - Fastgør plade elektroden til nanopositioning z-fasen ved en spænde anordning.
Bemærk: nanopositionering z-Stage kan bringe elektroden til at bevæge sig langs z-aksen med en forskydning opløsning på 1 nm. - Forbind den positive pol på den kapacitive bro med Canti armen og den negative Pol med plade elektroden.
- Installer et højhastighedskamera, hvis synslinje er vinkelret på Canti armen.
- Juster placeringen af plade elektroden, så den lodrette afstand mellem plade elektroden og Canti håndtaget er ca. 100 μm, og overlapnings længden ca. 0,5 mm.
Bemærk: disse afstande kontrolleres af billedbehandling.
2. måling af kapacitans gradient
- Brug computeren til at styre kapacitans broen til at indsamle kapacitans ændringer mellem plade elektroden og Canti håndtaget i realtid. Indstil prøvetagnings hastigheden til 0,5 Hz.
- Kontroller nanopositionering z-Stage af computer for at drive plade elektroden til trin opad med et trin på 10 μm og et trin på 6 og ophold i 10 s efter hver bevægelse.
- Skift plade elektrodens bevægelsesretning nedad, og Gentag trin 2,2.
- Bestem forholdet mellem kapacitansen og forskydningen af plade elektroden i måle resultatet, og opnå værdien af P i henhold til EQ. (3).
- Gentag trin 2.1 – 2.4 5x, og Beregn den gennemsnitlige værdi af P.
3. kalibrering af det optiske håndtag
- Afbryd forbindelsen mellem den kapacitive bro og Canti armen/plade elektroden.
- Forbind den positive pol på DC-strømforsyningen med Canti armen og den negative Pol med plade elektroden.
- Juster den relative placering mellem laser, PSD og Canti håndtag for at gøre laseren afspejles på PSD af cantilever.
Bemærk: laserpunktet er en cirkel med en diameter på ca. 2 mm. - Kontroller DC-strømforsyningen ved at bruge computeren til at anvende spænding, der varierer med tiden på den parallelle plade kondensatorer. På samme tid, indsamle output spænding af PSD i realtid ved dataindsamling enhed.
- Indstil prøvetagnings hastigheden for dataindsamlings enheden til 1.000 Hz.
- Indstil den indledende spænding for DC-strømforsyningen til 0 V, og hold den nede i 5 s.
- Forøg spændingen med 25 V, og hold den nede i 5 s.
- Gentag trin 3.4.3 4X, indtil spændingen stiger til 125 V.
- Reducer spændingen med 25 V, og hold den nede i 5 s.
- Gentag trin 3.4.5 4X, indtil spændingen falder til 0 V.
- Bestem forholdet om output spændingen for PSD og DC forsyningsspændingen i måle resultatet, og opnå værdien af SOL i henhold til EQ. (8).
- Gentag trin 3.4 – 3.5 5x, og Beregn den gennemsnitlige værdi af SOL.
4. fremstilling af super-hydrofobiske substrater
- Forbered tre cirkulære kobber gitre med samme diameter på 3 mm og forskellige gitter fraktioner. Deres gitter fraktioner er henholdsvis 46,18%, 51,39% og 58,79%.
Bemærk: disse kobber gitre er kommercielle produkter, der blev købt. - Spray nanopartiklerne på tre kobber gitre for at opnå super-hydrofobe substrater med mikrostruktur og hydrofobicitet.
- Spray bund pelsen på kobber nettet.
- Spray den øverste frakke på kobber nettet, når den første frakke er tør.
Bemærk: nanopartiklerne er pakket i en Can med et spray hoved. Nanopartiklerne vil blive sprøjtet ved at trykke på Sprøjtehovedet, når det bruges.
- Lim kobber gitre på siden af cylindere med en diameter på 3 mm for at opnå en overflade super-hydrofobe struktur med en krumning på 1/3 mm-1.
5. måling af interaktions styrken mellem dråber og super hydrofobiske substrater
- Afbryd forbindelsen mellem DC-strømforsyningen og Canti armen/plade elektroden. Fjern plade elektroden fra nanopositioning z-stadiet.
- Fastgør en plade støtte til nanopositionering z-fase.
- Installer et højhastighedskamera, hvis synslinje er vinkelret på Canti armen.
- Stop en dråbe på den nederste overflade af den frie ende af Canti armen.
- Anbring en super-Hydrofobisk struktur med en kontaktvinkel på næsten 180 ° på plade støtten.
- Anbring en 2 μL dråbe på den super hydrofobe struktur ved hjælp af en mikropipettor.
- Styre nanopositioning z-fase ved hjælp af software (f. eks PIMikroMove) til at køre dråbe til at bevæge sig opad.
- Indstil hastigheden til 10 μm/s i dialogboksen.
- Klik på knappen fremad , og dråbe begynder at bevæge sig opad.
- Klik på knappen stop , når dråbe kontakter med den frie ende af Canti håndtaget.
- Ophold for 1 eller 2 s, og derefter styre nanopositioning z-fase til at køre den super-hydrofobe struktur væk fra Canti håndtaget.
Bemærk: da silicium-Canti armen er hydrofile, er dråbe suspenderet på den nedre overflade af den frie ende af Canti armen, danner en halvkugleformet dråbe med en diameter på omkring 0,5 mm. - Fjern den superhydrofobe struktur med en kontaktvinkel på næsten 180 ° fra plade støtten.
- Anbring det super hydrofobiske substrat med en gitter fraktion på 46,18% på plade støtten.
- Juster placeringen af pladen støtte, hvilket gør den lodrette afstand mellem Super-hydrofobe substrat og den halvkugleformede dråbe være omkring 100 μm.
Bemærk: afstanden kontrolleres ved billedbehandling. - Tænd for PSD-, laser-og højhastigheds kameraet.
- Kontroller dataindsamlingen enhed ved computer for at indsamle output spænding af PSD i realtid. Indstil prøvetagnings hastigheden til 100 kHz.
- Indstil hastigheden til 10 μm/s i softwaren, og klik derefter på fremad knappen, således at det super-hydrofobe substrat bevæger sig gradvist tættere på droplet.
- Klik på stop -knappen, når det super-hydrofobiske substrat og dråbe kontakten.
- Indstil hastigheden til 10 μm/s i softwaren, og klik derefter på tilbage -knappen for at køre det super-hydrofobe substrat for at bevæge sig nedad.
- Klik på stop -knappen, når det super-hydrofobiske substrat adskilles fra droplet.
- Tegn kurven for output spændingen af PSD varierende med tiden.
- Gentag trin 5.4 – 5.13 ved hjælp af super-hydrofobiske substrater med netfraktioner på 51,39% og 58,79%.
- Analysér forholdet mellem interaktions styrken og gitter fraktionen af super-Hydrofobisk substrat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Forskydning af plade elektroden og den tilsvarende kapacitans mellem Canti armen og elektroden målt i ét eksperiment er vist i tabel 1. Forholdet mellem kapacitans C og forskydning z er monteret af kvadratiske polynomium ved hjælp af polyfit funktionen i MATLAB, som vist i figur 4. Den første ordre koefficient P kan opnås ved tilpasningsfunktionen. Den endelige værdi af P er 0,2799 pF/mm, hvilket er gennemsnittet beregnet ud fra ti eksperimentelle resultater.
Forsyningsspændingen og den tilsvarende udgangsspænding for PSD i ét eksperiment er vist i tabel 2. Forholdet mellem udgangsspændingen for PSD vp og forsyningsspændingen vs er monteret ved lineær funktion som vist i figur 5, hvor VP1 og vP2 er forskellene mellem de målte værdier og vp0 (den oprindelige værdi af udgangsspændingen for PSD ved Vs= 0). SOL kan opnås ved hældningen af kurven i figur 5. Den endelige værdi af SOL er 8,847 μn/V, som er gennemsnittet beregnet ud fra tolv eksperimentelle resultater.
Kurver for målte interaktions kræfter mellem dråber og super-hydrofobe substrater varierende med tiden er vist i figur 6. Interaktions kræfterne beregnes ved EQ. (1), hvor Vp er forskellene mellem de MÅLTE output spændinger af PSD og Initial output spændinger af PSD.
Før punkt A er substratet ikke blevet kontaktet med droplet, så interaktions kraften er 0. I stadie AB er afstanden mellem substratet og dråbe meget lille. På grund af indflydelsen af aerodynamik, vil der være en frastødende kraft mellem substratet og droplet, som viser en stigende kurve i figuren. Punkt B er det kritiske punkt, hvor substratet og dråbe begynder at kontakte. Efter punkt B bliver interaktions kraften mellem dem attraktiv kraft. I fase F.kr., den dråbe gradvist væger super-hydrofobe substrat under handling af kapillar kraft. Den Canti håndtag vil bøje nedad i denne fase, der viser en faldende kurve i figuren. I punkt C når systemet igen ligevægt, og Canti håndtaget begynder at svinge i ligevægts positionen.
Som vist i figur 6aftager interaktions kraften mellem dråbe og substratet med stigningen i gitter fraktionen. Årsagen er, at kontakten mellem dråber og super-hydrofobiske substrater er en proces med frigivelse af energi. Den hydrofobicitet af substratet er positivt korreleret med gitter fraktionen. Jo stærkere hydrofobibyen er, jo mindre energi frigives under kontakt, så kontaktkraften er mindre.
Under eksperimentet fandt vi, at den frastødende kraft kun eksisterer i kontakt processen mellem dråbe og substratet med en gitter fraktion på 46,18%. Med forøgelsen af hydrofobicitet, aftager overflade energien af substratet. Når den frastødende kraft ikke kan nå frem til en løsning af systemet, er det vanskeligt at måle den frastødende kraft.
Styrken af kraften er i et direkte forhold til dråbe volumen. Et supplerende eksperiment blev udført for at illustrere forholdet mellem samspillet kraft og dråbe volumen. Tre dråber af forskellig størrelse blev brugt i kontakt eksperimentet, som vist i figur 7. Mængden af dråbe (a), (b) og (c) er henholdsvis 0,0135 μl, 0,0087 μl og 0,0073 μl. I forsøget måles mængden af dråber ved ændringen af PSD-udgangsspændingen. PSD output spændinger før og efter suspension af dråbe ved cantilever måles, og deres forskel Vd ganges med SOL for at opnå tyngdekraften af dråbe. Den volumen værdi af dråbe er konverteret af tyngdekraften. Substratet med en gitter fraktion på 51,39% anvendes i forsøgene. Den målte interaktions kraft mellem de tre dråber og substratet er vist i figur 8. Det er indlysende, at interaktionen kraft øges med stigningen af dråbe volumen.
Figur 1: interaktions styrke målingssystemet. Skematisk diagram af målesystemet baseret på optisk løftestang metode til måling af samspillet mellem dråber og super-hydrofobiske substrater. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: kalibreringssystem af SOL. Skematisk diagram af systemet designet til kalibrering af kraften følsomhed af optisk løftestang ved hjælp af elektrostatisk kraft. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: dimensionerne af det millimetriske Canti håndtag. Top visning og elevation visning af det millimetriske Canti håndtag. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: forholdet mellem kapacitans og forskydning. Den kvadratiske polynomiale tilpasnings kurve for kapacitans C og forskydning z i kalibrerings forsøget. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: forholdet mellem udgangsspændingen for PSD og forsyningsspændingen. Den lineære tilpasnings kurve P (1/VP1-vP2) og 2 (1/vS12-vS22) i henhold til EQ. (8). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: måle resultaterne af interaktions kraft. Interaktionen kræfter mellem dråber og super-hydrofobe substrater med forskellige gitter fraktioner i luften. Forskellige farver repræsenterer forskellige gitter fraktioner. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7: billeder af tre dråber af forskellige volumener, der anvendes i forsøget. Mængden af dråber (a), (b) og (c) er henholdsvis 0,0135 μL, 0,0087 μL og 0,0073 μL. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8: interaktions kraft mellem de tre dråber af forskellige volumener og substratet. Forskellige farver repræsenterer forskellige dråber. Klik her for at se en større version af dette tal.
| Tid (er) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 af | 50 af | 60 af |
| Forskydning (μm) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 af | 50 af | 60 af |
| Kapacitans (pF) | 2,399 af | 2,402 af | 2,406 af | 2,411 af | 2,416 af | 2,422 af | 2,429 af |
| Tid (er) | 70 af | 80 af | 90 af | 100 af | 110 af | 120 af | |
| Forskydning (μm) | 50 af | 40 af | 30 | 20 | 10 | 0 | |
| Kapacitans (pF) | 2,422 af | 2,416 af | 2,411 af | 2,407 af | 2,403 af | 2,400 af |
Tabel 1: kalibreringsresultaterne for kapacitans gradient. Forskydning af plade elektroden og den tilsvarende kapacitans mellem Canti armen og elektroden i ét eksperiment.
| Tid (er) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Forsyningsspænding (V) | 0 | 25 | 50 af | 75 af | 100 af | 125 af |
| Udgangsspænding for PSD (V) | -3,5757 af | -3,5656 af | -3,5327 af | -3,4797 af | -3,3775 af | -3,1733 af |
| Tid (er) | 30 | 35 af | 40 af | 45 af | 50 af | |
| Forsyningsspænding (V) | 100 af | 75 af | 50 af | 25 | 0 | |
| Udgangsspænding for PSD (V) | -3,3765 af | -3,4786 af | -3,5321 af | -3,5644 af | -3,5755 af |
Tabel 2: kalibreringsresultaterne af SOL. Forsyningsspændingen og den tilsvarende udgangsspænding for PSD i ét eksperiment.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne protokol samles og kalibreres et målesystem baseret på optisk løftestang, som er konstrueret til måling af interaktions kraften mellem dråber og super hydrofobiske substrater. Blandt de alle trin, er det afgørende at kalibrere SOL ved hjælp af elektrostatisk kraft. Resultaterne af kalibrerings forsøget bekræfter EQ. (8): P (1/vP1-1/vP2) er proportional med 2 (1/vS12-1/vS22) og gør det muligt at opnå værdien af den kraft, der skal måles gennem udgangsspændingen i PSD. Gennem forsøget på at måle samspillet mellem dråber og super-hydrofobe substrater af forskellige hydrofobicitet, interaktionen kraft falder med stigningen af hydrofobe kapacitet, som kontrollerer forholdet mellem Hydro fobicitet og overfladeenergi af substrater.
Kraft målings metoden baseret på en millimetrisk silicium-Canti håndtag er et vigtigt supplement til de traditionelle metoder. Sammenlignet med den høje hastighed kamera metode, kan den optiske løftestang metode præcist måle kraften på den nanonewton skala. AFM bruges normalt til at måle interaktions kraften mellem mikron objekter, mens det system, der er designet i dette papir, kan anvendes på objekter af millimeter-skala i luften. Denne metode kan bruges til at måle kraften i skalaen af sub-micronewtons, og dens opløsning kan nå skalaen af nanonewtons.
Den metode, der foreslås til måling af interaktions kraft i dette papir, er begrænset til et lille måleområde. En stor kraft vil føre til plastisk deformation eller endda bryde af silicium cantilever, hvilket vil forårsage forkerte resultater. Desuden, fordi princippet om dette eksperiment er at måle samspillet kraft mellem dråbe og substratet under balance af den elastiske kraft af Canti håndtaget og samspillet kraft, kan ccarmen kun måle kvasi-statisk kraft , men ikke dynamisk kraft.
Den dybtgående undersøgelse af kontakt processen af dråber og super-hydrofobe strukturer kan hjælpe folk til at forbedre produktionen effektivitet i belægning, film, trykning og anden industriel produktion. Som en generaliseret vedhæftning kraft måling teknik, kan substrater i systemet erstattes med substrater fremstillet af andre materialer. For eksempel kan der anvendes et super-Hydrofobisk substrat med flertrins mikrostrukturer, som er fremstillet af PDMS (Polydimethylsiloxan). Det kraft målingssystem, der er baseret på optisk løftestang, kan også anvendes inden for andre områder af mikro-kraft måling, såsom interaktions kraften under sammensmeltning af to dråber og interaktions kraften mellem Super-hydrofobe substrater og dråber af forskellige overflade spændinger.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatteren har intet at afsløre.
Acknowledgments
Forfatterne takker Tianjin Natural Science Foundation (nr. 18JCQNJC04800), Tribology Science fund af State Key laboratorium Tribology (no. SKLTKF17B18) og National Natural Science Foundation i Kina (Grant No. 51805367) for deres støtte.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Camera | Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd | digital microscope A1 | Frame rate: 30 frames/sec; Focal distance: 5 mm - 30 mm |
| Capacitive bridge | Andeen-Hagerling | AH2550A | The capacitive bridge is used to measure the capacitance between the cantilever and the plate electrode. |
| Data acquisition device | National Instruments | USB-4431 | The data acquisition device is used to read the output voltage data. |
| DC power supply | Keithley | 2410 | Voltage range: ±5 μV; Accuracy: 0.012% |
| Grid | Electron Microscopy China | AGH100, AGH150, AGH300 | The grid fractions of AGH100, AGH150 and AGH300 are 46.18%, 51.39% and 58.79% respectively |
| Laser | Shenzhen Infrared Laser Technology Co., Ltd. | HW650AD100-10BD | Laser wavelength: 650 nm |
| Nanoparticle | Rust-Oleum | 274232 | NeverWet Multi-Surface Liquid Repelling Treatment is a revolutionary super hydrophobic coating. |
| Nanopositioning z-stage | Physik Instrumente | P622.ZCD | Travel ranges 50 µm to 250 µm (350 µm open loop); Resolution to 0.1 nm; Linearity error only 0.02% |
| Position sensitive detector | Hamamatsu Photonics K.K. | S1880 | The two-dimensional PSD is used to translate optical signals into electrical signals. |
References
- Guo, Z., Liu, W. Biomimic from the superhydrophobic plant leaves in nature: Binary structure and unitary structure. Plant Science. 172 (6), 1103-1112 (2007).
- Koch, K., Bhushan, B., Barthlott, W. Diversity of structure, morphology and wetting of plant surfaces. Soft Matter. 4 (10), 1943-1963 (2008).
- Gao, X., Jiang, L. Biophysics: Water-repellent legs of water striders. Nature. 432 (7013), 36 (2004).
- Yin, W., Zheng, Y. L., Lu, H. Y. Three-dimensional topographies of water surface dimples formed by superhydrophobic water strider legs. Applied Physics Letters. 109 (16), 163701 (2016).
- Zheng, Y., et al. Elegant Shadow Making Tiny Force Visible for Water-Walking Arthropods and Updated Archimedes’ Principle. Langmuir. 32 (41), 10522-10528 (2016).
- Hu, D. L., Chan, B., Bush, J. W. M. The hydrodynamics of water strider locomotion. Nature. 424 (6949), 663-666 (2003).
- Jiang, C. G., Xin, S. C., Wu, C. W. Drag reduction of a miniature boat with superhydrophobic grille bottom. AIP Advances. 1 (3), 032148 (2011).
- Guo, Z., Liang, J., Fang, J., Guo, B., Liu, W. A Novel Approach to the Robust Ti6Al4V-Based Superhydrophobic Surface with Crater-like Structure. Advanced Engineering Materials. 9 (4), 316-321 (2007).
- Guo, Z., Liu, W., Su, B. A stable lotus-leaf-like water-repellent copper. Applied Physics Letters. 92 (6), 063104 (2008).
- Liu, K., Zhang, M., Zhai, J., Wang, J., Jiang, L. Bioinspired construction of Mg-Li alloys surfaces with stable superhydrophobicity and improved corrosion resistance. Applied Physics Letters. 92 (18), 61 (2008).
- Biance, A. L., Clanet, C., Quéré, D. First steps in the spreading of a liquid droplet. Physical Review E Statistical Nonlinear & Soft Matter Physics. 69 (1), 016301 (2004).
- Eddi, A., Winkels, K. G., Snoeijer, J. H. Short time dynamics of viscous drop spreading. Physics of Fluids. 25 (1), 77-177 (2017).
- Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence. Physical Review Letters. 106 (11), 114501 (2011).
- Paulsen, J. D. Approach and coalescence of liquid drops in air. Physical Review E. 88 (6), 063010 (2013).
- Vakarelski, I. U., et al. Bubble colloidal AFM probes formed from ultrasonically generated bubbles. Langmuir. 24 (3), 603-605 (2008).
- Shi, C., et al. Measuring forces and spatiotemporal evolution of thin water films between an air bubble and solid surfaces of different hydrophobicity. ACS Nano. 9 (1), 95-104 (2015).
- Shi, C., Chan, D. Y. C., Liu, Q., Zeng, H. Probing the Hydrophobic Interaction between Air Bubbles and Partially Hydrophobic Surfaces Using Atomic Force Microscopy. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (43), 25000-25008 (2014).
- Chung, K., Shaw, G. A., Pratt, J. R. Accurate noncontact calibration of colloidal probe sensitivities in atomic force microscopy. Review of Scientific Instruments. 80 (6), 930 (2009).
- Zheng, Y., et al. Improving environmental noise suppression for micronewton force sensing based on electrostatic by injecting air damping. Review of Scientific Instruments. 85 (5), 055002 (2014).
- Song, L., et al. Highly sensitive, precise, and traceable measurement of force. Instrumentation Science & Technology. 44 (4), 15 (2016).
- Zheng, Y., et al. The multi-position calibration of the stiffness for atomic-force microscope cantilevers based on vibration. Measurement Science & Technology. 26 (5), 055001 (2012).
