用光学杠杆方法测量液滴和超疏水基板之间的相互作用力

该方法有助于回答仿生和流体力学领域关键问题，如荷叶的超疏水结构和液滴凝结过程。该技术的主要优点是，可以测量亚微牛顿尺度上的力，其分辨率为纳米牛顿。该方法可以深入了解液滴和超疏水结构的接触过程。

并可应用于微力测量的其他领域。从未执行过这种技术的个人将挣扎，因为液滴和超疏水基质之间的距离难以精确控制。在适当的实验室工作台上准备测量系统。

系统的中心是硅悬臂，它悬浮在纳米位置的Z级。五毫米长悬臂安装在支架的端。高速摄像机位于与悬臂垂直的视线。

纳米定位 Z 级具有支撑，该支架可支撑此时的电极。最后，安排了激光和位置敏感探测器来测量悬臂偏转。测量电容梯度后，使用计算机控制的直流电源校准光学操纵杆。

此示意图提供校准设置的和视图。板电极位于纳米定位 Z 级。它位于悬臂下方100微米，重叠长度为半毫米。

悬臂和电极形成电容器，直流电源的正拉力与悬臂连接，负极拉与板电极相连。接下来，调整激光、位置敏感探测器和悬臂的相对位置。排列它们，使激光束由悬臂反射到探测器。

在计算机上，将探测器输出电压的数据采集速率设置为千赫。在直流电源控制软件中，将启动电压设置为零伏特。将端电压设置为 125 伏。

以 25 伏增量增加电压。保持每个电压值五秒钟。当电压变化时，监控位置敏感检测器的电压输出。

完成此测量序列后，执行类似的序列，从电压为 125 伏，以 25 伏的增量减至零伏。使用五个完整测量数据创建一个图，其中斜率是相互作用力和位置敏感探测器输出电压之间的比例的常数。为准备测量，请断开直流电源与板和悬臂的连接。

接下来，使用纳米定位 Z 阶段。确定其板支架上的电极，然后通过从舞台上拧开支架来拆下两个电极。代替他们，在继续之前，将新板支撑拧到 z 阶段。

确保高速摄像机的视线垂直于悬臂。接下来，为板支撑获得一个超疏水结构。使用接触角近 180 度的结构将悬垂悬吊从悬臂上的水滴。

对于实验，请将此结构贴在 Z 舞台上的板支撑上。使用微移液器，在超疏水结构上放置两微升水滴。现在开始使用纳米定位阶段软件。

在此软件中，转到速度对话框，将速度设置为 10 微米/秒。单击前进按钮，开始液滴向上移动。当液滴接触悬臂的自由端时，单击"停止"。

一两秒钟后，手动将 Z 级移离悬臂。半球水滴应悬挂在悬臂的下表面。要继续，从板支撑上去除超疏水结构，并获取超疏水基板来代替它。

这种基板由一个铜砂砾组成，喷在纳米颗粒上。基板粘在圆柱上。该基板的网格分数为 46.18% 将基板放在板支撑上。

调整超疏水基板的位置，使其离悬臂上的半球滴有100微米。在探测器、激光和摄像机打开后，使用纳米定位控制软件重新工作。在速度对话框中，将速度设置为 10 微米/秒。

单击前进按钮，启动基板向上移动。当基板和液滴接触时，单击停止。单击后退按钮，将超疏水基板向下移动。

当基板和液滴分离时，单击停止按钮。在这些互动力诗句时间的情节中有不同的场景。首先关注黑曲线中的数据，即对于具有栅格分数46.18%的基板，最初基板和液滴与接触点很远。

此时，力为零。当基板和液滴之间的距离减小时，产生排斥力。这反映在武力的增加上。

一旦基板和液滴接触，两者之间的力变得有吸引力，导致曲线下降，因为液滴通过毛细管作用逐渐弄湿基材。最终，悬臂围绕平衡位置振荡。当使用其他较高的栅格分数时，液滴和基板之间的力级减小。

在尝试此过程时，必须记住激光、PSD 和悬臂之间的相关位置不能更改。可以保证测量结果的准确性。开发后，该技术为张力测量领域的研究铺平了道路，以探索液滴与空气中基板接触期间的力。