Herstellung und Visualisierung von Kapillarbrücken in Schlitzporengeometrie

Zusammenfassung

Ein Verfahren zum Erstellen und Bildgebung von Kapillarbrücken in Spaltporgeometrie wird vorgestellt. Die Schaffung von Kapillarbrücken beruht auf der Bildung von Säulen, um eine richtungsweisende physikalische und chemische Heterogenität zu bieten, um die Flüssigkeit zu fixieren. Kapillarbrücken werden mit Mikrostufen geformt und manipuliert und mit einer CCD-Kamera visualisiert.

Zusammenfassung

Ein Verfahren zum Erstellen und Bildgebung von Kapillarbrücken in Spaltporgeometrie wird vorgestellt. Hydrophobe Säulen mit hohem Seitenverhältnis werden hergestellt und funktionalisiert, um ihre Oberflächen hydrophil zu machen. Die Kombination eines physikalischen Merkmals (der Säule) mit einer chemischen Grenze (der hydrophile Film auf der Oberseite der Säule) bietet sowohl eine physikalische als auch eine chemische Heterogenität, die die dreifache Kontaktlinie anheftet, ein notwendiges Merkmal, um stabile lange, aber schmale Kapillarbrücken zu schaffen. Die Substrate mit den Säulen werden an Glasrutschen befestigt und in kundenspezifischen Halterungen befestigt. Die Halterungen werden dann auf vier Achsenmikrostufen montiert und so positioniert, dass die Säulen parallel und einander gegenüberstehen. Die Kapillarbrücken werden durch einführende Flüssigkeit in den Spalt zwischen den beiden Substraten gebildet, sobald die Trennung zwischen den gegenüberliegenden Säulen auf ein paar hundert Mikrometer reduziert wurde. Die benutzerdefinierte Mikrostufe wird dann verwendet, um die Höhe der Kapillarbrücke zu variieren. Eine CCD-Kamera ist so positioniert, dass sie entweder die Länge oder breite der Kapillarbrücke abbilden kann, um die Morphologie der Fluidschnittstelle zu charakterisieren. Mit dieser Methode wurden Säulen mit Breiten bis zu 250 mm und Längen bis 70 mm hergestellt, was zu Kapillarbrücken mit Seitenverhältnissen (Länge/Breite) von über 100¹führt.

Einleitung

Die Untersuchung der Form und der daraus resultierenden Kräfte durch Kapillarbrücken wurde Gegenstand umfangreicher Studien^2-7. Anfangs konzentrierten sich die meisten Bemühungen aufgrund ihrer Einfachheit auf axisymmetrische Kapillarbrücken. Oft sind Kapillarbrücken, die in natürlichen Systemen vorkommen, wie sie in körnigen und porösen Medien^8,9 vorkommen, und Brücken, die in technologischen Anwendungen eingesetzt werden, wie z. B. für die Kapillar-Selbstmontage in^{Flip-Chip-Technologien 10-15,} asymmetrisch mit ungleichmäßigen Benetzungseigenschaften auf den interagierenden Oberflächen. Die Kombination verbesserter Lithographie-Techni....

Protokoll

Der Protokolltext ist in drei Hauptabschnitte unterteilt: 1) die Herstellung der PdMS-Säulen (Polydimethylsiloxan), 2) die Funktionalisierung der Oberteile der Säulen und 3) die Bildung und Charakterisierung der Kapillarbrücken.

1. Herstellung der PDMS-Säulen

In diesem Abschnitt wird die Herstellung der PDMS-Säulen unter Verwendung des Druckgusses mit einer Silizium/SU-8-Form beschrieben.

1. Herstellung von Silizium/SU-8 Form
   1. Legen Sie eine saubere 4 in Silizium-Wafer in eine Pyrex Petri Schale.
   2. Bereiten Sie eine 4:1 (volumenmäßig) Schwefelsäure auf Wasserstoffperoxid....

Ergebnisse

Beschreibung des Versuchsgeräts

Das Versuchsgerät kann in vier Hauptteile zergliedert werden: 1) die obere Substratstufe, 2) die untere Substratstufe, 3) die Spritze/Spritze xyz-Übersetzungsstufe und 4) die Kamera/Optik und Kamerahalter. Die Details der einzelnen folgen:

1. Top-Substrat-Stufe. Über ein kundenspezifisch bearbeitetes Steckverbinderstück wird eine digitale Übersetzungsstufe an eine Befestigungsklemme der P-Serie angeschlossen. Die Montageklemme ist mit ein.......

Diskussion

Die hier vorgestellte Methode bietet eine Möglichkeit, Kapillarbrücken in Derspaltgeometrie zu erstellen, sowie eine Methode zur Abbildung dieser Brücken, damit ihre Morphologie analysiert und mit Simulation und Theorie verglichen werden kann.

Diese Methode beinhaltet sowohl physikalische Reliefals als auch selektive chemische Musterung, um asymmetrische Benetzungseigenschaften zu erzeugen. Wenn nur eine chemische Heterogenität vorhanden ist, bleibt ein Flüssigkeitstropfen an der Heterogenität.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
99,999% Golddraht	Kurt J. Lesker	EVMAU40040
Aceton	Pharmco-AAPER	C1107283
Dimethylsulfoxid	Fisher	D128-500
Ethanol (200 Proof)	Pharmco-AAPER	111000200
Salzsäure	EMD	HX0603-4
Wasserstoffperoxid (30%)	EMD	HX0635-3
Isopropylalkohol	Fisher	L-13597
Mercapto Hexadecansäure (90%)	Sigma-Aldrich	448303-1G
Mercapto-propyl-trimethoxy-silan (MPTS)	Gelest	Sim6476-O-100GM
Milli-Q DI Wasser	Millipore	Milli-Q
Stickstoff (gas)	Airgas	UN1066
Sauerstoff (Gas)	Airgas	UN1072
Siliziumwafer (4 Zoll)	WRS Materials	CC8506
SU-8 2002 (negativer Fotolack)	MicroChem	SU82002
SU-8 2050 (negativer Fotolack)	MicroChem	SU82050
SU-8 Entwicklerlösung	MicroChem	Y020100 4000L1PE
Schwefelsäure	J.T. Baker	9681-03
Polydimethysulfoxid (PDMS)	Dow Corning	Sylgard -184
Toluol	Omnisolv	TX0737-1