Fabricación Y Visualización De Puentes Capilares En Geometría De Poro Hendidura

David J. Broesch; Joelle Frechette

doi:10.3791/51143

Artículo de método

Fabricación Y Visualización De Puentes Capilares En Geometría De Poro Hendidura

DOI:

10.3791/51143

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9 de enero de 2014

David J. Broesch¹ , Joelle Frechette¹

¹Chemical and Biomolecular Engineering Department, Johns Hopkins University

En este artículo

Resumen

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Un procedimiento para crear y los puentes capilares de la proyección de imagen en geometría del rajar-poro se presenta. La creación de puentes capilares se basa en la formación de pilares para proporcionar una heterogeneidad física y química direccional para fijar el fluido. Los puentes capilares se forman y manipulan mediante microetapas y se visualizan mediante una cámara CCD.

Resumen

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Un procedimiento para crear y los puentes capilares de la proyección de imagen en geometría del rajar-poro se presenta. Los pilares hidrofóbicos de alta relación de aspecto se fabrican y funcionalizan para hacer que sus superficies superiores sean hidrófilas. La combinación de una característica física (el pilar) con un límite químico (la película hidrofílica en la parte superior del pilar) proporciona una heterogeneidad física y química que fija la línea de triple contacto, una característica necesaria para crear puentes capilares largos pero estrechos estables. Los sustratos con los pilares se unen a portaobjetos de vidrio y se aseguran en soportes personalizados. Los soportes se montan en microetapas de cuatro ejes y se colocan de tal manera que los pilares son paralelos y uno frente al otro. Los puentes capilares se forman introduciendo un fluido en el espacio entre los dos sustratos una vez que la separación entre los pilares orientados se ha reducido a unos pocos cientos de micrómetros. El microetapa personalizado se emplea para variar la altura del puente capilar. Una cámara CCD se coloca para obtener imágenes de la longitud o la anchura del puente capilar para caracterizar la morfología de la interfaz del fluido. Los pilares con anchos de hasta 250 μm y longitudes de hasta 70 mm se fabricaron con este método, lo que llevó a puentes capilares con relaciones de aspecto (longitud / anchura) de más de 100^1.

Introducción

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El estudio de la forma y las fuerzas resultantes causadas por los puentes capilares ha sido objeto de amplios estudios^2-7. Inicialmente la mayoría de los esfuerzos se centraron, debido a su simplicidad, en puentes capilares axisimétricos. A menudo, los puentes capilares que ocurren en sistemas naturales, como los que se encuentran en medios granulares y porosos^8,9 y los puentes empleados en aplicaciones tecnológicas, como para el autoensamblaje capilar en tecnologías de flip chip^10-15 son asimétricos con propiedades de humectación no uniformes en las superficies que interactúan. La combinación de técnicas de litografía mejoradas junto ....

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Protocolo

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El texto del protocolo se divide en tres secciones principales: 1) la fabricación de los pilares del PDMS (polidimetilsiloxano), 2) la funcionalización de las partes superiores de los pilares, y 3) la formación y caracterización de los puentes capilares.

1. Fabricación de los pilares pdms

Esta sección detalla la fabricación de los pilares PDMS utilizando fundición a presión con un molde de silicio/SU-8.

Fabricación de silicio/molde SU-8
1. Coloque un 4 limpio en oblea de silicio en una placa de Petri de Pyrex.
2. Prepare una solución de ácido sulfúrico 4:1 (por volumen) ....

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Resultados

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Descripción del dispositivo experimental

El dispositivo experimental se puede dividir en cuatro partes principales: 1) la etapa de sustrato superior, 2) la etapa de sustrato inferior, 3) la etapa de traducción xyz de jeringa / jeringa y 4) la cámara / óptica y el soporte de la cámara. Los detalles de cada uno siguen:

Etapa de sustrato superior. Una etapa de traducción digital se conecta a una abrazadera de montaje de la serie P a través de una pieza de conector mecan.......

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Discusión

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El método presentado aquí proporciona una manera de crear puentes capilares en la geometría de poros de hendidura, y también un método para obtener imágenes de estos puentes para que su morfología pueda ser analizada y comparada con la simulación y la teoría.

Este método incorpora el alivio físico, así como patrones químicos selectivos para crear propiedades de humectación asimétricas. Si solo hay una heterogeneidad química, una gota de líquido permanecerá anclada en la heterogeneidad hasta qu.......

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Los autores agradecen el apoyo de la Fundación Nacional para la Ciencia en virtud de la Subvención No. CMMI-00748094 y la ONR N000141110629.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
Nombre	Empresa	Número de catálogo
99.999% Alambre de oro	Kurt J. Lesker	EVMAU40040
Acetona	Pharmco-AAPER	C1107283
Dimetilsulfóxido Fisher		D128-500
Etanol (200 grados)	Pharmco-AAPER	111000200
Ácido clorhídrico	EMD	HX0603-4
Peróxido de hidrógeno (30%)	EMD	HX0635-3
Alcohol isopropílico	Fisher	L-13597
Mercapto ácido hexadecanoico (90%)	Sigma-Aldrich	448303-1G
Mercapto-propil-trimetoxi-silano (MPTS)	Gelest	Sim6476-O-100GM
Milli-Q DI agua	Millipore	Milli-Q
Nitrógeno (gas)	Airgas	UN1066
Oxígeno (gas)	Airgas	UN1072
Obleas de silicio (4 pulgadas)	WRS Materiales	CC8506
SU-8 2002 (fotorresistencia negativa)	MicroChem	SU82002
SU-8 2050 (fotorresistencia negativa)	MicroChem	SU82050
SU-8 Solución reveladora	MicroChem	Y020100 4000L1PE
Ácido sulfúrico	J.T. Baker	9681-03
Polidimetil sulfóxido (PDMS)	Dow Corning	Sylgard -184
Tolueno	Omnisolv	TX0737-1

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Broesch, D. J., Frechette, J. From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry. Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).
Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, A. P. Pendular rings between solids - meniscus properties and capillary force. J. Fluid Mech. 67

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Capillary Bridges Slit Pore Geometry PDMS Pillars Microstage Alignment Fluid Interface Imaging Self Assembled Monolayers Hydrophilic Functionalization CCD Camera Imaging Syringe Fluid Introduction Gold Film Transfer

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