Fabrication et visualisation de ponts capillaires en géométrie des pores fendus

L’objectif global de cette procédure est de former et d’imager des ponts capillaires dans une géométrie pauvre en fentes. Ceci est accompli en fabriquant d’abord des substrats de piliers PDMS allongés à l’aide de moules photolithographiques standard. La deuxième étape consiste à fonctionnaliser le haut des piliers pour introduire un contraste mouillant entre le haut et les côtés à l’aide d’impression, de lithographie, de lithographie par transfert et de monocouches auto-assemblées.

Ensuite, les deux piliers sont placés l’un en face de l’autre dans un dispositif à micro-étages à quatre axes. Les degrés de liberté de translation et de rotation permettent à l’investigateur d’aligner correctement les deux piliers qui se font face et de contrôler la séparation entre les piliers pendant l’expérience. La dernière étape consiste à introduire du liquide entre les deux piliers surélevés et à imager le pont capillaire résultant avec la caméra CCD.

Au fur et à mesure que la hauteur de la fente a changé, en fin de compte, le changement de morphologie du pont liquide à mesure que la hauteur de la fente est augmentée est utilisé pour montrer que la pression lalo du pont liquide passe du signe d’attrayant à répulsif à mesure que la hauteur de la fente augmente. Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de la compréhension des caractéristiques du phénomène d’humidification partiellement épinglée. Il peut également être appliqué à des problèmes tels que la conception de puces retournées, la récupération d’huile dans les matériaux poreux et l’adhésion bio-inspirée.

Avant de commencer cette procédure, nettoyez une plaquette de silicium de quatre pouces avec une solution de piha en suivant ce Spinco SU eight 2002 à la surface de l’eau pendant 40 secondes à 500 tr/min. Ensuite, Spinco SU 8 20 50, sur la plaquette avec un programme de codeur de spin en deux étapes pendant 40 secondes à 500 tr/min suivis d’une minute à 1500 tr/min. Une fois que la plaquette enduite de centrifugation est sèche, placez un masque de transparence dessus, puis placez-la sous une lampe ultraviolette et exposez-la pendant 30 secondes à 200 watts.

Après avoir séché la plaquette sur une plaque chauffante à 95 degrés Celsius, placez-la dans la solution de révélateur SU eight et agitez-la légèrement jusqu’à ce que toute la SU eight non exposée ait été retirée. Rincez ensuite la gaufrette dans un filet d’alcool isopropylique pendant 30 secondes et séchez-la au sèche-cheveux à l’azote. À ce stade, mélangez vigoureusement un rapport massique de 10 pour un de protection P-D-M-S-S, de base 180 4 à l’agent de durcissement dans un bécher à l’aide d’un mélangeur jetable Degas, le PDMS dans une chambre à vide jusqu’à ce que toutes les bulles aient disparu.

Après avoir placé le moule fabriqué SU eight dans un grand plat en plastique Wang de quatre pouces, versez le mélange PDMS dessus. Après avoir dégazé le moule et le mélange PDMS, placez le plat entier dans un four à 75 degrés Celsius pendant au moins deux heures. Une fois l’échantillon refroidi à température ambiante, découpez la parabole du PDMS et le PDMS de la plaquette de silicium avec une lame de rasoir droite.

Ensuite, découpez la région PDMS avec les piliers de la masse et stockez-la dans une boîte de Pétri propre. Après avoir évaporé 20 nanomètres d’or directement sur une plaquette de silicium propre, placez-la dans un réacteur à plasma et nettoyez-la à l’aide d’un plasma d’oxygène à une pression de 300 milour avec une puissance de 50 watts pendant 10 minutes. Une fois terminé, placez la plaquette dans une boîte de Pétri en pyrex remplie d’éthanol à 200 degrés pendant au moins 10 minutes.

Après avoir retiré la plaquette du plat, rincez-la à l’éthanol et séchez-la au sèche-cheveux avec de l’azote. Ensuite, appliquez une couche de toluène MPTS préalablement préparée sur la plaquette à 500 tr/min pendant 30 secondes, puis à 2 750 tr/min pendant une minute. Une fois que la plaquette a été rincée et séchée, placez-la dans une boîte de Pétri en pyrex contenant suffisamment de solution d’acide chlorhydrique de 16 millimolaires pour immerger complètement la plaquette.

Après au moins cinq minutes d’immersion, retirez la plaquette de la solution et séchez-la au sèche-cheveux avec de l’azote. Placez ensuite les piliers PDMS dans la chambre à plasma et effectuez un plasma d’oxygène à une pression de 300 milour et une puissance de 50 watts pendant 30 secondes. Après avoir retiré les substrats PDMS du réacteur à plasma, liez le dos de chacun d’eux à une lame de verre propre en leur appliquant une légère pression.

Retournez les substrats PDMS à dos de verre et appuyez sur les piliers sur les films d’or fonctionnalisés MPTS. Une fois qu’une pression modérée a été appliquée, placez un poids d’environ 100 grammes sur la lame de verre pour assurer un contact conforme Après au moins 12 heures, séparez chaque substrat PDMS de la plaquette et utilisez une lame de rasoir droite. Si le substrat PDMS est coincé, utilisez un microscope optique pour vérifier que le film d’or n’est pas fissuré ou qu’il ne manque aucune pièce le long du pilier.

Ensuite, plongez le substrat PDMS dans un substrat préalablement préparé. Solution millimolaire de sulfoxyde de diméthyle MHA pendant au moins 24 heures. Après le rinçage à l’eau déminéralisée et le séchage, placez le substrat PDMS dans une chambre à vide avec une pression inférieure à 100 milour à 25 degrés Celsius pendant au moins 12 heures en utilisant deux substrats piliers.

Placez-en un dans les supports supérieurs et un dans les supports inférieurs de l’ensemble de micro-étage à quatre axes. Fixez les supports à l’aide de vis de tension latérales. À ce stade, assemblez l’appareil en fixant la platine de substrat supérieure à la plaque d’essai de sorte que le substrat supérieur soit à peu près au-dessus du substrat inférieur.

Réduisez la hauteur entre les deux piliers opposés à environ un millimètre à l’aide des boutons x, y et de rotation. Sur l’étage inférieur du substrat. Alignez les bandes dorées des deux substrats de manière à ce qu’elles soient parallèles.

Ensuite, positionnez la caméra pour regarder sur toute la longueur du pilier PDMS à l’aide du flux de caméra en direct sur l’écran de l’ordinateur, ajustez davantage la position du substrat inférieur afin que les piliers soient parallèles. Ensuite, déplacez l’appareil photo sur le côté opposé de l’appareil et répétez les deux étapes précédentes. À l’aide du flux de la caméra en direct, diminuez la séparation entre les deux piliers jusqu’à ce que le pilier supérieur entre en contact avec le pilier inférieur.

Ensuite, mettez à zéro la micro-platine numérique et augmentez la hauteur des pores à environ 200 micromètres. Montez une seringue contenant une solution d’eau de glycérol à 80 % sur l’étage de translation XY, Z de la seringue à l’aide de la pince mécanique. Ajustez ensuite les micromètres sur la platine de positionnement de la seringue de sorte que l’aiguille de calibre 30 s’insère dans la fente.

Diminuez la hauteur de la fente de coulée de sorte que les surfaces supérieure et inférieure entrent doucement en contact avec l’aiguille après avoir lentement distribué le liquide de la seringue dans la fente. Utilisez les micromètres sur la platine de positionnement de la seringue pour retirer l’aiguille du pore de la fente. Le dispositif expérimental peut être divisé en quatre parties principales.

L’étage de substrat supérieur, l’étage de substrat inférieur, la seringue XY, l’étage de translation Z, ainsi que l’optique de l’appareil photo et le support de caméra. Voir le protocole textuel pour plus de détails sur le dispositif expérimental Lors du transfert de l’or vers le substrat PDMS, il est important de séparer le dispositif PDMS de la plaquette de silicium. Voici une image au microscope du pilier A-P-D-M-S avec de l’or après un transfert réussi.

Voici une image qui montre l’excès de feuille d’or de la plaquette qui a été transférée sur le pilier en raison d’un mauvais transfert. Pour faciliter le transfert du film d’or, un rasoir de sécurité tranchant peut être utilisé pour soulever doucement un bord du pilier PDMS de la plaquette de silicium. De plus, le substrat PDMS doit être tiré dans une direction normale à la surface des plaquettes pour éviter qu’une feuille d’or supplémentaire ne colle au bord du substrat. Montré.

Voici une image montrant comment des fissures peuvent se former dans la couche d’or après le transfert si le substrat PDMS subit un cisaillement ou une flexion important. Une fois le processus de fabrication terminé, il est important de vérifier la qualité de la monocouche MHA en testant son angle de contact avec l’eau. On voit ici une goutte d’eau liquide sur un substrat PDMS doré après avoir été fonctionnalisée avec du MHA.

Le faible angle de contact sur le PDMS indique que le processus a réussi. L’encart montre une goutte d’eau liquide placée sur l’un des piliers surélevés après la fin de la procédure. L’angle de contact de 140 degrés démontre que la combinaison d’hétérogénéités physiques et chimiques permet de fixer la goutte sur les côtés des piliers.

Une fois que les substrats ont été fabriqués et installés dans les supports de micro-étage, les canaux peuvent être remplis à l’aide de la seringue XY, Z L’étape illustrée ici est un pore de fente rempli avec une perspective perpendiculaire à la largeur du pilier illustré. Voici une perspective orthogonale à la première image qui est perpendiculaire à la longueur du pore de la fente. Le processus de remplissage du canal dans la même perspective que la deuxième image est montré ici, il est essentiel pendant l’étape de remplissage de distribuer le liquide de la seringue.

Lentement, la force des grands débits soudains peut coincer profondément le liquide du haut du pilier, le faisant se propager sur les régions PDMS hydrophobes. Si cela se produit, les supports doivent être nettoyés et séchés à plusieurs reprises au cours du processus de remplissage. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de former des piliers PDMS.

Fonctionnalisez-les avec des monocouches auto-assemblées et alignez-les pour former des ponts capillaires. N’oubliez pas que travailler avec du piran peut être extrêmement dangereux et que des précautions telles qu’une hotte en état de marche. Les lunettes de sécurité sont un écran facial.

Une blouse de laboratoire avec des gants en néoprène doit être utilisée chaque fois que cette procédure est effectuée.