פרוטוקול פשוט מסופק להרכבת מבנים hemiwicking של גדלים, צורות וחומרים שונים. הפרוטוקול משתמשת בשילוב של החתמת הפיזי, PDMS צורניים, שינויים משטח דק באמצעות חומרים התצהיר טכניקות נפוצות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול פשוט מסופק להרכבת מבנים hemiwicking של גדלים, צורות וחומרים שונים. הפרוטוקול משתמשת בשילוב של החתמת הפיזי, PDMS צורניים, שינויים משטח דק באמצעות חומרים התצהיר טכניקות נפוצות.
Hemiwicking הוא תהליך שבו נוזל מרטיב משטח בדוגמת מעבר אורך נורמלי הרטבה עקב שילוב של נימיות imbibition. התופעה הרטבה חשוב בתחומים טכניים רבים, החל פיזיולוגיה הנדסת אווירונאוטיקה. כיום, קיימות מספר טכניקות שונות עבור בדיית hemiwicking מבנים. אלה שיטות קונבנציונליות, אולם, לעיתים זמן רב, קשה הסולם לשטחים גדולים או קשים להתאים ספציפית, nonhomogeneous המתבנת גיאומטריות. פרוטוקול הציג מספק חוקרים עם פשוטה, מדרגי, ובאיזו שיטה חסכונית בדיית hemiwicking בדוגמת מיקרו משטחים. השיטה fabricates הפתילה מבנים באמצעות הדפסת הבולים, polydimethylsiloxane (PDMS) צורניים ו ציפוי משטח דק. הפרוטוקול הוא הפגין עבור hemiwicking עם אתנול במערכים micropillar PDMS מצופה 70 nm אלומיניום בעובי דק-סרט.
לאחרונה חלה עניין מוגבר שהוא מסוגל לשלוט באופן פעיל והן פסיבי של הרטבה, אידוי, ערבוב של נוזלים. משטחים hemiwicking עם מרקם ייחודי לספק פתרון הרומן לקירור טכניקות כי משטחים בעלי מרקם אלה לשמש משאבה נוזלים (ו/או חום) ללא חלקים נעים. זו תנועה נוזל הוא מונע על ידי מפל של נימיות באירועים המשויכים שכדור דינמי נוזלי סרט דק. באופן כללי, כאשר נוזל מרטיב משטח יציב, מעוקל נוזלי סרט דק (קרי, נוזלי מניסקוס) במהירות טפסים. עובי הנוזל ואת פרופיל עקמומיות להתפתח עד למינימום אנרגיה חופשית. לעיון, פרופיל הרטבה דינמי זה יכול במהירות להירקב על עשרות ננומטר בעובי בתוך הפורש (נוזל-הרטבה) אורך-מידה של היחידה עשרות מיקרומטר. לפיכך, האזור (נוזל-סרט) המעבר ניתן לעבור שינויים משמעותיים נוזלי-ממשק עקמומיות. האזור (סרט דק) המעבר הינו שם כמעט כל כימיה ופיזיקה דינמי מקורו. בפרט, האזור (סרט דק) המעבר הינו שבו נמצאים המחירים המרבי (1) אידוי, מעברי צבע לחץ (2) והחסרונות מצטרף ומילויים הדרגתיים הלחץ ההידרוסטטי (3)1,2. כתוצאה מכך, נוזל מעוקל-סרטים ממלאים תפקיד חיוני תחבורה תרמי, שלב ההפרדה, instabilities נוזלים ו מערבוב נוזלים מרובה רכיבים. למשל, לגבי העברת החום, נצפו פלקסים החום הגבוהה קיר זה אזור סרט דק מאוד מעוקל, מעבר3,4,5,6,7.
Hemiwicking מחקרים שנעשו לאחרונה הראו כי הגיאומטריה (למשל, גובה, קוטר, וכו ') ואת המיקום של עמודי לקבוע את פרופיל הקבלה הרטבה והמהירות של הנוזל רץ דרך מבנים8. כמו החזית נוזלים הולכת ונמוגה לבטל הקצה של המבנה האחרון במערך, החזית הנוזלים נשמר מרחק קבוע, עקמומיות, כמו הנוזל המתאיידים מוחלפות הנוזל המאוחסנים ב מבנים wicking9. מבנים Hemiwicking היו בשימוש גם חום צינורות ועל משטחים רותחים כדי לנתח ולשפר את מנגנוני העברת חום שונות. 10 , 11 , 12.
אחת השיטות בשימוש כיום כדי ליצור מבנים הפתילה היא החותם התרמי ליתוגרפיה13. שיטה זו מבוצעת על ידי החתמת את הפריסה הרצויה לשכבה להתנגד על מדגם תבנית סיליקון עם חותמת פולימר תרמופלסטי, ואז להסיר את חותמת לשמור את מזערים. הוסר, לאחר המדגם היא לשים דרך של יון תגובתי התחריט כדי להסיר את כל ה14,שכבה להתנגד עודף15. תהליך זה, אולם, יכולה להיות רגיש עד הטמפרטורה של הזיוף של המבנים wicking, כולל מספר שלבים לנצל ציפויים שונים על מנת להבטיח את הדיוק של ה-מבנים wicking16. זה גם במקרה זה טכניקות הדפס אבן אינן מעשיות עבור מאקרו סרגל תכנים; בעוד הם עדיין מספקים דרך ליצור דפוס של מזערים על משטח, התפוקה של הליך זה הוא הרבה פחות אידיאלי עבור רבייה בקנה מידה גדול. בהתחשב בקנה מידה גדול, לשחזור texturing, כגון ציפוי ספין או מטבל, יש חוסר הטבועה המתבנת לשליטה. שיטות אלה ליצור מערך אקראי של מזערים על פני המטרה אך וניתן לשנותם כדי לכסות אזורים גדולים בהרבה מאשר טכניקות הדפס אבן מסורתית17.
פרוטוקול המפורטים בדוח זה מנסה לשלב את נקודות החוזק של שיטות מסורתיות מרקמים תוך צמצום בו זמנית את החולשות הספציפי של כל אחד; הוא מגדיר דרך לפברק hemiwicking מותאם אישית מבנים שונים הייטס, צורות, כיוונים, ועוד חומרים בקנה מידה מאקרו, עם תפוקה גבוהה פוטנציאל. דפוסים שונים wicking ניתן ליצור במהירות לצורך אופטימיזציה של הפתילה מאפיינים, כגון בקרה כיוונית של נוזל מהירות, הפצת ערבוב של נוזלים שונים. השימוש של מבנים שונים הפתילה יכול גם לספק עובי הסרט דק בדרגות שונות של עקמומיות פרופילים, אשר ניתן ללמוד באופן שיטתי את צימוד בין חום העברה המונית עם עובי שונה ופרופילים עקמומיות של הנוזל מניסקוס.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. ליצור את מפת המתבנת
2. הנחת את הפלסטיק להיות חותמת מורה
3. החתמת את המדגם פלסטיק עבור PDMS צורניים
4. יצירת המכייר PDMS
5. מפקיד את המתכת סרט דק על PDMS
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 1 מספק תיאור סכמטי של איך המנגנון כבישה תיצור, התבנית המבנים wicking-תבנית פלסטיק. כדי לבדוק את האיכות של המנגנון כבישה בייצור סרטי הפתילה, נוצרו שני מערכים שונים עמוד כדי לנתח את איכות מעמודי התווך לניסויים עתידיים הפתילה. היבטים של המנגנון נחקר היו הדיוק של גובה העמודים (עם ובלי הדרגתי עומק), איכות התווך לאחר המכייר PDMS, איכות התווך לאחר הפייטה sputter לעבד, ואת היכולת של מבנים כדי ליצור הפתילה המי. כדי לעשות זאת, שני הפתילה דפוס גרסאות נוצרו, אחד מוצ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כבר הציג שיטה ליצירת עמוד בדוגמת מערכים של מבנים hemiwicking; זו מושגת על ידי החתמה חללים על רקיק פלסטיק עם מנגנון תחריט שבאה המתבנת בעקבות מפת שנוצרו על-ידי המשתמש. לאחר מכן, תערובת PDMS הוא שפך, לרפא, מצופה בשכבה דקיקה של אלומיניום באמצעות התצהיר. יכול להיות מותאם אישית עמוד מערך המאפיינים בהתאם לערך סולם אפור המוקצה של מפת הסיביות בעקבות פרוטוקול זה. זה היבט חיוני של המתבנת ניתן ליצור מגוון רחב של האפשר הפתילה מבנים כדי לבדוק שניתן להשתמש בהם ביישומים שונים, כולל סרט דק מחקר ישיר ביישומים במערכות תרמיות. תחום...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים יש גילויים אין לדבר על הנייר הזה.
חומר זה מבוסס על מחקר חלקית בחסות ארה ב Office של חיל הים המחקר תחת גרנט מס N00014-15-1-2481, הקרן הלאומית למדע תחת גרנט מס 1653396. מנופים ומסקנות הכלולים במסמך זה הם אלה של המחברים, אין לפרש כמייצג בהכרח את מדיניות רשמית או חסויות, גם בין מפורשת ובין משתמעת, המחקר של ארצות הברית Office של חיל הים, הקרן הלאומית למדע, או ממשלת ארצות הברית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| NI-DAQ 9403 | National Instruments | 370466AE-01 | ממשק התקשורת בין המצלמה למתג הבקרה של הלייזר. |
| מתג בקרה | Crouzet | GN84134750 | בקר לשימוש עבור הלייזר המפעיל את הלייזר על סמך המתח שנשלח על ידי ה-DAQ. |
| מצלמת פרעושים | FLIR | FL3-U3-120S3C-C | מצלמת פרעושים המשמשת להדמיית המקדח על תבנית הפלסטיק. |
| מצלמת הדמיית פרעושים | פוינט אפור | FL3-U3-20E4M-C | מצלמת פרעושים המשמשת להשגת תמונות הצד של העמודים. |
| 200 צעדים/סיבובים, מנוע צעד 12V-350mA (x2) | AdaFruit | 324 | מנועי הצעד משמשים לשליטה בעומק ובזווית של טחנת הקצה. |
| 10x אינסוף מתוקן מטרת עבודה למרחקים ארוכים | מטרה | #46-144 | המטרה ששימשה לקבלת התמונה של צד העמודים. |
| 15x מצומד אינסופי, מצופה UV, ReflX אובייקטיבי | TechSpec | #58-417 | המטרה המשמשת לקבלת התמונה של החלק העליון של העמודים. |
| 72002 0.002D X 0.006 LOC קרביד SQ 2FL טחנת קצה מיניאטורית | Harvey Tools | 72002 | המקדח ששימש ליצירת חורים בתבנית הפלסטיק. |
| באנרגיה מתקדמת | של 1 קילוואט | MDX-1K | משמש להפעלת מפזר התצהיר. |
| משאבת טורבו-V 70LP Nacro Torr | Varian | 9699336 | משאבת טורבו המשמשת להפחתת לחץ בתוך תא התצהיר. |
| 2000mw, 405nm לייזר מיקוד אור כחול בעוצמה גבוהה | WDLasers | KREE | מדגם חימום לייזר |
| 5.875 אינץ' Dessicator עם חיבורי צינור 0.25 אינץ' | McMaster-Carr | 2204K5 | PDMS Dessicator |
| SYLGARD 184 אלסטומר סיליקון, ערכת 0.5 ק"ג | Dow-Corning | 4019862 | ערכת ה-PDMS המשמשת לייצור הבסיס. |
| מדחס אוויר דיאפרגמה / משאבת ואקום | Gast | DOL-701-AA | משאבת ואקום Dessicator |
| שלבים ליניאריים ממונעים (2x) | Standa | 8MT175 | מנועי הצעד המשמשים לשליטה בלוחית הדגימה בכיוון x ו-y. |
| כפולות אכרומטיות פויסטיות לא רכובות בקוטר 2 אינץ', מצופה AR: 400-700 ננומטר | ThorLabs | AC508-150-A | נעשה שימוש באכרומט על מנת להשיג את התמונות של צד העמודים. |
| פרעוש 3 מונו מצלמה, 2448 x 2048 פיקסלים | אפור נקודה | FL3-GE-50S5M-C | מצלמת פרעושים המשמשת לחיקוי החלק העליון של העמודים. |
| מתמר ואקום דיגיטלי | Thyrcont Vacuum Instruments | 4940-CF-212734 | משמש לניטור לחץ בתוך תא התצהיר. |
| גז ארגון בלחץ Resovoir | Airgas | AR RP300 | המשמש בתהליך התצהיר. |
| שלב תרגום חד-ממדי | ניופורט קורפוריישן | TSX-1D | שלב תרגום המשמש להזזת המצלמה כדי להתמקד בטחנת הקצה. |
| תושבת לייזר גלילית (x2) | Newport Corporation | ULM-TILT-M | תושבת הלייזר שימשה להזזת המצלמה כדי להתמקד בטחנת הקצה. |
| צ'ילר ספסל עם משאבה צנטריפוגלית, 120V, 60Hz | Polyscience | LS51MX1A110C | צ'ילר המשמש להרכבת התצהיר. |
| Alcatel Adixen 2010SD XP, מנוע חסין פיצוץ, משאבת ואקום שבשבת סיבובית, | מוצרי ואקום אידיאליים | 210SDMLAM-XP | משאבת ואקום המשמשת למכלול התצהיר. |
| מאוורר, 105 CFM, 115 וולט (x2) | Comair Rotron | MU2A1 | מאוורר המשמש לקירור היבטים מסוימים של מכלול התצהיר. |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.