Comportamento di anti-adesione preparazione e ad alta temperatura di una superficie scivolosa su acciaio inossidabile

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di descrivere come fabbricare superfici scivolose con resistenza alle alte temperature e di studiare l'effetto anti-adesione delle superfici preparate ad alte temperature. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della biomedicina. Ad esempio, problema di adesione dei tessuti molli sugli strumenti elettrochirurgici.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che le superfici di scivolamento preparate possono ottenere un'eccellente adesione alle alte temperature. A dimostrare la procedura sarà Liu Guang, uno studente laureato del mio laboratorio. Per iniziare questa procedura, progettare e fabbricare la fotomaschera come descritto nel protocollo di testo.

Successivamente, lavare la piastra in acciaio inossidabile in soluzioni alcaline a temperatura ambiente per 15 minuti. Utilizzando una macchina per la pulizia ad ultrasuoni, pulire accuratamente la lastra alla frequenza di lavoro di 40 kilohertz con una potenza ultrasonica di 500 watt. Quindi sciacquarlo in sequenza con acqua deionizzata ed esano, acetone ed etanolo per 10 minuti ciascuno.

Posizionare la piastra lavata su una piastra riscaldante impostata a 150 gradi Celsius. Coprite l'acciaio inox con un foglio di carta stagnola e lasciatelo asciugare sulla piastra per 30 minuti. Dopodiché, trasferisci l'acciaio su una rotellina posizionandolo al centro.

Utilizzando un contagocce, depositare circa 1 millilitro di fotoresist positivo sulla lastra partendo dal centro e spostandosi verso il bordo fino a coprire l'intera lastra. Quindi, avviare la centrifuga a 700 giri/min per sei secondi, quindi aumentare a 1500 giri/min per 15 secondi per distribuire uniformemente il fotoresist. Quindi rilasciare la valvola del vuoto.

Usando un paio di pinzette, rimuovere l'acciaio rivestito dalla rotellina. Tenere l'acciaio su una piastra riscaldante a 120 gradi Celsius per due minuti per cuocere il fotoresist. Quindi trasferire l'acciaio inossidabile nella valvola del vuoto della macchina fotomatografica.

Impostare il tempo di esposizione su 25 secondi e accendere la macchina fotomatografica. Dopodiché rimuovere l'acciaio. Immergerlo nella soluzione di sviluppo per un minuto per rimuovere il fotoresist senza esporlo alla luce UV.

Quindi rimuovere la piastra dalla soluzione di sviluppo e lavarla con acqua deionizzata. Asciugare la piastra lavata sotto azoto gassoso. Quindi posizionare l'acciaio essiccato su una piastra riscaldante.

Infornare a 120 gradi per due minuti. Utilizzando un microscopio verticale con un ingrandimento di 100 volte, ispezionare la struttura del fotoresist ottenuta sull'acciaio inossidabile. Per iniziare, preparare 200 millilitri di soluzione di mordenzatura chimica in un becher da 500 millilitri.

Quindi aggiungere l'acciaio inossidabile. Lasciare la piastra nella soluzione per 10 minuti. Usando una pinzetta, rimuovere l'acciaio inciso chimicamente.

Lavare con acqua deionizzata per un minuto. Asciugare con azoto gassoso. Utilizzare una macchina per la pulizia ad ultrasuoni per pulire l'acciaio in acetone per cinque minuti per rimuovere la struttura del fotoresist.

Successivamente asciugare la lastra incisa con l'azoto gassoso. Utilizzare un flusso costante di acqua deionizzata per pulire l'acciaio inossidabile inciso chimicamente. Asciugare con azoto gassoso.

Utilizzando una piastra riscaldante, riscaldare l'acciaio a 100 gradi Celsius per 30 minuti per asciugare completamente la superficie. Quindi trasferisci l'acciaio su una macchina al plasma RF. Utilizzare una potenza RF di 100 watt, una pressione del sistema di 100 millibar e una portata di 20 SSCM per idrossilare l'acciaio con un trattamento al plasma O2 per 10 minuti.

Successivamente preparare una soluzione OTS da un millilitro in toluene anidro. Trasferire l'acciaio inciso nella soluzione OTS. Sigillate il bicchiere e lasciatelo riposare per quattro ore a temperatura ambiente.

Quindi rimuovere l'acciaio dalla soluzione e pulirlo con toluene anidro. Utilizzando una macchina per la pulizia ad ultrasuoni, pulire la piastra per 10 minuti. Asciugalo con azoto gassoso.

Per iniziare, utilizzare un contagocce per depositare circa 10 millilitri di olio di silicone sull'acciaio inossidabile inciso chimicamente rivestito OTS. Successivamente, utilizzare uno stereomicroscopio ottico per osservare il processo di bagnatura del silicone sulla superficie dell'acciaio. Posizionare la piastra d'acciaio in posizione verticale per un'ora per rimuovere l'olio in eccesso.

Quindi depositare una goccia d'acqua da quattro microlitri sulla superficie scivolosa del silicone. Caricare l'acciaio in un microscopio ottico e inclinarlo di circa due gradi. A un basso ingrandimento, osservare la goccia d'acqua per confermare che possa muoversi facilmente sulla superficie scivolosa.

Usando una pinzetta, trasferisci l'acciaio su una piastra riscaldante. Impostare la temperatura per analizzare i comportamenti anti-bagnanti a diverse alte temperature come indicato nel protocollo di testo. Fissa una fotocamera ad alta velocità a un treppiede e dirigila verso l'acciaio.

Dopo aver regolato la messa a fuoco, utilizzare una microsiringa per depositare 10 microlitri d'acqua sulla superficie scivolosa e registrare il movimento della goccia d'acqua a un frame rate di 500 hertz. Interrompi la registrazione quando la gocciolina scivola via dalla superficie scivolosa dell'acciaio. Quindi analizza gli effetti antiaderenti della superficie scivolosa sui tessuti molli come indicato nel protocollo di test.

In questo studio, viene preparata una superficie scivolosa aggiungendo olio di silicone all'acciaio inossidabile inciso chimicamente rivestito OTS. Al termine del processo di bagnatura, è possibile distinguere uno strato di olio visibile dalla superficie asciutta. La proprietà scivolosa viene quindi indagata depositando una gocciolina d'acqua sulla superficie preparata quando è orientata con un angolo di due gradi.

La linea gialla tratteggiata segna il punto di contatto e la goccia d'acqua galleggia e scivola lungo la superficie. Successivamente vengono studiati i comportamenti anti-bagnanti a varie alte temperature. A 200 gradi Celsius, la goccia d'acqua è inizialmente vista entrare saldamente in contatto con la superficie, ma tale contatto diminuisce nel tempo.

A 6200 millisecondi, la gocciolina inizia a scivolare via dalla superficie. A 250 gradi Celsius, l'area di contatto iniziale della gocciolina è significativamente più piccola. A questa temperatura, la gocciolina inizia a scivolare via dalla superficie dopo soli 800 millisecondi.

Tuttavia, a 300 gradi Celsius la gocciolina è immediatamente instabile al contatto e scivola via rapidamente dalla superficie dopo soli 250 millisecondi. Quindi viene valutato l'effetto anti-adesione della superficie scivolosa sui tessuti molli misurando la forza di adesione. La forza di adesione è vista essere 0,80 più o meno 0,18 newton sull'acciaio inossidabile liscio e 0,04 più o meno 0,02 newton sulla superficie scivolosa.

Pertanto, c'era una differenza di un ordine di grandezza nella forza di adesione tra la superficie scivolosa e la superficie liscia dell'acciaio inossidabile. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 12 ore se eseguita correttamente. Questo metodo può fornire informazioni sulla progettazione e la fabbricazione di strumenti elettrochirurgici con superfici scivolose per un efficace effetto di adesione.

Può essere applicato anche ad altri sistemi come la lubrificazione dei comandi e l'adesione degli agenti. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di evitare di toccare la piastra quando è ad alte temperature. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dell'ingegneria biomedica per risolvere i problemi di adesione dei tessuti molli negli strumenti elettrochirurgici.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare una superficie scivolosa con resistenza alle alte temperature.