Patterning e innesto indotti dalla luce per superfici scivolose basate su strutture nanoporose rivestite di silano

La nostra ricerca introduce una tecnica basata su DLP per fabbricare SLIPS di pattern spaziali, affrontando le limitazioni nel raggiungimento del controllo selettivo della disponibilità. Le principali sfide sperimentali includono la fabbricazione di maniche su metodi geometrici complessi; i metodi esistenti richiedono tempo, sono multi-fasi e mancano di alta risoluzione o variabilità selettiva. Per cominciare, mescola la resina di poliuretano acrilato fotopolimerizzabile con il PEG 200 a un rapporto di peso del 50%. Utilizzando un agitatore magnetico, mescola la miscela a 500 giri al minuto per cinque minuti.

Distribuire la soluzione mista come goccioline sessili su un film di polietilene tereftalato. Copri le goccioline con un film di etilene propilene fluorato. Applicare una pressione uniforme utilizzando un sistema roll-to-plate per garantire una diffusione uniforme.

Espone la resina di poliuretano acrilato alla luce ultravioletta a 365 nanometri utilizzando un sistema di polimerizzazione ultravioletta a diodo a emissione luminosa. Dopo la polimerizzazione, rimuovere i film di etilene propilene fluorati dalla superficie. Ora immergi il campione stagionato in acqua deionizzata per un'ora per estrarre il PEG 200 non reattivo.

Asciugare il campione in forno a 70 gradi Celsius per un'ora per rimuovere l'acqua residua e completare la fabbricazione della superficie nanoporosa. Eseguire il trattamento con ozono ultravioletto a 185 e 254 nanometri per introdurre gruppi idrossile come pretrattamento per la formazione di monostrati autoassemblati. Successivamente, posiziona una piastra riscaldante all'interno di un portaoggetti riempito di azoto.

Posiziona un becher pulito sulla piastra calda e dispensa un millilitro di soluzione OTS come una goccia sessile sul fondo. Fissa i campioni di pellicola PET su vetrini di vetro. Posiziona le vetrine coperte sopra il becher per iniziare la deposizione in fase vapore dell'OTS.

Riscalda il setup a 120 gradi Celsius per 40 minuti. Ora togli gli esemplari dal vano portaoggetti. Pulisci il becher con una salvietta senza pelucchi per eliminare eventuali residui di OTS.

Per l'innesto indotto dalla luce, eseguire il trattamento con ozono ultravioletto a 185 e 254 nanometri sulla superficie rivestita di OTS. Ora applica 20 microlitri per centimetro quadrato di olio di silicone da 10 centistoke sulla superficie tramite deposizione di goccioline sessili. Irradiare il campione per 15 minuti con una lampada ultravioletta ad alta intensità, posizionata a 15 centimetri sopra la superficie.

Poi inclina il campione a un angolo di 30 gradi e mantieni la posizione per cinque minuti per permettere all'eccesso di olio di silicone di defluire dalla superficie. Per realizzare la struttura scivolosa del pattern, innanzitutto si progettano le forme desiderate usando software CAD ed esportano come file di litografia stereo. Carica i file nel software di slicing e genera immagini di proiezione bidimensionale per l'elaborazione digitale della luce.

Trasferire i file sulla stampante tridimensionale. Posiziona la pellicola rivestita di polimero sulla finestra della stampante digitale per l'elaborazione della luce. Esponi la pellicola a 365 nanometri di luce ultravioletta a 180 millijoule per centimetro quadrato con il pattern di proiezione digitale per indurire selettivamente la resina.

Immergi il campione esposto in acqua deionizzata per un'ora per estrarre il PEG 200. Poi asciuga il campione a 70 gradi Celsius per un'ora per rimuovere l'acqua residua e completare la struttura nanoporosa. Eseguire il trattamento OTS e l'innesto indotto dalla luce per completare la fabbricazione delle superfici scivolose del modello.

Le superfici nanoporose fabbricate tramite separazione di fase indotta dalla polimerizzazione hanno mostrato una distribuzione dominante delle dimensioni dei pori da 60 a 100 nanometri. L'angolo di contatto statico con l'acqua misurato sulla superficie porosa era di 84,4 gradi. Dopo la silanizzazione, la superficie divenne idrofobica, ma un secondo trattamento con ozono ultravioletto ridusse temporaneamente l'angolo di contatto.

Questa riduzione è stata invertita dalla formazione di strati di spazzole PDMS, che ha ripristinato l'idrofobicità. Il comportamento scivoloso di quattro liquidi rappresentativi: acqua deionizzata, ottano, miele e saliva artificiale umana è stato convalidato dalle misurazioni dell'angolo di contatto, dell'angolo di scorrimento, della velocità di scorrimento e dell'isteresi dell'angolo di contatto. Le misurazioni stampate della larghezza di linea dalla resina PEG, PUA hanno mostrato alta fedeltà alla dimensione minima della caratteristica di 50 micrometri, con deviazioni crescenti a larghezze maggiori.

Superfici nanoporose a motivi furono realizzate con design grafici e letterali utilizzando l'elaborazione digitale della luce, inclusi labirinto, ingranaggi e loghi JoVE. Dopo tutti i trattamenti superficiali e l'infusione di olio di silicone, i motivi sono diventati otticamente trasparenti grazie al ridotto contrasto dell'indice di rifrazione. Le misurazioni della trasmittanza hanno mostrato che le superfici porose trattate hanno raggiunto una trasparenza superiore al 90%.

Quando veniva applicata acqua contenente inchiostro, le gocce migravano selettivamente verso regioni idrofile non trattate, evitando i domini scivolosi e formando forme liquide definite. Abbiamo scoperto che quando produciamo superfici nanoporose con l'innesto UVU, diventano molto scivolose. L'isteresi dell'angolo di contatto è davvero piccola, quindi possiamo creare pattern selettivi di gocce sulla superficie.

Il nostro metodo utilizza la stampa 3D DLP per poter modellare la superficie in un unico passo più veloce con alta risoluzione. Funziona anche su un substrato flessibile. Rispetto al processo a più fasi tipici, è molto semplice e molto veloce.

Poiché possiamo controllare dove la superficie è bagnabile o scivolosa, possiamo guidare come le gocce si muovono e rimangono su una superficie. Questo può aiutare i lavori futuri su cose come il trasporto direzionale delle gocce, dispositivi microfluidici, rivestimenti autopulienti e persino superfici per la raccolta dell'acqua.