스테인레스 스틸에 미 끄 러운 표면의 준비 및 과열 방지 접착 동작

요약

미 끄 러운 표면 접착 문제를 해결 하기 위해 새로운 방법을 제공 합니다. 이 프로토콜에는 높은 온도에서 미 끄 러운 표면 조작 하는 방법을 설명 합니다. 결과 미 끄 러운 표면 액체 및 높은 온도에서 부드러운 조직에 대 한 놀라운 방지 접착 효과가 반대로 일로 보여 보여 줍니다.

초록

높은-온도 저항와 반대로 접착 표면 electrosurgical 악기, 엔진, 및 파이프라인에 잠재적인 넓은 신청이 있다. 전형적인 안티 일로 superhydrophobic 표면 쉽게 과열 액체에 노출 되 면 실패 합니다. 최근, 네-영감 을된 미 끄 러운 표면 접착 문제를 해결 하는 새로운 방법을 설명 했다. 미 끄 러운 표면에 윤 활 유 레이어 격퇴 재료와 표면 구조 사이의 장벽으로 작동할 수 있다. 그러나, 이전 연구에서 미 끄 러운 표면 거의 높은-온도 저항을 보였다. 여기, 우리는 높은-온도 저항와 미 끄 러운 표면의 준비에 대 한 프로토콜을 설명합니다. 포토 리소 그래피를 이용한 방법은 스테인레스 스틸 기둥 구조를 조작 하 사용 되었다. 식 염 수와 표면, functionalizing에 의해 미 끄 러운 표면 실리콘 오일을 추가 하 여 준비 되었다. 준비 미 끄 러운 표면 표면 300 ° c.에가 열 되었다 하는 경우에, 물에 대 한 안티 일로 속성 유지 또한, 미 끄 러운 표면 높은 온도에서 부드러운 조직에 큰 방지 접착 효과 전시. 이 유형의 스테인리스에 미 끄 러운 표면 응용 의료 기기, 기계 장비, 등등있다.

서론

액체와 부드러운 조직 사용 하기 위해 높은 온도에서 방지 접착 표면 electrosurgical 악기에 잠재적인 그들의 광범위 한 응용 프로그램 때문에 상당한 관심을 받은 엔진, 파이프라인 등 ^{1 , 2 , 3 , 4}. Bioinspired 표면, 특히 superhydrophobic 표면, 그들의 우수한 젖 음 방지 능력 및 셀프 클리닝 속성⁵이상적인 선택으로 간주 됩니다. Superhydrophobic 표면 방지 습윤 능력 표면 구조에 잠긴된 어 관찰 한다. 그러나 캐시 박스 상태^6,7에 있기 때문에, superhydrophobic 상태가 안정 되지 않습니다. 또한, 높은 온도에서 액체 작은 물방울에 대 한 안티 일로 Wenzel 상태⁸캐시 백스터에서 습윤 상태 전환 때문에 실패할 수 있습니다. 이 일로 전환 작은 액체 방울 젖 음 구조, 장소에서 공기를 잠그려면 실패 귀착되는 의해 유도 된다.

최근, 투 수 식물, 네의 peritome의 미 끄 러운 속성에 의해 영감 왕 외. 보고 표면 구조^{9,10에 윤활제를 주입 하 여 미 끄 러운 표면을 구성 하는 개념 ,11}. 모 세관 힘으로 인해 구조는 superhydrophobic 표면에 잠긴된 공기 주머니와 마찬가지로 장소에 단단히 윤 활 유를 저장할 수 있습니다. 따라서, 윤활제 및 표면 구조는 안정적인 고체/액체 표면을 형성할 수 있다. 복합 표면에 액체 작은 물방울만 매우 낮은 접촉 각 히스테리시스 쉽게 슬라이드 수 윤 활 유는 표면 구조에 대 한 특혜 선호도 때 (예를 들어, ~ 2 °)¹². 이 윤 활 유 레이어는 또한 놀라운 안티 일로 기능¹³, 의료 기기^14,15을 위한 큰 잠재력을 보여주는 하 표면 수 있습니다. 그러나, 미 끄 러운 표면에 이전 연구는 주로 상 온 또는 저온에서 응용 프로그램에 대 한 준비에 집중. 높은-온도 저항와 미 끄 러운 표면 준비에 매우 몇 가지 연구 있다. 예를 들어 장 외. 윤활제의 급속 한 증발 빠르게도 약간 높은 온도¹⁶미 끄 러운 속성의 실패 원인으로 나타났다.

높은-온도 저항와 미 끄 러운 표면 잠재적인; 응용 프로그램 확대 수 있습니다. 예를 들어 그들은 부드러운 조직 접착 electrosurgical 악기 팁 감소 액체 장벽으로 사용할 수 있습니다. 외과 수술 중 심한 연 조직 접착 electrosurgical 악기 팁의 높은 온도 때문에 발생합니다. 부드러운 조직, 다음 팁^17,,1819주위 연 조직 눈물 악기 끝에 그것을 일으키는 까맣게 수 있습니다. Electrosurgical 악기 끝에 준수 부드러운 조직 작업에 부정적인 영향을 하 고 또 hemostasis^19,20의 실패를 일으킬 수 있습니다. 이러한 효과 크게 해 사람들의 건강 및 경제 관심사를. 따라서 electrosurgical 악기 연 조직 접착의 문제 해결은 매우 긴급입니다. 사실, 미 끄 러운 표면이이 문제를 해결 하는 기회를 제공 합니다.

여기, 선물이 미 끄 러운 표면 고온에서 사용할 수를 조작 하는 프로토콜. 스테인레스 스틸 표면 물자로 그것의 높은-온도 저항 때문에 선정 되었다. 스테인레스 스틸은 포토 리소 그래피를 이용한 화학 에칭에 의해 roughened. 다음, 표면 했다 기능성 생체 소재, 염 분 octadecyltrichlorosilane (OTS)^21,22,,2324. 미 끄 러운 표면 실리콘 오일을 추가 하 여 준비 되었다. 이러한 자료는 높은-온도 저항을 달성 하기 위해 미 끄 러운 표면을 사용할 수 있습니다. 높은 온도 부드러운 조직에 방지 접착 효과에서 반대로 흐른다 속성 조사 되었다. 결과 높은 온도에서 방지 접착 문제 해결 하기 위해 미 끄 러운 표면 사용의 잠재력을 보여.

프로토콜

1입니다. 스테인레스 스틸 사진 평판

1. 기계 드로잉 소프트웨어를 사용 하 여 포토 마스크를 디자인 하 고 디자인 포토 마스크 프린터⁴에 그것을 제출 하 여 조작.
2. 워시 스테인레스 스틸 (316 SS; 길이 x 폭: 4 cm x 4 cm, 두께: 1mm) 알카라인 솔루션 (50 g/L NaOH와 40 g/L Na₂CO₃) 기름 오염 물질을 제거 하는 15 분 동안 실내 온도에서 그것을 rinsing 하 여.
3. 철저 하 게 초음파 청소 초음파 청소 기계에 수행 하 여 스테인리스를 청소 (작동 주파수: 40 KHz 초음파 전력: 500 W). 순차적으로 이온된 수, n-헥 산, 아세톤, 그리고 10 분에 대 한 에탄올으로 씻어.
4. 에 배치 하 여 그것은 뜨거운 접시 30 분 보호에 대 한 150 ° C에서 스테인리스 알루미늄 (Al) 호 일의 시트와 함께 그것을 취재 하 여 스테인레스 스틸을 건조.
5. 스테인리스 스틸 스핀 coater의 중앙에 놓습니다. Dropper를 사용 하 여는 포토 레지스트를 완전히 스테인레스 스틸 커버까지 가장자리에 센터에서 스테인레스 스틸에 긍정적인 감광 제 (약 1 mL)을 입금. 포토 레지스트에 거품 형성을 하지 마십시오.
   1. 스핀-코팅, 처음 6 700 rpm/min의 속도와 수행 s, 스핀 사이클을 시작 하 고 다음 15 1500 rpm/min의 속도 s는 포토 레지스트를 균등 하 게 확산.
6. 진공 밸브를 해제 하 고 스테인리스 핀셋의 쌍을 사용 하 여 검색 합니다. 구워는 포토 레지스트를 2 분 동안 120 ° C에서 핫 플레이트에 스테인리스 스틸을 놓습니다.
7. 장소는 포토 리소 그래피 시스템의 진공 밸브에 스테인리스. 사진 평판 컴퓨터의 노출 시간을 25로 설정 s.
   참고: 여기, 사진 평판 기계는 254의 자외선 (UV) 빛 파장 연락처 aligner 및 13 mW/cm²의 광도.
8. 스테인레스 스틸 놓고 개발자 솔루션 UV 빛에 노출 하지 않고는 포토 레지스트를 제거 하는 1 분 동안에. 개발자 솔루션에서 스테인레스 스틸을 제거 하 고 이온을 제거 된 물으로 씻어 N₂ 가스에서 건조.
9. 2 분 동안 120 ° C에서 구워 뜨거운 플레이트에 스테인리스 스틸을 놓습니다.
10. 100 x의 확대와 함께 똑바로 현미경을 사용 하 여 얻은 감광 텍스처를 검사 하는 스테인리스의 표면 관찰.

2. 스테인레스 스틸의 화학 에칭

1. 화학 에칭 솔루션 500 mL 비 커에 200ml (400 g/L FeCl₃, 인산 20 g/L, 및 100 g/L 염 산)의 볼륨을 준비 합니다.
2. 10 분 동안 화학 솔루션에 감광 텍스처와 스테인리스를 놓습니다. 스테인리스 스틸 조각 서로 연결할 수 없습니다. 한 번에 최대 4 개의 스테인리스 조각 놓습니다.
3. 핀셋을 사용 하 여 화학적으로 에칭된 스테인레스 스틸에서가지고 가십시오, 조각 1 분, 이온을 제거 된 물으로 세척 하 고 N₂ 가스와 함께 그들을 건조.
4. 5 분 동안 초음파 청소 아세톤에 스테인리스 물속 여 감광 텍스처를 제거 합니다. 그런 다음, N₂ 가스를 화학적으로 에칭된 스테인레스 스틸 건조.

3. 화학적 에칭된 스테인레스 스틸에 자기 조립을 OTS

1. 이온된 수의 꾸준한와 화학적 에칭된 스테인리스를 청소 하 고 N₂ 가스로 건조 완전히 표면 건조 30 분 100 ° C에서 뜨거운 접시에 놓습니다.
2. RF 플라즈마 기계, 10 분, 100 mbar의 시스템 압력 및 유량 20 sccm의 100 W의 RF 전력에 O₂ 플라즈마 치료와 화학적 에칭된 스테인레스 스틸 hydroxylate
3. 비 커에 무수 톨루엔에 1mm OTS 솔루션을 준비 합니다. 솔루션 준비 하기 전에 철저 하 게 비 커를 건조.
4. 상 온에서 화학적으로 에칭된 스테인레스 스틸 4 h에 대 한 OTS 솔루션 린스. 봉인된 된 봉투에 비 커를 놓습니다. 스테인레스 스틸 조각을 서로 연결할 수 없습니다.
5. 스테인레스 스틸을 제거, 10 분, 초음파 청소를 수행 하 여 무수 톨루엔으로 그것을 청소 하 고 N₂ 가스 건조.

4. 미 끄 러운 표면 준비

1. 보증금 약 10 mL/cm² 실리콘 오일 (점도: 350 중부 표준시, 표면 장력: 21.1 mN/m)에 OTS 코팅, 화학적 에칭 스테인리스 dropper를 사용 하 여.
2. (10 배 확대) 스테인리스 스틸 표면에 실리콘 오일의 일로 과정을 관찰 하는 광학 stereomicroscope를 사용 합니다.
3. 1 시간에 대 한 수직 위치에 스테인리스 스틸을 배치 하 여 초과 실리콘 기름을 제거 합니다.

5. 물 미 끄 러운 표면에 행동을 슬라이딩의 조사

1. 미 끄 러운 표면에 물방울 4 µ L를 입금. 광학 현미경 스테인리스 놓고 기판 ~ 2 ° 기울기.
2. 미 끄 러운 표면에는 쉬운 슬라이딩 속성이 확인 낮은 확대 (50 x)에 미 끄 러운 표면에 슬라이딩 하는 물방울을 시각화.

6. 높은 온도에서 미 끄 러운 표면에 반대로 일로의 분석

1. 미 끄 러운 표면 가진 스테인리스 핀셋을 사용 하 여 뜨거운 접시에 놓습니다. 다른 높은 온도 (즉, 200 ° C, 250 ° C, 및 300 ° C) 다른 온도에 안티 일로 동작 분석 하에 핫 플레이트를 설정 합니다.
   참고:는 직접 손으로 높은 온도 스테인리스 만지지 마십시오.
2. 마이크로 주사기를 사용 하 여 미 끄 러운 표면에 10 µ L 물방울을 입금.
   참고: 물 방울을 삭제 하기 전에 미 끄 러운 표면 온도 평형을 도달 한다.
3. 고속 카메라를 사용 하 여 500 Hz의 프레임 속도로 물 방울 움직임을 기록.
   1. 삼각대에 카메라를 수정 하 고 스테인레스 스틸으로 카메라의 렌즈를 직접. 맑은 물 물방울 이미지를 카메라의 초점을 조정 합니다. 카메라의 시작 버튼을 누르면 스테인리스 스틸 표면에 물방울의 움직임을 기록 합니다. 때 물 방울 슬라이드에서 녹음을 완료 스테인레스 스틸 카메라의 끝 버튼을 눌러.

7. 미 끄 러운 표면 연 조직에의 반대로 접착 효과의 분석

1. 조작자를 사용 하 여, 그림 3a에서와 같이 측정 플랫폼⁴를 강제 하는 동력 계, 핫 플레이트 및 고정 기구는 접착을 설정 하려면.
2. 핫 플레이트에 테스트 표면을 놓습니다. 클램프를 사용 하 여 접시에 스테인레스 스틸을 해결 하기 위해. 특정 높은 온도 테스트 표면이 열 (예를 들어, 300 ° C).
   참고: 테스트 표면 밀접 하 게 미 끄 러운 표면에 효율적인 열 전송 되도록 핫 플레이트를 문의 해야 합니다.
3. 조작자에 동력을 수정 합니다. 실린더의 테이블 연결 (직경: 2 cm) 부드러운 조직으로 힘 머리 고정 플랫폼.
4. 부드러운 조직 수정 (예를 들어, 닭 가슴살, 길이: 5 cm, 폭: 2cm, 두께: 3mm) 얇은 와이어를 사용 하 여 실린더 테이블에. 연 조직 표면 인지 확인 대략도.
5. 동력 계는 조작자의 모션 버튼을 회전 하 여 특정 최대 힘 (예를 들어, 4.5 N)에 도달할 때까지 1 m m/s의 속도에서 테스트 표면에 부드러운 조직을 로드 합니다. 그런 다음, 같은 속도로 부드러운 조직 언로 드.
6. 데이터 전송 라인을 사용 하 여 동력 계에 컴퓨터를 연결 하 고 부드러운 조직 및 테스트 표면 사이 실시간 힘을 기록 합니다.

결과

미 끄 러운 표면 실리콘 기름 OTS 코팅, 화학적 에칭 스테인레스 스틸에 추가 하 여 준비 되었다. 때문에 그들의 유사한 화학 속성을 표면 완전히 실리콘 오일에 의해 접촉 되었다. 일로 과정 그림 1a에 표시 됩니다. 빨간 점선 일로 라인을 표시합니다. 젖 음, 후 눈에 보이는 기름 층 건조 표면에서 구별 될 수 있습니다. 준비 미 끄 러운 표면에의 미 끄 러운 속성 약 2 °의 각도와 미 끄 러운 표면에는 물방울을 입금 하 여 조사 했다. 그림 1b 미 끄 러운 표면에 제자리에서 물 물방울 움직임을 보여줍니다. 노란 점선 표시 연락처 선 고 결과 보여 물방울 부동 하 고 미 끄 러운 표면에 슬라이딩.

높은 온도에서 물방울에 준비 미 끄 러...

토론

이 원고는 높은-온도 저항와 미 끄 러운 표면 날조를 위한 프로토콜을 자세히 설명 합니다. 우리의 준비 된 표면의 미 끄 러운 속성은 물방울의 쉬운 슬라이딩 동작을 관찰 하 여 시연 했다. 그런 다음, 다른 높은 온도에 준비 미 끄 러운 표면의 안티 일로 뜨거운 표면에는 물방울을 입금 하 여 조사 했다. 결과 표시 준비 미 끄 러운 표면에 그것의 미 끄 러운 속성 유지 그것 300 ° c.의 위가 열 하는 경우에 우리는 또한의 부드러운 조직에 미 끄 러운 표면 방지 접착 효과 결정합니다.

Superhydrophobic 표면 달리 미 끄 러운 표면에 표면 구조 생긴된 윤 활 유에 대 한 지주 구조 역할을 합니다. 에 따르면 이전 연구²⁵의 경우, 실리콘 오일에 대 한 OTS 코팅 표면의 우선 선호도 때문에 물 방울 것 플 로트 실리콘 오일 주입 표면 구조에, 그림 1B에서 시연으로. 게...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
스테인레스 스틸	Hongtu Corporation	316	수령 시 사용
Octadecyltrichlorosilane	Huaxia 시약	112-04-9	수령 시 사용
포토레지스트	Kempur Microelectronic Corporation	317S	수령 시
사용 실리콘 오일	Beijing Chemical Works	350 cst	수령 시 사용
무수 톨루엔	베이징 Chemical Works	108-88-3	받은 대로 사용
인산 (H3PO4)	Tianjin Chemical Corporation	7664-38-2	받은 대로
사용 염산(HCl)	Tianjin Chemical Corporation	7647-01-0	받은 대로 사용
Ferric chloride (FeCl3)	Tianjin Chemical Corporation	7705-08-0	받은 대로 사용
광학 정립 현미경	올림푸스	BX51
광학 스테레오 현미경	올림푸스	SZX16
고속 카메라	올림푸스	i-SPEED LT
초음파 세척기	KUNSHAN ULTRASONIC INSTRUMENTS CO., LTD	KQ-500E
동력계	Yueqing Handapi Instruments Co., Ltd	HP-5
매니퓰레이터	Yueqing Handapi Instruments Co., Ltd	HLD
핫 플레이트	Shenzhen Jingyihuang Corporation	DRB-1