Een procedure voor het maken en weergeven van capillaire bruggen in spleet-poriegeometrie wordt gepresenteerd. De creatie van capillaire bruggen is afhankelijk van de vorming van pilaren om een directionele fysische en chemische heterogeniteit te bieden om de vloeistof vast te pinnen. Capillaire bruggen worden gevormd en gemanipuleerd met behulp van microstages en gevisualiseerd met behulp van een CCD-camera.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Fabricage en visualisatie van capillaire bruggen in spleetporiëngeometrie
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Een procedure voor het maken en weergeven van capillaire bruggen in spleet-poriegeometrie wordt gepresenteerd. Hydrofobe pilaren met een hoge beeldverhouding worden vervaardigd en gefunctionaliseerd om hun bovenoppervlakken hydrofiel te maken. De combinatie van een fysische eigenschap (de pilaar) met een chemische grens (de hydrofiele film aan de bovenkant van de pilaar) zorgt voor zowel een fysische als chemische heterogeniteit die de drievoudige contactlijn speldt, een noodzakelijk kenmerk om stabiele lange maar smalle capillaire bruggen te creëren. De substraten met de pilaren worden bevestigd aan glazen dia's en vastgezet in aangepaste houders. De houders worden vervolgens op vierassige microstages gemonteerd en zo geplaatst dat de pilaren parallel en tegenover elkaar staan. De capillaire bruggen worden gevormd door een vloeistof in de opening tussen de twee substraten te introduceren zodra de scheiding tussen de tegenoverliggende pilaren is teruggebracht tot een paar honderd micrometer. De aangepaste microtrap wordt vervolgens gebruikt om de hoogte van de capillaire brug te variëren. Een CCD-camera is gepositioneerd om de lengte of de breedte van de capillaire brug in beeld te brengen om de morfologie van de vloeistofinterface te karakteriseren. Pijlers met breedtes tot 250 μm en lengtes tot 70 mm werden met deze methode vervaardigd, wat leidde tot capillaire bruggen met beeldverhoudingen (lengte/breedte) van meer dan 1001.
Inleiding
De studie van de vorm en de resulterende krachten veroorzaakt door capillaire bruggen is het onderwerp geweest van uitgebreide studies2-7. Aanvankelijk waren de meeste inspanningen, vanwege hun eenvoud, gericht op asymmetrische capillaire bruggen. Vaak zijn capillaire bruggen die voorkomen in natuurlijke systemen, zoals die in korrelige en poreuze media8,9 en bruggen die worden gebruikt in technologische toepassingen, zoals voor capillaire zelfassemblage in flipchiptechnologieën10-15, asymmetrisch met niet-uniforme bevochtigingseigenschappen op de interagerende oppervlakken. De combinatie van verbeterde lithografietechnieken en de toeg....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
De protocoltekst is opgedeeld in drie hoofdsecties: 1) de fabricage van de PDMS-pijlers (polydimethylsiloxaan), 2) de functionalisering van de toppen van de pilaren en 3) de vorming en karakterisering van de capillaire bruggen.
1. Fabricage van de PDMS-pijlers
Deze sectie beschrijft de fabricage van de PDMS-pilaren met behulp van spuitgieten met een siliconen / SU-8-mal.
-
Vervaardiging van silicium/SU-8 mal
- Doe een schone 4 in siliconen wafeltje in een Pyrex Petri schaal.
- Bereid een 4:1 (volume) zwavelzuur tot waterstofperoxide (piranha) oplossing in een apart beker....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Beschrijving van het experimentele hulpmiddel
Het experimentele apparaat kan worden opgesplitst in vier hoofdonderdelen: 1) de bovenste substraattrap, 2) de onderste substraattrap, 3) de spuit/ spuit xyz-vertaalfase en 4) de camera / optica en camerahouder. De details van elk volgen:
- Bovenste substraatstadium. Een digitale vertaalfase wordt via een op maat gemaakt connectorstuk aan een montageklem uit de P-serie bevestigd. De montageklem is verbonden met een P-paal m.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De hier gepresenteerde methode biedt een manier om capillaire bruggen te maken in spleetporiëngeometrie, en ook een methode om deze bruggen in beeld te brengen, zodat hun morfologie kan worden geanalyseerd en vergeleken met simulatie en theorie.
Deze methode bevat fysieke reliëf en selectieve chemische patronen om asymmetrische bevochtigingseigenschappen te creëren. Als alleen een chemische heterogeniteit aanwezig is, blijft een vloeistofdruppel op de heterogeniteit vastgepind totdat de contac.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
De auteurs zijn dankbaar voor de steun van de National Science Foundation onder Grant No. CMMI-00748094 en de ONR N000141110629.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 99.999% Gold wire | Kurt J. Lesker | EVMAU40040 | |
| Acetone | Pharmco-AAPER | C1107283 | |
| Dimethyl sulfoxide | Fisher | D128-500 | |
| Ethanol (200 proof) | Pharmco-AAPER | 111000200 | |
| Hydrochloric acid | EMD | HX0603-4 | |
| Hydrogen peroxide (30%) | EMD | HX0635-3 | |
| Isopropyl alcohol | Fisher | L-13597 | |
| Mercapto hexadecanoic acid (90%) | Sigma-Aldrich | 448303-1G | |
| Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS) | Gelest | Sim6476-O-100GM | |
| Milli-Q DI water | Millipore | Milli-Q | |
| Nitrogen (gas) | Airgas | UN1066 | |
| Oxygen (gas) | Airgas | UN1072 | |
| Silicon wafers (4 in) | WRS Materials | CC8506 | |
| SU-8 2002 (negative photo resist) | MicroChem | SU82002 | |
| SU-8 2050 (negative photoresist) | MicroChem | SU82050 | |
| SU-8 Developer solution | MicroChem | Y020100 4000L1PE | |
| Sulfuric acid | J.T. Baker | 9681-03 | |
| Poly dimethy sulfoxide (PDMS) | Dow Corning | Sylgard -184 | |
| Toluene | Omnisolv | TX0737-1 |
Referenties
- Broesch, D. J., Frechette, J. From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry. Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).
- Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, A. P. Pendular rings between solids - meniscus properties and capillary force. J. Fluid Mech. 67
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
