Door licht geïnduceerde patroonvorming en enten voor gladde oppervlakken op basis van met silaan beklede nanoporeuze structuren

Ons onderzoek introduceert een DLP-gebaseerde techniek om ruimtelijke patroon-SLIPS te fabriceren, waarmee beperkingen worden aangepakt bij het bereiken van selectieve beschikbaarheidscontrole. Belangrijke experimentele uitdagingen zijn het vervaardigen van sleeves op complexe geometrische, bestaande methoden zijn tijdrovend, meerstaps en missen hoge resolutie of selectieve variabiliteit. Om te beginnen meng je de fotocureerbare polyurethaanacrylaathars met PEG 200 bij een gewichtsverhouding van 50%. Met een magnetische roeraar roer je het mengsel vijf minuten lang met 500 omwentelingen per minuut.

Doeer de gemengde oplossing als zittende druppels op een polyethyleentereftalaatfilm. Bedek de druppels met een gefluoreerde ethyleenpropyleenfilm. En oefen een gelijkmatige druk uit met een roll-to-plate systeem om een gelijkmatige spreiding te garanderen.

Blootstel de polyurethaanacrylaathars aan ultraviolet licht op 365 nanometer met behulp van een ultraviolet uithardingssysteem met lichtgevende diode. Na polymerisatie worden de fluorineerde ethyleenpropyleenfilms van het oppervlak verwijderd. Dompel het gedroogde exemplaar nu een uur onder in gedeïoniseerd water om de niet-reactieve PEG 200 te verwijderen.

Droog het monster een uur in een oven op 70 graden Celsius om het resterende water te verwijderen en de fabricage van het nanoporeuze oppervlak te voltooien. Voer ultraviolet ozonbehandeling uit op 185 en 254 nanometer om hydroxylgroepen als voorbehandeling voor zelfgeassembleerde monolaagvorming in te voeren. Plaats vervolgens een warme plaat in een met stikstof gevulde handschoenenkast.

Plaats een schoon bekerglas op de kookplaat en doop één milliliter OTS-oplossing als een zittende druppel onderaan. Bevestig de PET-filmmonsters op glazen glaasjes. Plaats de glaasjes met de afbeelding naar beneden op de beker om de dampfasedepositie van OTS te starten.

Verwarm de opstelling tot 120 graden Celsius gedurende 40 minuten. Haal nu de monsters uit het dashboardkastje. Maak de beker schoon met een pluisvrije doek om eventuele restjes OTS te verwijderen.

Voor lichtgeïnduceerd graften voer ultraviolet ozonbehandeling uit op 185 en 254 nanometer op het OTS-gecoate oppervlak. Breng nu 20 microliter per vierkante centimeter 10 centistoke siliconenolie aan op het oppervlak door middel van sessiele druppelafzetting. Bestral het monster gedurende 15 minuten met een ultravioletlamp met hoge intensiteit, geplaatst 15 centimeter boven het oppervlak.

Kantel het monster vervolgens onder een hoek van 30 graden en houd de positie vijf minuten vast zodat overtollige siliconenolie van het oppervlak kan weglopen. Om de patroonglibberige structuur te fabriceren, ontwerp eerst de gewenste vormen met CAD-software en exporteer je als stereolithografiebestanden. Laad de bestanden in slicingsoftware en genereer tweedimensionale projectiebeelden voor digitale lichtverwerking.

Zet de bestanden over naar de driedimensionale printer. Plaats de met polymeer gecoate film op het digitale lichtverwerkingsprintervenster. Breng de film bloot aan 365 nanometer ultraviolet licht van 180 millijoule per vierkante centimeter met het digitale projectiepatroon om de hars selectief uit te harden.

Dompel het blootgestelde monster een uur onder in gedeïoniseerd water om PEG 200 te extraheren. Droog het monster vervolgens een uur op 70 graden Celsius om restwater te verwijderen en de nanoporeuze structuur compleet te maken. Voer OTS-behandeling en lichtgeïnduceerd transplantatie uit om de fabricage van de gladde oppervlakken van het patroon te voltooien.

De nanoporeuze oppervlakken die via polymerisatie-geïnduceerde fase-scheiding werden vervaardigd, vertoonden een dominante poriegrootteverdeling van 60 tot 100 nanometer. De statische watercontacthoek gemeten op het poreuze oppervlak was 84,4 graden. Na silanisatie werd het oppervlak hydrofobisch, maar een tweede behandeling met ultraviolet ozon verminderde tijdelijk de contacthoek.

Deze reductie werd omgekeerd door de vorming van de PDMS-borstellaag, die de hydrofobiciteit herstelde. Het gladde gedrag van vier representatieve vloeistoffen: gedeïoniseerd water, octaan, honing en kunstmatig menselijk speeksel werd gevalideerd door metingen van contacthoek, glijhoek, glijsnelheid en contacthoekhysteresis. Geprinte lijnbreedtemetingen van de PEG, PUA-hars toonden hoge nauwkeurigheid bij de minimale featuregrootte van 50 micrometer, met toenemende afwijkingen bij grotere breedtes.

Gepatrooneerde nanoporeuze oppervlakken werden vervaardigd met grafische en letterontwerpen met behulp van digitale lichtverwerking, waaronder doolhof-, tandwiel- en JoVE-logo's. Na alle oppervlaktebehandelingen en siliconenolie-infusie werden de patronen optisch transparant door het verminderde contrast in de brekingsindex. Transmissiemetingen toonden aan dat behandelde poreuze oppervlakken meer dan 90% transparantie bereikten.

Wanneer water met inkt werd aangebracht, migreerden druppels selectief naar onbehandelde hydrofiele gebieden, waarbij de gladde domeinen werden vermeden en gedefinieerde vloeistofvormen ontstonden. We ontdekten dat wanneer we nanoporeuze oppervlakken maken met UVU-transplantatie, ze erg glad worden. De contacthoekhysterese is erg klein, dus we kunnen selectieve druppelpatronen op het oppervlak creëren.

Onze methode gebruikt DLP 3D-printen zodat we het oppervlak in één snellere stap met hoge resolutie kunnen patroneren. Het werkt ook op een flexibel substraat. In vergelijking met een typisch meerstapsproces is het heel eenvoudig en heel snel.

Omdat we kunnen bepalen waar het oppervlak natbaar of glad is, kunnen we sturen hoe druppels bewegen en op een oppervlak blijven. Dit kan toekomstige projecten ondersteunen bij zaken als richtingsdruppeltransport, microfluidische apparaten, zelfreinigende coatings en zelfs wateropvangoppervlak.