Prosty protokół jest dostępny do wytwarzania struktur hemiwickich o różnych rozmiarach, kształtach i materiałach. Protokół wykorzystuje kombinację fizycznego tłoczenia, formowania PDMS i cienkowarstwowych modyfikacji powierzchni za pomocą popularnych technik osadzania materiałów.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Skalowalne drukowanie pieczątek i produkcja powierzchni hemiwickingowych
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Hemiwicking to proces, w którym płyn zwilża wzorzystą powierzchnię ponad jej normalną długość zwilżania w wyniku połączenia działania kapilarnego i wchłaniania. To zjawisko zwilżania jest ważne w wielu dziedzinach technicznych, od fizjologii po inżynierię lotniczą i kosmiczną. Obecnie istnieje kilka różnych technik wytwarzania struktur hemiwickich. Te konwencjonalne metody są jednak często czasochłonne i trudne do skalowania w przypadku dużych obszarów lub trudne do dostosowania do określonych, niejednorodnych geometrii wzorów. Prezentowany protokół zapewnia naukowcom prostą, skalowalną i opłacalną metodę wytwarzania powierzchni hemiwickowych z mikrowzorami. Metoda ta wytwarza struktury odprowadzające wilgoć poprzez zastosowanie drukowania stemplowego, formowania polidimetylosiloksanu (PDMS) i cienkowarstwowych powłok powierzchniowych. Protokół został zademonstrowany dla hemiwickingu etanolem na matrycach mikrofilarowych PDMS pokrytych cienką folią aluminiową o grubości 70 nm.
Wprowadzenie
Ostatnio wzrosło zainteresowanie możliwością zarówno aktywnego, jak i pasywnego kontrolowania zwilżania, parowania i mieszania płynów. Powierzchnie hemiwickingowe o unikalnej fakturze stanowią nowatorskie rozwiązanie dla technik chłodzenia, ponieważ te teksturowane powierzchnie działają jak pompa płynu (i/lub ciepła) bez ruchomych części. Ten ruch płynu jest napędzany przez kaskadę zdarzeń działania kapilarnego związanych z dynamiczną krzywizną cienkej warstwy cieczy. Ogólnie rzecz biorąc, gdy płyn zwilża stałą powierzchnię, szybko tworzy się zakrzywiona cienka warstwa cieczy (tj. płynny menisk). Grubość płynu i profil krzywizny ewoluują, aż do osiągnięcia mi....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Utwórz mapę wzorców
- Korzystając z edytora graficznego, utwórz żądany wzór dla struktur hemiwicking reprezentowanych jako obraz bitmapowy.
UWAGA: Niektóre parametry projektowe odprowadzania wilgoci (np. nachylenie kąta, gradient głębokości) można uzależnić od wartości skali szarości przypisanych do każdego piksela. Te wartości skali szarości są następnie edytowane w celu zmodyfikowania żądanego parametru. - Zapisz mapę bitową jako przenośną grafikę sieciową (.png) i umieść plik w łatwo dostępnym folderze.
2. Umieszczanie plastiku do stemplowania do formowania
- Zacznij od przesunięcia b....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Rysunek 1 przedstawia schemat działania mechanizmu stemplowania służącego do tworzenia formy dla struktur knotujących na formie plastikowej. Aby zbadać jakość aparatury stemplującej w procesie wytwarzania folii knotujących, stworzono dwie różne macierze filarów w celu analizy ich jakości pod kątem przyszłych eksperymentów z knotowaniem. Badane aspekty aparatury obejmowały dokładność wysokości filarów (z gradientem głębokości i bez niego), jakość filarów po fo.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Wprowadzono metodę tworzenia wzorzystych układów filarów dla struktur hemiwickingowych; Osiąga się to poprzez odciskanie wgłębień na plastikowej płytce za pomocą urządzenia do grawerowania, które podąża za wzorem z bitmapy utworzonej przez użytkownika. Mieszanina PDMS jest następnie wylewana, utwardzana i powlekana cienką warstwą aluminium poprzez osadzanie. Charakterystykę tablicy filarów można dostosować w zależności od wartości skali szarości przypisanej w mapie bitowej zgodnej z tym protokołem. Ten kluczowy .......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają żadnych ujawnień, o których mogliby wspomnieć w tym artykule.
Podziękowania
Ten materiał jest oparty na badaniach częściowo sponsorowanych przez Biuro Badań Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych w ramach grantu nr N00014-15-1-2481 oraz National Science Foundation w ramach grantu nr 1653396. Poglądy i wnioski zawarte w niniejszym dokumencie są poglądami autorów i nie powinny być interpretowane jako reprezentujące oficjalną politykę lub poparcie, wyrażone lub dorozumiane, Biura Badań Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych, Narodowej Fundacji Nauki lub rządu Stanów Zjednoczonych.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| NI-DAQ 9403 | National Instruments | 370466AE-01 | Interfejs komunikacyjny między kamerą a przełącznikiem sterującym laserem. |
| Przełącznik sterujący | Crouzet | GN84134750 | Kontroler do użycia dla lasera, który aktywuje laser na podstawie napięcia wysyłanego przez DAQ. |
| Flea Camera | FLIR FL3-U3-120S3C-C | Kamera pcheł służąca do obrazowania wiertła na plastikowej formie. | |
| Flea Imaging Camera | Point Grey | FL3-U3-20E4M-C | Kamera do pcheł służąca do uzyskiwania bocznych obrazów filarów. |
| 200 kroków / obr, silnik krokowy 12V-350mA (x2) | AdaFruit | 324 | Silniki krokowe służą do kontroli głębokości i kąta frezu palcowego. |
| 10x Cel z korekcją nieskończoności na dużą odległość roboczą | Mitutoyo | #46-144 | Cel użyty do uzyskania obrazu boku filarów. |
| 15x Nieskończony sprzężony, powlekany UV, obiektyw ReflX | TechSpec | #58-417 | Obiektyw używany do uzyskania obrazu szczytu filarów. |
| 72002 0,002D X 0,006 LOC Carbide SQ 2FL Miniaturowy frez palcowy | Harvey Tools | 72002 | Wiertło, które służyło do tworzenia otworów w plastikowej formie. |
| Zasilanie prądem stałym przy 1 kW | Advanced Energy | MDX-1K | Służy do zasilania napylarki do osadzania. |
| Pompa Turbo-V 70LP Nacro Torr | Varian | 9699336 | Turbo Pump służy do obniżania ciśnienia wewnątrz komory osadzania. |
| 2000mw, 405nm Laser skupiający niebieskie światło o dużej mocy | WDLasers | KREE | Laser do podgrzewania próbek |
| 5,875 "ID Eksykator z przyłączami rurowymi 0,25" Eksykator | McMaster-Carr | 2204K5 | PDMS |
| SYLGARD 184 Elastomer silikonowy, zestaw 0,5 kg | Dow-Corning | 4019862 | Zestaw PDMS służył do wykonania podstawy. |
| Membranowa sprężarka powietrza / pompa próżniowa | Gast | DOL-701-AA | Eksykator Pompa próżniowa |
| Zmotoryzowane stopnie liniowe (2x) | Standa | 8MT175 | Silniki krokowe używane do sterowania płytką próbki w kierunku x i y. |
| Niezamontowane poistywne dublety achromatyczne o średnicy 2", pokryte AR: 400-700 nm | ThorLabs | AC508-150-A | Achromat został użyty w celu uzyskania obrazów boków filarów. |
| Pchła 3 Mono Aparat fotograficzny, 2448 x 2048 pikseli | Point Grey | FL3-GE-50S5M-C | Kamera pcheł używana do naśladowania szczytu filarów. |
| Cyfrowy przetwornik próżni | Thyrcont Vacuum Instruments | 4940-CF-212734 | Służy do monitorowania ciśnienia w komorze osadzania. |
| Zbiornik argonu pod ciśnieniem Resovoir | Airgas | AR RP300 | Gaz stosowany w procesie osadzania. |
| Etap translacji 1D | Newport Corporation | TSX-1D | Stolik translacyjny używany do przesuwania kamery w celu ustawienia ostrości na frezie palcowym. |
| Cylindryczny uchwyt laserowy (x2) | Newport Corporation | ULM-TILT-M | Uchwyt laserowy służył do przesuwania kamery w celu ustawienia ostrości na frezie palcowym. |
| Agregat chłodniczy z pompą odśrodkową, 120 V, 60 Hz | Polyscience | LS51MX1A110C | Agregat chłodniczy używany do montażu osadzania. |
| Alcatel Adixen 2010SD XP, silnik przeciwwybuchowy, rotacyjna łopatkowa pompa próżniowa, 1-fazowe | produkty idealnej próżni | 210SDMLAM-XP | Pompa próżniowa używana do montażu osadzania. |
| Wentylator, 105 CFM, 115 V (x2) | Comair Rotron | MU2A1 | Wentylator służący do chłodzenia niektórych elementów zespołu osadzania. |
Bibliografia
- Plawsky, J. L., et al. Nano- and Micro-structures for Thin Film Evaporation - A Review. Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering. 18, 251-269 (2014).
- Derjaguin, B. V., Churaev, N. V. On the question of determining the concept of disjoining pressure and its role in the equilibrium and flow of thin films. Journal of Colloid and Interface Science. 66, 389(1978).
- Ma, H. B., Cheng, P., Borgmeyer, B., Wang, Y. X.....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
