Wykonanie i wizualizacja mostków kapilarnych w geometrii porów szczelinowych

Ogólnym celem tej procedury jest uformowanie i zobrazowanie mostków kapilarnych w szczelinie o ubogiej geometrii. Osiąga się to poprzez uprzednie wykonanie długich, podniesionych podłoży filarowych PDMS przy użyciu standardowych form do litografii fotograficznej. Drugim krokiem jest funkcjonalizacja górnej części filarów w celu wprowadzenia zwilżającego kontrastu między górą a bokami za pomocą litografii transferowej odcisku i samoorganizujących się monowarstw.

Następnie dwa filary są umieszczane naprzeciwko siebie w czteroosiowym urządzeniu mikrostopniowym. Translacyjne i obrotowe stopnie swobody pozwalają badaczowi na prawidłowe ustawienie dwóch skierowanych do siebie filarów i kontrolowanie separacji między filarami podczas eksperymentu. Ostatnim krokiem jest wprowadzenie cieczy między dwa podniesione filary i zobrazowanie powstałego mostka kapilarnego za pomocą kamery CCD.

Ponieważ zmieniła się wysokość wylewu szczelinowego, ostatecznie zmiana morfologii mostka cieczowego wraz ze wzrostem wysokości wylewania szczeliny jest wykorzystywana do pokazania, że ciśnienie lalo mostka cieczowego zmienia się ze znaku atrakcyjnego na odpychający wraz ze wzrostem wysokości wylewania szczeliny. Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w zrozumienie charakterystyki zjawiska częściowo zwilżonego kołkania. Może być również stosowany do takich problemów, jak konstrukcja typu flip chip, odzysk oleju w materiałach porowatych i przyczepność inspirowana biologią.

Przed rozpoczęciem tej procedury wyczyść czterocalową płytkę krzemową roztworem piha zgodnie z tym Spinco SU eight 2002 na powierzchni wody przez 40 sekund przy 500 obr./min. Następnie Spinco SU 8 20 50, na płytce za pomocą dwuetapowego programu kodera wirowego przez 40 sekund przy 500 obr./min, a następnie przez jedną minutę przy 1500 obr./min. Po wysuszeniu wafla pokrytego wirowaniem umieść na nim maskę przezroczystości, a następnie umieść go pod lampą ultrafioletową i naświetlaj na 30 sekund przy mocy 200 watów.

Po wysuszeniu wafla na płycie grzejnej o temperaturze 95 stopni Celsjusza, umieść go w roztworze wywoływacza SU eight i lekko mieszaj, aż cała nienaświetlona SU eight zostanie usunięta. Następnie opłucz wafel w strumieniu alkoholu izopropylowego przez 30 sekund i wysusz go azotem. W tym momencie energicznie wymieszaj stosunek masowy 10 do jednego osłony P-D-M-S-S, 180 4 bazy do utwardzacza w zlewce za pomocą jednorazowego mieszadła Degas, PDMS w komorze próżniowej, aż wszystkie pęcherzyki znikną.

Po umieszczeniu ośmiocalowej formy SU w dużym czterocalowym plastikowym naczyniu Wang, wlej na nią mieszaninę PDMS. Po odgazowaniu mieszanki formy i PDMS całe naczynie wstawiamy do piekarnika nagrzanego do 75 stopni Celsjusza na co najmniej dwie godziny. Po schłodzeniu próbki do temperatury pokojowej odetnij naczynie od PDMS i PDMS od płytki krzemowej za pomocą prostej żyletki.

Następnie wytnij obszar PDMS z filarami z masy i przechowuj go na czystej szalce Petriego. Po odparowaniu 20 nanometrów złota bezpośrednio na czystą płytkę krzemową, umieść ją w reaktorze plazmowym i wyczyść plazmą tlenową pod ciśnieniem 300 milour o mocy 50 watów przez 10 minut. Po zakończeniu umieść wafel na szalce Petriego Pyrex wypełnionej 200-procentowym etanolem na co najmniej 10 minut.

Po wyjęciu wafla z naczynia opłucz go etanolem i wysusz azotem. Następnie należy obtoczyć wcześniej przygotowany roztwór toluenu MPTS na płytce z prędkością 500 obr./min przez 30 sekund, a następnie 2 750 obr./min przez jedną minutę. Po wypłukaniu i wysuszeniu wafla umieść go na szalce Petriego Pyrex, która zawiera wystarczającą ilość 16 milimolowych roztworów kwasu solnego, aby całkowicie zanurzyć wafel.

Po co najmniej pięciu minutach zanurzenia wyjmij wafel z roztworu i wysusz go azotem. Następnie umieść filary PDMS w komorze plazmowej i wykonuj plazmę tlenową pod ciśnieniem 300 mil i mocą 50 watów przez 30 sekund. Po usunięciu substratów PDMS z reaktora plazmowego, przymocuj tylną część każdego z nich do czystego szkiełka podstawowego, wywierając na nie lekki nacisk.

Odwróć podłoża PDMS ze szklanym podkładem i dociśnij filary do złotych folii funkcjonalnych MPTS. Po zastosowaniu umiarkowanego nacisku połóż około 100 gramowy ciężarek na szkiełku podstawowym, aby zapewnić kontakt konforemny Po co najmniej 12 godzinach oddziel każdy substrat PDMS od wafla i użyj prostej żyletki. Jeśli podłoże PDMS jest zablokowane, użyj mikroskopu optycznego, aby sprawdzić, czy złota folia nie jest pęknięta lub czy wzdłuż słupka nie brakuje żadnych części.

Następnie należy zanurzyć podłoże PDMS we wcześniej przygotowanym. Milimolowy roztwór dimetylosulfotlenku MHA przez co najmniej 24 godziny. Po spłukaniu wodą dejonizowaną i wysuszeniu podłoże PDMS należy umieścić w komorze próżniowej o ciśnieniu mniejszym niż 100 mil w temperaturze 25 stopni Celsjusza na co najmniej 12 godzin, używając dwóch podłoży filarowych.

Umieść jeden w górnych i jeden w dolnych uchwytach czteroosiowego mikro stage zespołu. Zabezpiecz podłoża za pomocą bocznych napinających. W tym momencie zmontuj urządzenie, mocując górny stopień podłoża do płytki stykowej tak, aby górne podłoże znajdowało się mniej więcej nad dolnym podłożem.

Zmniejsz wysokość między dwoma przeciwległymi słupkami do około jednego milimetra za pomocą pokręteł x, y i obrotu. Na dolnym etapie podłoża. Wyrównaj złote paski dla dwóch podłoży tak, aby były równoległe.

Następnie ustaw kamerę tak, aby patrzyła w dół na długość słupka PDMS, korzystając z obrazu z kamery na żywo na ekranie komputera, dostosuj położenie dolnego podłoża tak, aby filary były równoległe. Następnie przesuń kamerę na przeciwną stronę urządzenia i powtórz poprzednie dwa kroki. Korzystając z obrazu z kamery na żywo, zmniejsz odległość między dwoma filarami, aż górny słupek zetknie się z dolnym słupkiem.

Następnie wyzeruj cyfrowy mikrostolik i zwiększ wysokość porów do około 200 mikrometrów. Zamontować strzykawkę zawierającą 80% roztwór wodny glicerolu do stolika XY, Z za pomocą mechanicznego zacisku. Następnie wyreguluj mikrometry na stoliku do ustawiania strzykawki tak, aby igła o rozmiarze 30 pasowała do szczeliny.

Zmniejszyć wysokość nalewania szczeliny tak, aby górna i dolna powierzchnia delikatnie stykały się z igłą po powolnym dozowaniu płynu ze strzykawki do nalewania szczelinowego. Użyj mikrometrów na stoliku do ustawiania strzykawki, aby usunąć igłę z porów szczeliny. Eksperymentalne urządzenie można podzielić na cztery główne części.

Górny stopień substratu, dolny stopień substratu, strzykawka XY, stopień translacji Z oraz optyka kamery i uchwyt kamery. Szczegółowe informacje na temat urządzenia eksperymentalnego można znaleźć w protokole tekstowym Podczas przenoszenia złota na podłoże PDMS ważne jest, aby oddzielić urządzenie PDMS od płytki krzemowej. Płynnie i starannie pokazane Oto obraz mikroskopowy słupa A-P-D-M-S ze złotem po udanym transferze.

Oto obraz, który pokazuje nadmiar złotej folii z wafla, która została przeniesiona na filar z powodu złego transferu. Aby ułatwić przenoszenie złotej folii, można użyć ostrej maszynki do golenia, aby delikatnie podważyć jedną krawędź słupka PDMS od płytki krzemowej. Dodatkowo podłoże PDMS należy ciągnąć w kierunku prostopadłym do powierzchni wafli, aby zapobiec przywieraniu dodatkowej złotej folii do krawędzi podłoża. Pokazano.

Oto obraz pokazujący, w jaki sposób mogą powstawać pęknięcia w warstwie złota po przeniesieniu, jeśli podłoże PDMS zostanie poddane znacznemu ścinaniu lub zginaniu. Po zakończeniu procesu produkcyjnego ważne jest, aby zweryfikować jakość monowarstwy MHA, testując jej kąt zwilżania z wodą. Pokazana tutaj jest kropla wody w stanie ciekłym na złotym podłożu PDMS po funkcjonalizacji za pomocą MHA.

Niski kąt zwilżania PDMS wskazuje, że proces się powiódł. Wstawka przedstawia kroplę ciekłej wody umieszczoną na jednym z podniesionych filarów po zakończonym zabiegu. Kąt zwilżania 140 stopni pokazuje, że połączenie niejednorodności fizycznej i chemicznej pozwala na przypięcie kropli po bokach słupków.

Po wyprodukowaniu substratów i zainstalowaniu ich w uchwytach mikro stage, kanały można wypełnić za pomocą strzykawki XY, translacja Z Stage pokazany tutaj to wypełniony por szczelinowy z perspektywą prostopadłą do szerokości pokazanego na zdjęciu filaru. Oto perspektywa prostopadła do pierwszego obrazu, która jest prostopadła do długości poru szczeliny. Proces napełniania kanału z tej samej perspektywy, co drugi obraz, jest pokazany tutaj, bardzo ważne jest, aby na etapie napełniania dozować płyn ze strzykawki.

Powoli, siła wynikająca z nagłych dużych natężeń przepływu może głęboko przygwoździć ciecz od góry filaru, powodując jej rozprzestrzenienie się na hydrofobowe obszary PDMS. Jeśli tak się stanie, podłoża należy oczyścić i wysuszyć w powtórzonym procesie napełniania. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak tworzyć filary PDMS.

Funkcjonalizuj je za pomocą samoorganizujących się monowarstw i wyrównaj je, tworząc mostki kapilarne. Nie zapominaj, że praca z piranem może być bardzo niebezpieczna i środki ostrożności, takie jak działający dygestoria. Gogle ochronne to osłona twarzy.

Za każdym razem, gdy wykonujesz tę procedurę, należy używać fartucha laboratoryjnego w pełnych rękawicach neoprenowych.