Name: Mikroobróbka laserowa do projektowania topografii powierzchni polimerów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-09-19T12:55:00.000+00:00
Duration: 5 min 49 s
Description: Poznaj metodę mikroobróbki laserowej powierzchni elastomerów magnetoaktywnych umożliwiającą szybkie prototypowanie struktur. Technika pozwala tworzyć pochyłe struktury niemożliwe do uzyskania innymi metodami.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy są wdzięczni za finansowanie programów badawczych Słoweńskiej Agencji Badawczej (ARIS): P1-0192, P2-0231 i P2-0392, projektu badawczego J1-3006, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Niemiecka Fundacja Badawcza) – numery projektów 437391117, 524921900 oraz w ramach projektu GREENTECH, współfinansowanego przez Unię Europejską – NextGenerationEU. Badania te były również częściowo wspierane przez słoweńsko-niemiecki dwustronny projekt badawczy (ARIS: BI-DE/25-27-003 oraz Projekt-ID Projektu Niemieckiej Usługi Wymiany Akademickiej (DAAD 57753025). Jesteśmy wdzięczni firmie Evonik Operations GmbH, Specialty Additives, Geesthacht, Niemcy, za dostarczenie chemikaliów do syntezy PDMS oraz BASF SE, Ludwigshafen am Rhein, Niemcy, za dostarczenie proszku karbonylowo-żelaznego.

Do tego badania użyto próbki optycznie absorbującego kompozytu polimerowego o płaskiej powierzchni, który może być wykonany na zamówienie lub dostępny komercyjnie z gumami magnetycznymi. Dlatego nie jest to krytyczny krok do modyfikacji powierzchni polimerów metodą mikroobróbki laserowej (krok 1, rysunek 1). Odczynniki i używany sprzęt są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Mikroobróbka laserowa
UWAGA: Użyj techniki mikroobróbki do prowadzenia skupionej wiązki laserowej na powierzchnię próbki za pomocą głowicy 2D skanującej sterowanej galvo. Stosujemy nanosekundowy system laserów światłowodowych o długości fali 1064 nm, średniej mocy do 20 W, czasie trwania impulsu od 10 ns do 250 ns, częstotliwości od 1 kHz do 1 MHz oraz energii na impuls do 0,6 mJ. Upewnij się, że średnica wiązki w punkcie ogniskowym wynosi 14,1 μm, używając telecentrycznej soczewki f-theta o ogniskowej 56 mm.
<ol>
	<li>Włącz system mikroobróbki laserowej i wentylację do usuwania oparów.</li>
	<li>Utwardzoną próbkę MAE (lub inny polimer pochłaniający światło) umieść na powierzchni roboczej głowicy skanującej w płaszczyźnie ogniskowej i pod wybranym kątem (θ na Rysunku 1).</li>
	<li>Ustaw parametry przetwarzania i pożądanej struktury (w przykładzie pokazanym w krokach 2-4, struktura lamelowa o szerokości podstawy 70 μm i szerokości 160 μm, bez pochylenia) w oprogramowaniu sterującym laserem, postępując zgodnie z poniższymi krokami:<ol>
		<li>Projektuj trajektorię skanowania, śledząc obszar, z którego materiał powinien zostać usunięty (tworząc "negatyw" wymaganych struktur).</li>
		<li>Ustaw parametry skanowania (powtórzenia – różnią się w zależności od docelowej głębokości3, szybkości skanowania 500 mm s-1 oraz odległości wylęgowania 15 μm). UWAGA: Kalibruj te parametry dla każdego materiału z testową strukturą.</li>
		<li>Ustaw parametry sterowania laserem (moc 20 W, częstotliwość 30 kHz, czas trwania impulsu 12 ns). UWAGA: Kalibruj te parametry dla każdego materiału z testową strukturą.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Upewnij się, że przestrzegasz protokołów bezpieczeństwa (noszenie okularów ochronnych i wentylacja oparów) i przeprowadź program.</li>
	<li>(opcjonalnie) W przypadku struktur skośnych kompensuj nachylenie powierzchni próbki poprzez podnoszenie/opuszczanie próbki, aby utrzymać aktualny obszar roboczy zawsze w płanie ogniskowej, wykorzystując śrubowy, specjalnie zbudowany, zmotoryzowany stopień liniowy z silnikiem krokowym i rozdzielczością ±10 μm, sterowany za pomocą oprogramowania do skanowania laserowego. UWAGA: Kompensacja wysokości zależy od kąta nachylenia próbki.</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68126/68126fig1v2.jpg" /> 
Rysunek 1: Szkic konfiguracji obróbki laserowej z głównymi elementami. Zbliżenie kołowe: próbkę można przechylić, tworząc pochylone mikrostruktury powierzchniowe. Opisano możliwe opcje polimerowe i podłożowe. Lewy dolny: Pokazano obraz optyczny prostokątnych filarów. Skala: 500 μm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68126/68126fig1v2large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figury.</a>
2. Mikroskopia optyczna
UWAGA: Wykonaj wstępną charakterystykę ustrukturyzowanych próbek MAE za pomocą mikroskopu optycznego.
<ol>
	<li>Oczyść próbkę za pomocą sprężonego azotu i delikatnie usunąć potencjalny kurz lub zanieczyszczenia z próbki. UWAGA: Uważaj, aby nie używać zbyt silnych wybuchów gazu, ponieważ mogą one potencjalnie zniszczyć próbkę.</li>
	<li>Połóż próbkę na stole mikroskopowym i włącz źródło światła używane w mikroskopii refleksyjnej. Jeśli próbka jest zdeponowana na przezroczystym podłożu, użyj przepuszczalnego źródła światła.</li>
	<li>Wybierz obiektyw 10x o niskim powiększeniu i zmierz odpowiednie boczne wymiary próbki, na przykład wysokość między lamelami (Rysunek 3A).<ol>
		<li>Zamontuj kamerę na górze obiektywu i pociągnij dźwignię, aby przekierować światło z próbki na sensor kamery, a nie na okular.</li>
		<li>Konfiguruj skalę aparatu, robiąc zdjęcia szklanych slajdów w skali odniesienia. Zmierz znane odległości w pikselach, aby określić rozmiar pikseli każdego obiektywu. Do kalibracji tej skali użyj oprogramowania open source, takiego jak ImageJ.</li>
		<li>Zmierz wybrane boczne wymiary próbki w pikselach, a następnie oblicz fizyczne odległości, mnożąc liczbę pikseli przez rozmiar piksela w mikrometrach.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przełącz się na obiektyw o większym powiększeniu 40x, aby uzyskać informacje o wysokości konstrukcji.<ol>
		<li>Otwórz aperturę pola, aby zmniejszyć głębię ostrości.</li>
		<li>Reguluj wysokość mikrometrowego stopnia i skup mikroskop na górze struktur. Zanotuj numer na mikrometru.</li>
		<li>Powoli podnieś stopień, obracając mikrometrową, aż fokus spocznie na podłożu próbki. Zanotuj numer na mikrometru.</li>
		<li>Oszacuj wysokość konstrukcji, odejmując wartości ze mikrometrowej przed i po regulacji ostrości (rysunek 3A).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Skaningowa mikroskopia elektronowa
UWAGA: Uzyskaj dodatkowe informacje o powierzchni MAE, takie jak stężenia cząstek wypełniających lub chropowatość powierzchni, za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM).
<ol>
	<li>Podłącz się do oprogramowania SEM i odwietrz komorę ciśnieniową. UWAGA: Umieść potencjalne próbki w SEM z dala od kolumny detektora podczas jej odpowietrzania, aby uniknąć skażenia detektora.</li>
	<li>Podczas wentylacji komory przygotuj próbki do SEM, stosując poniższe kroki:<ol>
		<li>Noś rękawiczki. Przetnij próbki skalpelem do rozmiaru pinu do uchwytu próbek SEM.</li>
		<li>Przyłóż mały kawałek dwustronnej taśmy węglowej na pin, przykrywając go w całości. Przytnij taśmę, wyciągając ją na krawędzie pinów.</li>
		<li>Przyklej przycięte próbki do szpilek za pomocą plastikowej pęsety, aby nie uszkodzić próbek.</li>
		<li>Oczyść próbki za pomocą sprężonego gazu azotowego i delikatnie usunąć potencjalny kurz lub zanieczyszczenia z próbki. UWAGA: Nie używaj zbyt intensywnych wybuchów gazu, ponieważ mogą one potencjalnie zniszczyć miękkie próbki elastomerowe.</li>
		<li>(opcjonalnie) Pokrywaj próbki cienką przewodzącą warstwą węgla lub złota, ponieważ zapewnia to mniejsze gromadzenie się ładunku i dryf podczas dłuższych pomiarów.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Otwórz komorę próżniową i wyciągnij scenę. Włóż piny wraz z próbkami do sceny, notując ich pozycje. Przywróć stopień do pozycji podstawowej i zamknij komorę próżniową.</li>
	<li>Wykonaj pomiary elektronów rozproszonych wstecznie. UWAGA: Użyj silnego rozpraszania wstecznego elektronów od większych atomów do wygenerowania kontrastu w składzie materiału, jak pokazano na Rysunku 3B, elektrony rozproszone wstecznie. Mierz kształty i rozmiary cząstek, koncentrację oraz zmiany cząstek wywołane laserową ablacją poprzez zbieranie danych rozproszonych wstecznie.<ol>
		<li>Pompuj powietrze z komory próżniowej, aby uzyskać wysoką próżnię. Wykonaj optyczne zdjęcie nawigacyjne próbek i użyj go jako przewodnika do przesunięcia stoliku, aby umieścić interesującą próbkę w odpowiedniej odległości od krawędzi detektora. UWAGA: Podczas jazdy po scenie nieustannie monitoruj jego ruch za pomocą kamery na żywo w podczerwień, aby uniknąć kolizji.</li>
		<li>Włącz wiązkę elektronów i pokaż obraz z koncentrycznego detektora rozpraszania wstecznego (CBS). Dostosuj siłę i kształt wiązki, wybierając napięcie przyspieszające 30 kV, rozmiar plamki 4,0 oraz czas zatrzymania 5 μs.</li>
		<li>Znajdź ostrość na próbce, używając ręcznych lub automatycznych regulacji. Ustaw właściwą jasność i kontrast podczas oglądania histogramu pobranego obrazu i zmaksymalizuj szerokość histogramu.</li>
		<li>Wybierz odpowiedni obszar próbki i pożądane powiększenie, a następnie ewentualnie ponownie dostosuj ostrość.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj pomiary elektronów wtórnych. UWAGA: Należy zauważyć, że elektrony wtórne są generowane wzdłuż ścieżki elektronowej przez próbkę, jednak tylko elektrony wtórne z najwyższych warstw powierzchni wydostają się z próbki i są wykrywane. Poprzez zbieranie danych o elektronach wtórnych przy bardzo niskich napięciach przyspieszających, na Rysunku 3B dla elektronów wtórnych obserwuje się topografię powierzchni, gdzie kontrast wynika z nachyleń powierzchniowych.<ol>
		<li>Wyłącz wiązkę elektronów. Przesuń uchwyt próbki od detektora w bezpieczne miejsce. Ustaw niską próżnię w komorze 0,70 mbar. Ustaw polaryzację detektora na 68%.</li>
		<li>Przenieś próbki na odległość roboczą około 3,5 mm. Ustaw niewielkie napięcie przyspieszające 2,0 kV i bardziej wyraźny rozmiar punktu 7. Zwiększ czas zatrzymania do 100 μs.</li>
		<li>Włącz wiązkę i pokaż wykryty obraz z detektora elektronów wtórnych w niskiej próżni (LVD). Znajdź ostrość oraz właściwą jasność i kontrast.</li>
		<li>Wybierz odpowiedni obszar próbki i pożądane powiększenie, a następnie ewentualnie ponownie dostosuj ostrość.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po pomiarach umieść uchwyt w bezpiecznej pozycji i odwietrz komorę próżniową.</li>
	<li>Nosząc rękawiczki, otwórz drzwi komory, wyjmij szpilki z próbkami i za pomocą pęsety zdejmij taśmę węglową z szpilki.</li>
	<li>Zachowaj próbki na ewentualne ponowne pomiary. Zamknij drzwi komory i zostaw SEM w wysokiej próżni.</li>
</ol>
4. Manipulacja magnetyczna
UWAGA: Zastosuj układ pokazany na Rysunku 2, używając elektromagnesu o powierzchni bieguna 20 mm do deformowania powierzchni lamelarnych. Napędz elektromagnes zasilaczem stałym i obserwuj powstałe odkształcenia za pomocą kamery połączonej z obiektywem 10x.
<ol>
	<li>Umieść niemagnetyczny uchwyt między biegunami magnesu. Powyżej zbuduj mikroskop, łącząc obiektyw z rurką 200 mm, która skupia światło na detektorze kamery. Projektuj system detektora obiektów tak, aby umożliwiał translacje w kierunkach XYZ (Rysunek 2).</li>
	<li>Oczyść próbkę za pomocą sprężonego azotu i delikatnie usunąć potencjalny kurz lub zanieczyszczenia z próbki. Nie używaj zbyt intensywnych wybuchów gazu, ponieważ mogą one potencjalnie zniszczyć miękką próbkę elastomerową.</li>
	<li>Przyklej kawałek dwustronnej taśmy klejącej do uchwytu na próbkę i umieść próbkę na środku między słupkami. UWAGA: Dla łatwiejszego kontaktu z próbkami użyj kleju rozpuszczalnego w wodzie z alkoholem poliwinylowym (PVA) do przyklejania próbek do szkiełek mikroskopowych (szkło lepiej przylega do taśmy niż elastomer).</li>
	<li>Podłącz kable zasilające elektromagnesu do zasilacza i podłącz do aparatu za pomocą odpowiedniego przewodu podłączającego.</li>
	<li>Podczas wykonywania zdjęć należy przyłożyć prąd stały 3,2 A do elektromagnesu, który wytwarza jednorodne pole magnetyczne o mocy około 340 mT w centrum 20 mm przerwy biegunowej. Pole magnetyczne deformuje struktury MAE.</li>
	<li>Zbadaj odkształcenia poprzez badanie różnych struktur, orientacji linii próbk-magnetycznych, sił pola magnetycznego oraz dynamicznego przełączania pola (Rysunek 4).</li>
</ol>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68126/68126fig2v2.jpg" /> 
Rysunek 2: Fotografia układu manipulacji magnetycznej z głównymi elementami oznaczonymi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68126/68126fig2v2large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.</a>

<ol><li>Howland, F. L., Poole, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Device+Photolithography%3A+An+Overview+of+the+New+Mask-Making+System%5BTitle%5D)+AND+%22Bell+System+Technical+Journal%22%5BJournal%5D)">Device Photolithography: An Overview of the New Mask-Making System.</a> Bell System Technical Journal. 49 (9), 1997-2009 (1970).</li>
<li>Gurkan, U. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Next+generation+microfluidics%3A+fulfilling+the+promise+of+lab-on-a-chip+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Next generation microfluidics: fulfilling the promise of lab-on-a-chip technologies.</a> Lab Chip. 24 (7), 1867-1874 (2024).</li>
<li>Kravanja, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+micromachining+of+magnetoactive+elastomers+as+enabling+technology+for+magnetoresponsive+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater+Technol%22%5BJournal%5D)">Laser micromachining of magnetoactive elastomers as enabling technology for magnetoresponsive surfaces.</a> Adv Mater Technol. 7 (5), 2101045(2022).</li>
<li>Zhang, M., Feng, S., Wang, L., Zheng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lotus+effect+in+wetting+and+self-cleaning%5BTitle%5D)+AND+%22Biotribology+%28Oxf%29%22%5BJournal%5D)">Lotus effect in wetting and self-cleaning.</a> Biotribology (Oxf). 5, 31-43 (2016).</li>
<li>Zhang, Z., Chen, Z., Shang, L., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+color+materials+from+natural+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater+Technol%22%5BJournal%5D)">Structural color materials from natural polymers.</a> Adv Mater Technol. 6 (11), 2100296(2021).</li>
<li>Nadzharyan, T. A., Shamonin, M., Kramarenko, E. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+modeling+of+magnetoactive+elastomers+on+different+scales%3A+a+state-of-the-art+review%5BTitle%5D)+AND+%22Polymers+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Theoretical modeling of magnetoactive elastomers on different scales: a state-of-the-art review.</a> Polymers (Basel). 14 (19), 4096(2022).</li>
<li>Shamonin, M., Kramarenko, E. Y. Highly responsive magnetoactive elastomers. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShamonin%2C+M+%22Novel+magnetic+nanostructures%22">Novel magnetic nanostructures</a>. , Elsevier. 221-245 (2018).</li>
<li>Kalina, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiscale+modeling+and+simulation+of+magneto-active+elastomers+based+on+experimental+data%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Sci+Rev%22%5BJournal%5D)">Multiscale modeling and simulation of magneto-active elastomers based on experimental data.</a> Phys Sci Rev. 8 (1), 1-31 (2023).</li>
<li>Kriegl, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+rebound+of+millimeter-sized+rigid+balls+by+magnetic+actuation+of+elastomer-based+surface+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22Smart+Mater+Struct%22%5BJournal%5D)">Tunable rebound of millimeter-sized rigid balls by magnetic actuation of elastomer-based surface microstructures.</a> Smart Mater Struct. 33 (6), 067001(2024).</li>
<li>Jezeršek, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+droplet+impact+through+magnetic+actuation+of+surface+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Control of droplet impact through magnetic actuation of surface microstructures.</a> Adv Mater Interfaces. 10 (11), 2202471(2023).</li>
<li>Straus, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamically+tunable+lamellar+surface+structures+from+magnetoactive+elastomers+driven+by+a+uniform+magnetic+field%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Dynamically tunable lamellar surface structures from magnetoactive elastomers driven by a uniform magnetic field.</a> Soft Matter. 19 (18), 3357-3365 (2023).</li>
<li>Yang, Z., Park, J. K., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetically+responsive+elastomer-silicon+hybrid+surfaces+for+fluid+and+light+manipulation%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Magnetically responsive elastomer-silicon hybrid surfaces for fluid and light manipulation.</a> Small. 14 (2), 1702839(2018).</li>
<li>Kriegl, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microstructured+magnetoactive+elastomers+for+switchable+wettability%5BTitle%5D)+AND+%22Polymers+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Microstructured magnetoactive elastomers for switchable wettability.</a> Polymers (Basel). 14 (18), 3883(2022).</li>
<li>Kravanja, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetically+actuated+surface+microstructures+for+efficient+transport+and+tunable+separation+of+droplets+and+solids%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Eng+Mater%22%5BJournal%5D)">Magnetically actuated surface microstructures for efficient transport and tunable separation of droplets and solids.</a> Adv Eng Mater. 25 (22), 2301000(2023).</li>
<li>Wei, C., Zong, Y., Jiang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioinspired+wire-on-pillar+magneto-responsive+superhydrophobic+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Bioinspired wire-on-pillar magneto-responsive superhydrophobic arrays.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 15 (20), 24989-24998 (2023).</li>
<li>Zhou, Y., Huang, S., Tian, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetoresponsive+surfaces+for+manipulation+of+nonmagnetic+liquids%3A+design+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Magnetoresponsive surfaces for manipulation of nonmagnetic liquids: design and applications.</a> Adv Funct Mater. 30 (6), 1906507(2020).</li>
<li>Li, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directional+transportation+on+microplate-arrayed+surfaces+driven+via+a+magnetic+field%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Directional transportation on microplate-arrayed surfaces driven via a magnetic field.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 13 (31), 37655-37664 (2021).</li>
<li>Kim, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+manipulation+of+droplets+on+a+flexible+magnetically+responsive+film%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Remote manipulation of droplets on a flexible magnetically responsive film.</a> Sci Rep. 5 (1), 17843(2015).</li>
<li>Demirörs, A. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amphibious+transport+of+fluids+and+solids+by+soft+magnetic+carpets%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Sci+%28Weinh%29%22%5BJournal%5D)">Amphibious transport of fluids and solids by soft magnetic carpets.</a> Adv Sci (Weinh). 8 (21), 2102510(2021).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+magnetic+responsive+wall+array+with+droplet+shedding-off+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Dynamic magnetic responsive wall array with droplet shedding-off properties.</a> Sci Rep. 5 (1), 11209(2015).</li>
<li>ul Islam, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscopic+artificial+cilia-a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Microscopic artificial cilia-a review.</a> Lab Chip. 22 (9), 1650-1679 (2022).</li>
<li>Gu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+cilia+carpets+with+programmable+metachronal+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Magnetic cilia carpets with programmable metachronal waves.</a> Nat Commun. 11 (1), 2637(2020).</li>
<li>Helmholtz coil. , Wikipedia contributors. 
 <a target="_blank" href="https://en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_coil">https://en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_coil</a> (2025).</li>
<li>Straus, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+modification+of+magnetoactive+elastomers+by+laser+micromachining%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Surface modification of magnetoactive elastomers by laser micromachining.</a> Materials (Basel). 17 (7), 1550(2024).</li>
</ol>

Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów do ujawnienia.

Obróbka fizyczna form jest optymalna do produkcji na dużą skalę, gdy geometria cech powierzchni jest już wcześniej ustalona. Natomiast szybkie prototypowanie jest pożądane na etapie rozwoju i optymalizacji nowego urządzenia. Zarówno druk 3D form i bezpośrednia fotolitografia laserowa mają szybki czas realizacji, ale mają swoje ograniczenia. Jedną z wad struktur drukowanych w 3D jest chropowata jakość form, która utrudnia rozdzielenie odlewanego polimeru bez pęknięć i uszkodzeń. Bezpośrednia fotolitografia laserowa ogranicza się do ortogonalnych wzorów do powierzchni. Nadaje się także tylko do polimerów, które nie rozpraszają padającego światła i są wystarczająco przezroczyste, by umożliwić fotopolimeryzację na całej grubości warstwy polimerowej. Możliwe jest użycie polimeru fotoczułego do stworzenia formy dla innego typu polimeru, ale to wydłuża czas produkcji i wydłuża rozwój prototypu. Natomiast obróbka laserowa to metoda bez formy, która umożliwia bezpośrednie konstrukcjonowanie polimerów pochłaniających optyki. Czyni ją to doskonale odpowiednią do tworzenia cech topograficznych na polimerach, takich jak elastomery magnetoaktywne (MAE), które pobierają absorpcję dzięki dużemu skupisku magnetycznie reagujących mikrocząstek. Bardzo charakterystyczne, umożliwia także tworzenie nieortogonalnych cech, takich jak skośne lub pochylone ściany3.
Mikroobróbka laserowa Technika mikroobróbki laserowej opisana w kroku 1 jest bardzo solidna, ale szczególną uwagę należy poświęcić ustawieniu próbki MAE. Odległość od soczewki powinna być precyzyjnie określona, dokładnie znajdując płaszczyznę ogniskową na powierzchni próbki, jednocześnie będąc równoległą do płaszczyzny soczewki skupiącej ze względu na krótką odległość Rayleigha zapewnianą przez system laserowy. Przy tworzeniu struktur skośnych stosuje się inne podejście, kompensując nachylenie powierzchni próbki poprzez podnoszenie/opuszczanie próbki, aby utrzymać bieżący obszar roboczy zawsze w płanie ogniskowej. Jeśli nagromadzenie ciepła w próbce jest zbyt duże (oceniane offline, po mikroobróbki, poprzez wizualne sprawdzenie struktur) i powoduje erozję struktur, należy zastosować odpowiednie zarządzanie ciepłem.
Ograniczenia podejścia wiążą się z rozmiarem cząstek wypełniającego materiału, który definiuje rozdzielczość boczną procesu, oraz z właściwościami optycznymi próbki, czyli absorpcją przy zastosowanej długości fali. Eksperymentalnie odkryliśmy, że minimalna szerokość struktury, która nadal wytrzymuje mikroobróbkę laserową, jest około pięciokrotnie większa od średniej wielkości cząstek wypełniających3. Jeśli struktury docelowe są mniejsze, laser usunie cały materiał, co skutkuje niestrukturalną powierzchnią (choć jej chropowata będzie większa). Dla materiału przedstawionego tutaj długość fali światła lasera jest głównie pochłaniana przez mikrocząstki żelaza podczas przejścia przez polimer. Zmiana długości fali lasera oraz cząstek lub materiału polimerowego może znacząco zmienić wyniki. Struktura testów jest zatem kluczowym punktem do uzyskania parametrów przetwarzania dla nowego materiału.
Opisana metoda zapewnia elastyczność w zakresie rozmiaru konstrukcji oraz możliwość wytwarzania konstrukcji pochylonych bez potrzeby stosowania specjalistycznych form. Ponadto problem aglutynacji MAE podczas usuwania formy jest nieobecny przy stosowaniu tej metody mikroobróbki. W porównaniu do powłoki natryskowej oddolnej pod polem magnetycznym, ta metoda zapewnia wyższą rozdzielczość przestrzenną i możliwość tworzenia uporządkowanych układów powierzchniowych. Metoda mikroobróbki jest stosowana w obszarach badawczych, gdzie do opracowania nowych urządzeń do opracowywania nowych urządzeń nanoszących mikrometry są aktywne struktury, np. do kontroli zwilżania powierzchni, mikrofluidyki lub transportu cząstek lub kropelek stałych wielkości milimetrów.
Mikroskopia optyczna Mikrocząstki żelaza w MAE pochłaniają dużo światła, podczas gdy polimer bazowy, polidimetylosiloksan, jest optycznie przezroczysty. Obserwowanie chropowatości powierzchni MAE optycznie jest trudne, ponieważ wymagane jest obrazowanie polimeru. Do takich pomiarów lepszym wyborem sprzętu jest SEM. Z kolei obecność mikrocząstek żelaza w MAE oznacza, że do obserwacji materiału potrzebne jest dużo światła. Powszechnym obejściem jest robienie zdjęć z długim czasem naświetlania i pozwolenie detektorowi na zebranie wystarczającej ilości światła.
Mikroskopia optyczna to szybka metoda analizy jakościowej i ilościowej próbek. Zmiana ostrości obrazu nie jest najdokładniejszą metodą, ale jest porównywalna z dokładnością metody obróbki laserowej. Przy powiększeniu 40x rozdzielczość osiowa jest bardzo dobra (1 μm). Ze względu na chropowatość powierzchni próbki, wysokość próbki nie jest dobrze określona na tych skalach długości, dlatego mierzy się średnią wysokość z szacunkowymi niepewnościami około 5 μm. Wysokość względem liczby przejść lasera jest przedstawiona w Kravanja i in.3, gdzie najmniejszy pasek błędu wynosi ±4 μm. Jeśli potrzebna jest większa precyzja, na przykład badanie chropowatości powierzchni wystającej, doskonałą alternatywą jest skaningowa mikroskopia konfokalna.
Obserwowanie magnetycznie indukowanych zmian in vivo pod mikroskopem nie jest zalecane, ponieważ silne pola magnetyczne mogą magnetyzować komponenty mikroskopu i zakłócać inne pomiary wrażliwe na magnes. W związku z tym stosuje się tutaj specjalnie zbudowany zestaw do obserwacji manipulacji magnetycznej.
Skaningowa mikroskopia elektronowa SEM to bardzo wszechstronna technika pomiarowa do obserwacji powierzchni materiału. Wybierając różne detektory, możliwe jest zebranie danych topograficznych i składowych, co ujawnia chropowatość i strukturę kompozytową MAE wywołaną ablacją powierzchniową. Ważne jest, aby zauważyć, że MAE zazwyczaj nie przewodzą elektrycznie, dlatego należy podjąć konkretne środki, aby zapobiec gromadzeniu się elektronów na powierzchni próbki. Możliwe jest pokrycie próbek natryskiem węglowym lub złotym prysknięciem, które sprawia, że powierzchnia przewodzą. Korzystne jest także stosowanie małego rozmiaru plamki i krótkiego czasu zatrzymania lub niskiej próżni, gdzie para wodna filtruje ładunki na powierzchniach próbek. Duże rozmiary plamki i długie czasy pobytu w wysokiej próżni mogą uszkodzić próbki.
Stężenie cząstek żelaza jest zbyt duże (bliskie progowi perkolacji), aby jakakolwiek obecnie dostępna metoda nieinwazyjna mogła przeniknąć głęboko w próbkę bez powstawania zbyt wielu artefaktów, rozpraszania i szumu podczas pomiaru. Jedynym wyjątkiem są eksperymenty z rozpraszaniem neutronów, choć wymagają one specjalistycznych zapleczy, które nie są łatwo dostępne. Jednak SEM nadal może być używany do obrazowania rozkładu cząstek w całej próbce za pomocą pomiarów elektronów rozproszonych wstecznie dla próbek przeciętych ostrzem24. Okazało się, że rozkład cząstek jest jednolity, z wyjątkiem warstwy wyczerpania, która prawdopodobnie jest powiązana z osadzaniem podczas utwardzania. SEM jest ograniczony przez brak pomiarów indukowanych polem magnetycznym, które są szczególnie interesujące z punktu widzenia zastosowania.
Manipulacja magnetyczna Magnetyczna manipulacja strukturami MAE może być wykonywana zarówno w pobliżu magnesu trwałego, jak i między biegunami elektromagnesu. W niniejszej pracy eksperymenty przeprowadzono z użyciem elektromagnesu, co ułatwia kontrolę wartości pola magnetycznego. Zastosowano soczewkę obiektu dalekiego zasięgu do obserwacji próbek, aby uniknąć niepożądanej magnetyzacji części mikroskopu. Obiektyw miał długość roboczą 34 mm, co pozwalało ustawić go wystarczająco daleko od biegunów magnetycznych, gdzie siła pola znikała.
Należy pamiętać, że próbki wykonane z pojedynczego kawałka MAE, częściowo ustrukturyzowanego na powierzchni, są również wydłużone w jednorodnym polu magnetycznym. Deformacje mikrostruktur zostały nałożone na rozciąganie próbki. Aby prawidłowo zmierzyć deformacje struktury, należy odejmować całkowite wkłady rozciągania.
Elektromagnes nie miał natychmiastowej odpowiedzi pola magnetycznego na zmieniające się napięcie źródła, ale stała czasowa obwodu elektrycznego ograniczała odpowiedź przejściową. 11 Prąd wyjściowy zasilacza DC musi być zsynchronizowany z przechwytywaniem obrazu kamery dla eksperymentów dynamicznych. Możliwe jest zarówno zmierzenie prądu elektrycznego przez elektromagnes i obliczenie wygenerowanego pola magnetycznego, jak i bezpośrednie pomiary za pomocą teslametru. Jednak w tym drugim przypadku należy również wziąć pod uwagę szerokość pasma teslametru.
Po ustawieniu mikroskopu w pobliżu elektromagnesu, można było zmierzyć parametry geometryczne powierzchni ustrukturyzowanej MAE oraz ich zmiany dynamiczne. Możliwe było także przeprowadzenie charakterystyki istotnej dla pożądanego zastosowania, na przykład kątów styku kropelek na takich powierzchniach oraz ich dynamicznej zmiany.

Strukturyzacja powierzchni polimerów jest niezbędną metodą w wielu dziedzinach technologicznych. Rozwój i produkcja urządzeń półprzewodnikowych wykorzystują fotolitografię, dobrze ugruntowaną technikę1, do selektywnej polimeryzacji światłoczułych polimerów w celu stworzenia masek umożliwiających selektywne trawienie lub osadzanie innych materiałów, takich jak metal czy tlenki. W ramach koncepcji laboratorium na chipie2, fotowzorowanie, druk 3D lub obróbka fizyczna mogą tworzyć formy, które odciskają gotową topografię dla urządzeń milli- i mikrofluidycznych na bazie polimerów. Opisano tutaj metodę bezmaskową strukturyzacji polimerów, która pozwala uzyskać taki sam zakres kształtów jak formy, z dodatkiem geometrii skośnego wystańca i szybkim czasem realizacji3. Powierzchnie o małych cechach zapewniają doskonałe właściwości materiałowe, takie jak zdolność samoczyszczącości, zmniejszony opór4 czy opalizujące kolory konstrukcyjne5. Dlatego kluczowe jest rozwijanie technik o nowych lub ulepszonych możliwościach strukturalnych.
Elastomery magnetoaktywne (MAE) od dawna są znane jako materiał, który może zmieniać swoje właściwości mechaniczne w odpowiedzi na zewnętrzne pola magnetyczne 6,7,8, i zostały już zaimplementowane w technologii motoryzacyjnej i głośnikowej. Obróbka laserowa bezpośrednia umożliwiła wzrost eksperymentalnej eksploracji powierzchni MAE zmodyfikowanych topograficznie. Pola magnetyczne mogą wpływać na magnetycznie reagujące wypustki, zmieniając ich kształt, orientację i właściwości elastyczne. Wykazano, że może to głęboko wpływać na uderzenie i odbicie obiektu 9,10, odbicie światła11,12, zwilżanie13, a także może być wykorzystywane do transportu obiektów stałych i ciekłych 14,15,16,17,18,19,20 lub generowania przepływu 21,22. Przedstawiona tutaj mikroobróbka laserowa jest doskonale przystosowana do MAE, ponieważ cząstki magnetyczne pochłaniają promieniowane światło laserowe, nagrzewają się i prowadzą do usuwania materiału. Metoda ta dotyczy kompozytów z cząstek, które wystarczająco pochłaniają światło laserowe i dowolnego polimeru, a także polimerów pochłaniających światło bez cząstek.
Próbki pokazane w tym artykule pochodzą z większych arkuszy MAE. MAE powstaje z matrycy polidimetylosiloksanu (PDMS) wypełnionej cząstkami karbonylowego żelaza. PDMS jest wykonany z indywidualnej mieszanki (patrz Tabela 1 , aby poznać składniki i ich stosunek wagi). Polimery, cząstki żelaza, olej silikonowy oraz modyfikator są łączone i dokładnie mieszane, po czym dodaje się i miesza się krzyżowca, inhibitor i katalizator. Płynna mieszanina MAE jest rozprowadzana na podłożu, w tym przypadku folii polietylentereftalanu (PET) o grubości 0,2 mm, za pomocą aplikatora filmowego wyposażonego w regulowane ostrze ustawione na odległość 0,5 mm. Aplikator przesuwa ostrze nad cieczą ze stałą prędkością 1 mm s−1 , tworząc warstwę MAE o pożądanej grubości. Podłoże z folią MAE przelano następnie na płaską blachę do pieczenia i umieszczano w piekarniku na 1 godzinę w 80 °C, a następnie przez 24 godziny w 60 °C, aby całkowicie się utwardzić. Moduł magazynowania ścinania G0' zmierzono przy częstotliwości kołowej 10 s−1 i amplitudzie ścinania 0,01% na osobnej próbce o grubości 1 mm. Materiał użyty w eksperymentach miał moduł magazynowania ścinania G0' ≈ 15 kPa (moduł Younga ≈ 45 kPa). Do tworzenia wzorowania powierzchni stosuje się mikroobróbkę laserową (patrz szkic na Rysunku 1), co charakteryzuje się za pomocą mikroskopu optycznego (Rysunek 2 i Rysunek 3) oraz skaningowego mikroskopu elektronowego (Rysunek 3). Pokazano dwa typy wzorowania: filary na Rysunku 1 oraz lamele na Rysunku 3 i Rysunku 4. Powierzchnia lamelowa jest odchylana na bok w odpowiedzi na zmiany pola magnetycznego (Rysunek 4) generowane przez elektromagnes (Rysunek 2).

<table><tbody><tr><td>10x Plan Apochromat Obiektyw</td><td>Mitutoyo</td><td>MY10X-803</td><td>stosowany w metodzie 4&nbsp;</td></tr><tr><td>10x Cel</td><td>Nikon</td><td>nie można określić</td><td>Stosowany w Metodzie 2, cel powietrzny</td></tr><tr><td>40x Cel</td><td>Nikon</td><td>nie można określić</td><td>Stosowany w Metodzie 2, cel powietrzny</td></tr><tr><td>Rozszerzacz wiązki</td><td>SPI Lasers UK</td><td>PT-P00554</td><td></td></tr><tr><td>Kamera</td><td>Kanon</td><td>EOS M200</td><td>stosowane w Metodzie 2</td></tr><tr><td>Kamera</td><td>FLIR</td><td>BFS-U3-17S7M-C</td><td>stosowany w metodzie 4&nbsp;</td></tr><tr><td>Cząstki karbonylowego żelaza</td><td>BASF SE</td><td>SQ</td><td>średnia średnica D50 wynosi 3,9-5,0 i mikro; m</td></tr><tr><td>Catalyst 510</td><td>Evonik Operations GmbH, dodatki specjalistyczne</td><td>Catalyst 510</td><td></td></tr><tr><td>Crosslinker 210</td><td>Evonik Operations GmbH, dodatki specjalistyczne</td><td>Crosslinker 210</td><td></td></tr><tr><td>Zasilacz prądu stałego</td><td>GW Instek</td><td>GPD-3303S</td><td></td></tr><tr><td>Elektromagnes</td><td>GMW</td><td>3470</td><td></td></tr><tr><td>Inhibitor DVS</td><td>Evonik Operations GmbH, dodatki specjalistyczne</td><td>Inhibitor DVS</td><td></td></tr><tr><td>Źródło laserowe</td><td>SPI Lasers UK</td><td>SP-020P-A-HS-S-A-N</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop</td><td>Nikon</td><td>OPTIPHOT2-POL</td><td></td></tr><tr><td>Modyfikator 715</td><td>Evonik Operations GmbH, dodatki specjalistyczne</td><td>Modyfikator 715</td><td></td></tr><tr><td>Polymer MV 2000</td><td>Evonik Operations GmbH, dodatki specjalistyczne</td><td>Polymer MV 2000</td><td></td></tr><tr><td>Polimer kontra 100000</td><td>Evonik Operations GmbH, dodatki specjalistyczne</td><td>Polimer kontra 100000</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td><td>ThermoFisher</td><td>AXIA-CHEMISEM</td><td></td></tr><tr><td>Głowica skanująca</td><td>Raylase</td><td>SSIIE-10</td><td></td></tr><tr><td>Olej silikonowy</td><td>Wacker Chemie AG</td><td>AK 10</td><td></td></tr><tr><td>Mikrometr sceny 1 mm</td><td>Nikon</td><td>MBM11100</td><td>Rozmiar referencyjny szkiełek szklany</td></tr><tr><td>Silnik krokowy</td><td>Isert-elektroniczny</td><td>Seria P Nema 24 Bipolar 1,8° 3,5 Nm</td><td>Silnik krokowy 2-fazowy, 1,8 stopnia; Kąt kroku</td></tr><tr><td>Soczewka telecentryczna</td><td>Ronar-Smith</td><td>TSL-1064-18-56-V1</td><td></td></tr></tbody></table>

mikroobróbka laserowa do projektowania topografii powierzchni polimerów

Laser Micromachining for Polymer Surface Topography Design

Miękkie magnetoaktywne elastomery (MAE) to inteligentne materiały, które reagują na zewnętrzne pola magnetyczne, dynamicznie zmieniając swoje właściwości mechaniczne. Składają się z magnetycznie reagujących mikrocząstek osadzonych w miękkiej matrycy polimerowej, wykazując efektywny moduł ścinania do 100 kPa. W ostatnich dekadach właściwości masowe MAE zostały z powodzeniem wykorzystane w zastosowaniach takich jak dynamiczne tłumienie drgań, wykrywanie drgań oraz aktywacja w robotyce miękkiej. Najnowsze badania skupiły się na ich właściwościach powierzchniowych, ujawniając obiecujące wyniki dotyczące elementów nawierzchni do strojenia, takich jak chropowatość, przyczepność i zwilżanie. Demonstrowano nawet transport małych, stałych i płynnych obiektów. Związane z tym efekty powierzchniowe można znacząco wzmocnić poprzez precyzyjne inżynierię topografii powierzchni. W tym artykule przedstawiono wydajną technikę mikroobróbki laserowej o rozdzielczości 15 μm, która umożliwia szybkie prototypowanie powierzchni MAE. Pozwala na tworzenie różnorodnych, złożonych kształtów i oferuje funkcjonalność wykraczającą poza tradycyjne techniki formowania. Dodatkowo podejście to jest wszechstronne i można je zastosować do każdego polimeru, który wystarczająco pochłania światło laserowe. Na przykład przedstawiono proces mikrowzorowania powierzchni lamelarnej oraz jego charakterystykę za pomocą mikroskopii optycznej i skaningowej elektronowej. Wykazano jej reakcję na pole magnetyczne. Technika ta zapewnia elastyczne i szybkie rozwiązanie do optymalizacji projektowania powierzchni polimerów w szerokim zakresie zastosowań.

Po ustrukturyzowaniu powierzchni MAE jest ona badana mikroskopią optyczną. Zazwyczaj wystarcza to, aby potwierdzić, że wzór powierzchni jest wolny od wad oraz sprawdzić, czy zarówno wymiary boczne, jak i pionowe są zgodne z oczekiwaniami (Rysunek 3A). SEM wybiera się, jeśli interesują się dalsze szczegóły, takie jak rozkład cząstek w matrycy polimerowej lub wpływ obróbki laserowej na chropowatość powierzchni polimeru (rysunek 3B).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68126/68126fig3v2.jpg" /> 
Rysunek 3: Obrazy optyczne powierzchni MAE o strukturze. (A) Za pomocą obiektywu o dużym powiększeniu można wykonać wstępną charakterystykę struktury w kierunkach bocznych i podłużnych poprzez zmianę ostrości. Skala na głównym obrazie wynosi 500 μm, a skala na powiększonych obrazach to 100 μm. Dodatkowe charakterystyki powierzchni wykonuje się za pomocą SEM (B), gdzie można wykryć różne typy elektronów i zmierzyć różne właściwości powierzchni. Elektrony rozproszone wstecznie ujawniają kontrast składowy, natomiast elektrony wtórne dają wgląd w topograficzne zmiany powierzchni. Wszystkie paski skali mają 50 μm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68126/68126fig3v2large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figury.</a>
Orientację wystańca można manipulować za pomocą zmiennych w czasie pól magnetycznych, które można tworzyć na różne sposoby. Cewki mogą wytwarzać elektronicznie przełączalne pola lub magnesy trwałe, które są mechanicznie przesuwane. Zazwyczaj pola magnetyczne są niejednorodne, ale jeśli potrzebne są jednorodne pola magnetyczne, można wykorzystać wnętrze elektromagnesów lub cewek w konfiguracji Helmholtza.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68126/68126fig4v2.jpg" /> 
Rysunek 4: Przykład sterowania deformacją struktury przez pole magnetyczne. Za pomocą elektromagnesu można wygenerować jednorodne pole magnetyczne w płaszczyźnie próbki, wywołując sprężyste odkształcenia struktur powierzchniowych. Te odkształcenia z kolei wywołują zmiany makroskopowych właściwości powierzchni materiałów MAE. Pokazane paski skali dotyczą wszystkich obrazów i mają 200 μm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68126/68126fig4v2large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego wykresu.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Składnik</td>
			<td>Procent masy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polimer kontra 100000</td>
			<td>7.07</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Modyfikator 715</td>
			<td>0.03</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polymer MV 2000</td>
			<td>1.26</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olej silikonowy</td>
			<td>16.62</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cząstki karbonylowego żelaza</td>
			<td>74.79</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crosslinker 210</td>
			<td>0.12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inhibitor DVS</td>
			<td>0.03</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catalyst 510</td>
			<td>0.08</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SUMA</td>
			<td>100</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Stosunek substancji chemicznych w formulacji materiału MAE podany przez procent masowy.

Przedstawiono metodę nałożenia topografii powierzchniowej pochłaniającej światło materiałów kompozytowych polimerowych, szczególnie magnetoaktywnych elastomerów (MAE), za pomocą mikroobróbki laserowej. Ta metoda umożliwia dużą elastyczność w projektowaniu topograficznym i szybkim prototypowaniu. Przedstawiono przykład strukturyzacji powierzchni MAE, charakteryzacji oraz ich reakcji na zewnętrzne pole magnetyczne.

Mikroobróbka laserowa do projektowania topografii powierzchni polimerów

Soft magnetoactive elastomers (MAEs) are smart materials that respond to external magnetic fields by dynamically altering their mechanical properties. ...

Prowadzimy badania nad nowymi zastosowaniami i możliwościami mikroobróbki laserowej. Pracujemy nad określeniem warunków i przestrzeni parametrów do przetwarzania różnych typów materiałów. Obecnie naszym głównym celem są powierzchnie polimerów, w szczególności elastomery magnetoaktywne, które mogą być trudne do przetworzenia innymi technikami ze względu na swoją lepkość.Nasz protokół opisuje strukturę powierzchni bez maski, co umożliwia szybkie prototypowanie. Pozwala także na tworzenie skośnych struktur, które nie są możliwe innymi technikami. Na początek umieść utwardzony próbkę elastomeru magnetoaktywnego na obszarze roboczym głowicy skanującej, upewniając się, że jest ona umieszczona w płaszczyźnie ogniskowej i nachylona pod wcześniej wybranym kątem.Za pomocą oprogramowania sterującego laserem zaprojektuj trajektorię skanowania, śledząc obszar, z którego należy usunąć materiał. Do mikroskopii optycznej czyść próbkę za pomocą sprężonego azotu, aby delikatnie usunąć kurz lub zanieczyszczenia. Umieść czystą próbkę na stole mikroskopowym i włącz światło do mikroskopu refleksyjnego.Wybierz subiektywną soczewkę 10x, aby zmierzyć wymiary boczne, takie jak wysokość między lamelami. Następnie przełącz się na obiektyw 40x, aby rejestrować dane o wysokości struktur. Następnie otwórz aperturę pola na mikroskopie, aby zmniejszyć głębię ostrości.Reguluj wysokość stopnia mikrometrowego, aby skupić się na górnej powierzchni konstrukcji. I zapisz odczyt na mikrometru. Następnie stopniowo podnosz stopień, obracając mikrometrową, aż powierzchnia podłoża stanie się ostra.Następnie zapisz tę nową wartość. Noś rękawiczki i skalpelem przycinaj próbki tak, aby pasowały do rozmiaru pinów do uchwytu próbek do mikroskopii skaningowej. Z pomocą plastikowych pęset, przymocuj przycięte próbki do szpilek, uważając, by ich nie uszkodzić.Następnie czyść zamontowane próbki gazem azotowym pod ciśnieniem, aby usunąć kurz i zanieczyszczenia. Włóż piny z dołączonymi samplami do sceny i zapisz ich pozycje. Następnie, aby wykonać pomiary elektronów rozproszonych wstecznie, najpierw należy wyprowadzić powietrze z komory próżniowej, aby osiągnąć stan wysokiej próżni.Wykonaj optyczny obraz nawigacyjny próbek i użyj go do prowadzenia etapu, ustawiając interesującą próbkę w odpowiedniej odległości od krawędzi detektora. Aktywuj wiązkę elektronów i wyświetl obraz z koncentrycznego detektora rozpraszania wstecznego. Aby ustawić parametry wiązki, wybierz napięcie przyspieszające 30 kilowoltów, rozmiar punktu 4,0 oraz czas zatrzymania pięciu mikrosekund.Do pomiarów elektronów wtórnych należy ustawić komorę do niskiej próżni 0,70 milibara. Przenieś próbki na odległość roboczą około 3,5 milimetra. Następnie włącz wiązkę elektronów i obejrzyj obraz zarejestrowany przez detektor wtórnych elektronów w niskiej próżni.Następnie przyklej kawałek dwustronnej taśmy klejącej do środka uchwytu próbki między biegunami elektromagnesu. Przyłóż próbkę na taśmę klejącą, upewniając się, że jest wyśrodkowana między słupkami. Podczas wykonywania zdjęć należy przystosować prąd stały o mocy 4,5 ampera do elektromagnesu, aby wygenerować jednorodne pole magnetyczne o długości około 340 militesel w 20-milimetrowej szczelinie biegunowej.Mikroskopia optyczna potwierdziła bezwadliwy wzór powierzchni elastomera magnetycznego z wyraźnym bocznym ukształtowaniem oraz korektami ostrości potwierdzającymi widoczność profilu pionowego. Skaningowa mikroskopia elektronowa wykazała, że filary strukturalne mają grubą fakturę powierzchni z wyraźnymi mikrocząstkami osadzonymi w całym profilu bocznym. Obrazowanie elektronów wtórnych wykazało surową i nieregularną strukturę powierzchni polimeru w wysokiej rozdzielczości.Manipulacja magnetyczna powodowała widoczne przechylenie mikrostruktur z czasem, co można zaobserwować na widokach bocznych przy różnych ekspozycjach polowych.

laser-micromachining-for-polymer-surface-topography-design

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opracowano metodę litografii mikroperforacyjnej w celu wytwarzania wzorów mikro- i submikronowych na powierzchniach górnych, bocznych i dolnych podłoży polimerowych. Pozwala ona pokonać trudności związane z nanoszeniem wzorów na polimery przewodzące oraz tworzeniem wzorów na ściankach bocznych. Metoda ta umożliwia szybkie wytwarzanie wielu elementów i nie wymaga zastosowania agresywnych odczynników chemicznych.

Litografia mikropunczowania w celu generowania wzorów mikro- i submikronowych na podłożach polimerowych

Ten artykuł przedstawia strategię mikroprodukcji 3D addytywnej (określanej jako 'mikromurarstwo') do elastycznego wytwarzania struktur i urządzeń systemów mikroelektromechanicznych (MEMS). Podejście to obejmuje montaż materiałów w mikro i nanoskali w oparciu o druk transferowy w połączeniu z technikami szybkiego łączenia materiałów z wykorzystaniem wyżarzania termicznego.

Mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D

Tutaj prezentujemy protokół opisujący proces wytwarzania mikroigieł polimerowych bez formy za pomocą fotolitografii.

Wytwarzanie polimerowych matryc mikroigłowych za pomocą fotolitografii

Przedstawiono protokoły syntezy mikrosfer z polimerów, manipulacji mikrosferami i pomiarów mikrofotoluminescencji.

Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Tutaj prezentujemy szybką, łatwą i tanią metodę wytwarzania niestandardowych form polidimetylosiloksanowych, które mogą być używane do produkcji hydrożelowych tkanek inżynieryjnych o skomplikowanej geometrii. Dodatkowo opisujemy wyniki ocen mechanicznych i histologicznych przeprowadzonych na zmodyfikowanych tkankach serca wytworzonych tą techniką.

Specjalnie zaprojektowane formy do kultur tkankowych od mistrzów trawionych laserowo

Przedstawiono protokół wytwarzania wkładek do formowania wtryskowego dla złożonej geometrii z mikrocechami na powierzchniach wykorzystujących Additive Manufacturing (AM).

Miękki łańcuch procesów narzędziowych do formowania wtryskowego komponentu 3D z mikrofilarami

Przedstawiony tutaj protokół umożliwia zautomatyzowane wytwarzanie mikrowzorów, które standaryzują kształt komórki, do badania struktur cytoszkieletu w komórkach ssaków. Ta przyjazna dla użytkownika technika może być skonfigurowana z dostępnymi na rynku systemami obrazowania i nie wymaga specjalistycznego sprzętu niedostępnego dla standardowych laboratoriów biologii komórki.

Kontrola geometrii komórki za pomocą mikromodelowania wspomaganego laserem w podczerwieni

Mikrofluidyka to potężne narzędzie do tworzenia testów diagnostycznych. Jednak często wymagany jest drogi sprzęt i materiały, a także pracochłonne techniki wytwarzania i obsługi. W tym miejscu szczegółowo opisujemy protokół wytwarzania akrylowego urządzenia mikroprzepływowego do magnetycznych testów immunologicznych opartych na mikro- i nanocząsteczkach w tanich i prostych w użyciu.

Mikromielenie mikroprzepływowe urządzenia akrylowego sterowane numerycznie z ograniczeniem naprzemiennym dla testów immunologicznych opartych na nanocząstkach magnetycznych

Ten protokół opisuje wytwarzanie wszczepialnego, zintegrowanego okna obrazowania za pomocą laserowego druku 3D. Okno składa się z systemu mikrosoczewek sprzężonych z mikrorusztowaniami. Metoda polega na polimeryzacji dwufotonowej (2PP) biokompatybilnego fotorezystu SZ2080 w ciągłej sekwencji, optymalizując wydajność produkcji i wyrównanie między różnymi komponentami.

Mikrofabrykacja wszczepialnej optyki zintegrowanej z mikrostrukturalnym oknem obrazowania w celu zaawansowanego obrazowania in vivo

Interferometria pod mikroskopem światła białego to optyczna, bezkontaktowa i szybka metoda pomiaru topografii powierzchni. Pokazano, w jaki sposób metoda może być zastosowana do analizy zużycia mechanicznego, w której analizowane są blizny po zużyciu w próbkach badań tribologicznych; oraz w materiałoznawstwie w celu określenia objętości i głębokości rozpylania wiązką jonów lub ablacji laserowej.

Charakterystyka modyfikacji powierzchni za pomocą interferometrii światła białego: zastosowania w rozpylaniu jonowym, ablacji laserowej i eksperymentach tribologicznych

Poznaj metodę mikroobróbki laserowej powierzchni elastomerów magnetoaktywnych umożliwiającą szybkie prototypowanie struktur. Technika pozwala tworzyć pochyłe struktury niemożliwe do uzyskania innymi metodami.

Mikroobróbka laserowa do projektowania topografii powierzchni polimerów

Przeglądaj więcej filmów