Summary
Protokollen tar sikte på å undersøke samspillet mellom dråper og super-hydrofobe underlag i luften. Dette inkluderer kalibrering av målesystemet og måling av interaksjons styrken på super hydrofobe underlag med forskjellige gitter fraksjoner.
Abstract
Målet med denne utredningen er å undersøke samspillet kraft mellom dråper og super-hydrofobe underlag i luften. Et målesystem basert på en optisk spak metode er utformet. En bistått cantilever brukes som en kraft følsom komponent i målesystemet. For det første er styrken følsomheten til den optiske spaken kalibrert ved hjelp av elektrostatisk kraft, som er det kritiske trinnet i måling av interaksjons kraft. For det andre, tre super-hydrofobe underlag med ulike Grid fraksjoner er utarbeidet med nanopartikler og kobber nett. Til slutt måles interaksjons kreftene mellom dråper og super hydrofobe underlag med forskjellige rutenett brøker av systemet. Denne metoden kan brukes til å måle kraften på skalaen av sub-micronewton med en oppløsning på skalaen av nanonewton. Den grundige studie av kontakt prosessen av dråper og super-hydrofobe strukturer kan bidra til å forbedre produksjonen effektivitet i belegg, film og utskrift. Kraft målings systemet som er utformet i denne utredningen, kan også brukes i andre felt av microforce måling.
Introduction
Kontakten mellom et dråpe og en super-hydrofobe overflate er svært vanlig i dagliglivet og industriell produksjon: vanndråper glir fra overflaten av Lotus Leaf1,2, og en vann strider reiser raskt over vannet3 ,4,5,6. En super-hydrofobe belegg på utsiden overflaten av et skip kan bidra til å redusere korrosjon grad av skipet og redusere motstanden i navigasjon7,8,9,10. Det er stor verdi for industriell produksjon og Bionics forskning i å studere kontakt prosessen mellom en dråpe og en super-hydrofobe overflate.
For å observere spredningen prosessen med dråper på en solid overflate, Biance brukt et høyhastighetskamera for å fotografere kontakt prosessen og fant at varigheten av treghet regime er i hovedsak løst av drop størrelse11. Eddi fotografert kontakt prosessen mellom dråpe og gjennomsiktig plate fra bunnen og siden ved hjelp av en høyhastighetskamera, som omfattende avdekket variasjonen av kontakten radius av tyktflytende dråpe med tid12. Paulsen kombinerte en elektrisk metode med høyhastighetskamera observasjon, og dermed redusere responstiden til 10 NS13,14.
Atomic Force mikroskopi (AFM) har også blitt brukt til å måle samspillet kraft mellom dråpe/boble og solide overflater. Vakarelski brukte en AFM-cantilever til å måle interaksjons kreftene mellom to små bobler (ca. 80-140 μm) i vandig oppløsning under kontrollerte kollisjoner på skalaen av mikrometer til nanometer15. Shi brukt en kombinasjon av AFM og refleksjon interferens kontrast mikroskopi (RICM) å samtidig måle samspillet kraft og den spatiotemporal utviklingen av den tynne vann filmen mellom en luftboble og glimmer overflater av forskjellige hydrofobisiteten 16,17.
Men siden kommersielle utkragning brukes i AFM er for små, laser spot bestrålt på cantilever ville være neddykket av dråper eller bobler. Den AFM har vanskeligheter med å måle samspillet kraft mellom dråper og dråper/underlag i luften.
I denne utredningen er et målesystem basert på en optisk spak metode utformet for å måle interaksjons kraften mellom dråper og super hydrofobe underlag. Styrke følsomheten til den optiske spaken (SOL) kalibreres av elektrostatisk kraft18, og deretter måles interaksjons kreftene mellom dråper og forskjellige super-hydrofobe underlag av målesystemet.
Skjematisk tegning av målesystemet er vist i figur 1. Laser-og posisjons følsom detektor (PSD) utgjør den optiske spaken systemet. En bistått silisium cantilever brukes som en følsom komponent i systemet. Underlaget er festet på nanopositioning z-stadiet, som kan bevege seg i vertikal retning. Når underlaget nærmer seg dråpe, vil interaksjons kraften føre til at cantilever bøyes. Dermed vil plasseringen av laser flekk på PSD endres, og utgangsspenning av PSD vil endre. Utgangsspenningen til PSD Vp er proporsjonal med interaksjons kraften Fi, som vist i EQ. (1).
1
SOL må kalibreres først for å kunne erverve samhandlings styrken. Den elektrostatiske kraften brukes som standard kraft i kalibreringen av SOL. Som vist i figur 2, utgjør cantilever og elektroden en parallell plate kondensator, som kan generere elektrostatisk kraft i vertikal retning. Den elektrostatiske kraft Fes bestemmes av spenningen i DC strømforsyningen Vs, som vist i EQ. (2)19,20,21.
2
der C er kapasitans av parallell platen kondensator, z er forskyvning av cantilever frie enden, og dC/dz kalles kapasitans gradient. Kapasitans kan måles ved kapasitans broen. Det matematiske forholdet mellom C og z kan utstyres med en kvadratisk polynom, som vist i EQ. (3).
3
der Q, P og CT er koeffisienter av kvadratisk sikt, den primære sikt og konstant sikt hhv. Derfor kan den elektrostatiske kraft Fes uttrykkes som EQ. (4).
4
Siden overlapping området av to plater av kondensatoren er svært liten, den elastiske kraften handlet på cantilever kan uttrykkes som EQ. (5), ifølge Hooke ' s lov:
5
der k er stivheten til cantilever.
Når den elastiske kraften og den elektrostatiske kraften som påføres på cantilever er like (f. eks,f i = r), er cantilever i likevekt. EQ. (6) kan utledes fra EQ. (1), (2) og (5):
6
For å redusere usikkerheten ved kalibrerings resultatene brukes en forskjells metode til å beregne SOL. Resultatene av to eksperimenter er tatt som VS1, vP1 og vS2, vP2, og er erstattet i EQ. (6):
7
Transformere likninger og trekke den nedre ligningen fra den øvre ligningen i EQ. (7), er parametrene Q og k eliminert. Deretter blir kalibrerings formelen til SOL oppnådd, som vist i EQ. (8):
8
Når du utfører en serie eksperimenter, tegnes kurven med P (1/vP1-1/VP2) som en koordinere og 2 (1/VS12-1/vS22) som abscissa. Skråningen av kurven er SOL.
Etter å ha innhentet SOL, vil elektroden bli erstattet av forskjellige super-hydrofobe underlag. Interaksjons kreftene mellom dråper og super hydrofobe underlag vil bli målt av systemet vist i figur 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. montering av SOL kalibreringssystemet
- Monter SOL kalibrerings system i henhold til skjematisk diagram vist i figur 2.
- Fest laseren til en støtte, slik at vinkelen mellom laseren og horisontal retning være 45 °.
- Fix PSD til en annen støtte, noe som gjør PSD vinkelrett på laseren. Koble PSD til datainnsamlingsenheten og datainnsamlingsenheten til datamaskinen.
Merk: disse vinklene bestemmes av eksperimentator visuelle måling og trenger ikke være nøyaktig 45 ° eller 90 °. - Fest den bredere enden av cantilever til en Holding enhet mens den andre enden er suspendert. Fest holde enheten til en todimensjonal høypresisjons Forskyvnings fase.
Merk: dimensjonene til cantilever er vist i Figur 3. - Fest plate elektroden til nanopositioning z-stadiet ved en spenn anordning.
Merk: nanopositioning z-stadiet kan føre til at elektroden beveger seg langs z-aksen med en Forskyvnings oppløsning på 1 NM. - Koble den positive Polen på den kapasitive broen med cantilever og den negative Polen med plate elektroden.
- Installer et høyhastighetskamera, der synslinjen er vinkelrett på cantilever.
- Juster posisjonen til plate elektroden, slik at den vertikale avstanden mellom plate elektroden og cantilever er omtrent 100 μm, og overlappings lengden er ca. 0,5 mm.
Merk: disse avstandene kontrolleres av bildebehandling.
2. måling av kapasitans gradient
- Bruk datamaskinen til å kontrollere kapasitans bro for å samle de kapasitans endringene mellom plate elektroden og cantilever i sanntid. Sett samplingsfrekvensen til 0,5 Hz.
- Styr nanopositioning z-stadiet av datamaskinen for å kjøre plate elektroden til trinn oppover med et trinn på 10 μm og et skritt antall 6 og opphold for 10 s etter hver bevegelse.
- Endre bevegelsesretningen for plate elektroden til nedadgående, og gjenta trinn 2,2.
- Bestem forholdet mellom kapasitans og forskyvning av plate elektroden i måle resultatet, og få verdien av P i henhold til EQ. (3).
- Gjenta trinn 2.1 – 2.4 5x og beregne gjennomsnittsverdien P.
3. kalibrering av den optiske spaken
- Koble forbindelsen mellom den kapasitive broen og cantilever/plate elektroden.
- Koble den positive Polen på likestrøm forsyningen med cantilever og den negative Polen med plate elektroden.
- Juster den relative posisjonen mellom laseren, PSD og cantilever for å gjøre laseren reflektert på PSD ved cantilever.
Merk: laserpunktet er en sirkel på ca. 2 mm i diameter. - Kontroller DC strømforsyningen ved datamaskinen for å bruke spenning varierende med tiden på parallell plate kondensator. På samme tid, samle utgangsspenning av PSD i sanntid av data oppkjøpet enheten.
- Angi samplingsfrekvensen for datainnsamlingsenheten til 1 000 Hz.
- Sett den første spenningen i DC strømforsyningen til 0 V og hold i 5 s.
- Øk spenningen med 25 V og hold i 5 s.
- Gjenta trinn 3.4.3 4X til spenningen øker til 125 V.
- Reduser spenningen med 25 V og hold i 5 s.
- Gjenta trinn 3.4.5 4X til spenningen synker til 0 V.
- Bestem forholdet om utgangsspenningen til PSD og DC forsyningsspenningen i måle resultatet, og få verdien av SOL i henhold til EQ. (8).
- Gjenta trinn 3.4 – 3,5 5x og Beregn gjennomsnittsverdien av SOL.
4. utarbeidelse av super-hydrofobe underlag
- Forbered tre sirkulære kobber nett med samme diameter på 3 mm og forskjellige rutenett fraksjoner. Deres rutenett fraksjoner er 46,18%, 51,39% og 58,79% hhv.
Merk: disse kobber nett er kommersielle produkter som ble kjøpt. - Spray nanopartikler på tre kobber nett for å få super-hydrofobe underlag med mikro struktur og hydrofobisiteten.
- Spray base coat på kobber gitter.
- Spray den øverste pelsen på kobber risten når første strøk er tørt.
Merk: nanopartikler er pakket i en kan med en spray hodet. Nanopartikler vil bli sprayet ved å trykke på sprøyte hodet når det brukes.
- Lim kobber nett på siden av sylindere med en diameter på 3 mm for å få en overflate super-hydrofobe struktur med en krumning av 1/3 mm-1.
5. måling av interaksjons kraften mellom dråper og super hydrofobe underlag
- Koble fra tilkoblingen mellom likestrøm forsyningen og cantilever/plate elektroden. Fjern plate elektroden fra nanopositioning z-stadiet.
- Fest en plate støtte til nanopositioning z-Stage.
- Installer et høyhastighetskamera, der synslinjen er vinkelrett på cantilever.
- Suspendere en dråpe på den nedre overflaten av den frie enden av cantilever.
- Plasser en super-hydrofobe struktur med en kontakt vinkel på nesten 180 ° på plate støtte.
- Plasser en 2 μL dråpe på den super-hydrofobe strukturen ved hjelp av en micropipettor.
- Styr nanopositioning z-stadiet ved hjelp av programvare (for eksempel PIMikroMove) for å kjøre slipp verktøyet for å bevege deg oppover.
- I dialogboksen setter du hastigheten til 10 μm/s.
- Klikk på Forward -knappen og slipp verktøyet begynner å bevege seg oppover.
- Klikk Stopp -knappen når slipp verktøyet kontakter med den frie enden av cantilever.
- Opphold for 1 eller 2 s, og deretter kontrollere nanopositioning z-scenen for å drive super-hydrofobe struktur vekk fra cantilever.
Merk: siden silisium cantilever er hydrofile, er dråpe er suspendert på den nedre overflaten av den frie enden av cantilever, danner en halvkuleformet dråpe med en diameter på ca 0,5 mm. - Fjern den super-hydrofobe strukturen med en kontakt vinkel på nesten 180 ° fra plate støtten.
- Plasser super-hydrofobe substrat med et rutenett brøkdel av 46,18% på plate støtte.
- Juster plasseringen av platen støtte, slik at den vertikale avstanden mellom det Super-hydrofobe underlaget og halvkuleformet dråpe være ca 100 μm.
Merk: avstanden kontrolleres av bildebehandling. - Slå på PSD, laser, og høyhastighetskamera.
- Kontroll data oppkjøpet enheten av datamaskinen for å samle utgangsspenning av PSD i sanntid. Sett samplingsfrekvensen til 100 kHz.
- Sett hastigheten til 10 μm/s i programvaren, og klikk deretter på Forward -knappen, slik at super-hydrofobe substrat beveger seg gradvis nærmere dråpe.
- Klikk på Stopp -knappen når det Super-hydrofobe underlaget og dråpe kontakten.
- Sett hastigheten til 10 μm/s i programvaren, og klikk deretter tilbake -knappen for å kjøre super-hydrofobe substrat å bevege seg nedover.
- Klikk på Stopp -knappen når det Super-hydrofobe underlaget er adskilt fra dråpe.
- Tegn kurven av utgangsspenningen av PSD varierende med tiden.
- Gjenta trinn 5.4 – 5.13 med super hydrofobe underlag med rutenett fraksjoner på 51,39% og 58,79%.
- Analysere forholdet mellom samhandlings styrken og rutenettet brøkdel av super-hydrofobe substrat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Forskyvningen av plate elektroden og den tilsvarende kapasitans mellom cantilever og elektroden målt i ett eksperiment, vises i tabell 1. Forholdet mellom kapasitans C og forskyvning z er utstyrt med kvadratisk polynom ved hjelp av Polyfit funksjonen i MATLAB, som vist i Figur 4. Den første ordre koeffisienten P kan fås ved å tilpasse funksjonen. Den endelige verdien av P er 0,2799 pF/mm, som er gjennomsnittet beregnet fra ti eksperimentelle resultater.
Forsyningsspenningen og tilsvarende utgangsspenning for PSD i ett eksperiment er vist i tabell 2. Forholdet mellom utgangsspenningen til PSD vp og forsyningsspenningen Vs er utstyrt med lineær funksjon, som vist i figur 5, der vP1 og vP2 er forskjellene mellom de målte verdiene og Vp0 (den opprinnelige verdien av utgangsspenningen i PSD på Vs= 0). SOL kan fås ved skråningen av kurven i figur 5. Den endelige verdien av SOL er 8,847 ΜN/V, som er gjennomsnittet beregnet fra tolv eksperimentelle resultater.
Kurvene av målte interaksjons krefter mellom dråper og super-hydrofobe underlag varierende med tiden er vist i figur 6. Samhandlings styrkene beregnes av EQ. (1), der Vp er forskjellene mellom de målte utgangs spenninger av PSD og første output spenninger i PSD.
Før punkt A, har underlaget ikke kontaktet med dråpe, slik at samspillet styrken er 0. I stadium AB, er avstanden mellom underlaget og dråpe svært liten. På grunn av påvirkning av aerodynamisk, vil det være en frastøtende kraft mellom underlaget og dråpe, som viser en stigende kurve i figuren. Punkt B er det kritiske punktet der underlaget og dråpe begynner å kontakte. Etter punkt B, blir samspillet kraft mellom dem attraktiv kraft. I stadium F.Kr., tisser gradvis den super-hydrofobe substrat under handlingen av kapillær kraft. Cantilever vil bøye nedover i dette stadiet, viser en synkende kurve i figuren. På punkt C, når systemet likevekt igjen, og cantilever begynner å svinge i likevekt posisjon.
Som vist i figur 6, reduseres interaksjons styrken mellom dråpe og underlaget med økningen av rutenettet brøkdel. Årsaken er at kontakten mellom dråper og super-hydrofobe underlag er en prosess for å frigjøre energi. Hydrofobisiteten av underlaget er positivt korrelert med rutenettet brøkdel. Jo sterkere hydrofobisiteten er, jo mindre energi frigjøres under kontakt, så kontakt styrken er mindre.
Under eksperimentet fant vi at den frastøtende kraften bare eksisterer i kontakt prosessen mellom dråpe og underlaget med et rutenett brøkdel av 46,18%. Med økningen av hydrofobisiteten, reduseres overflate energien av underlaget. Når den frastøtende kraft ikke kan nå oppløsningen av systemet, er det vanskelig å måle den frastøtende kraft.
Styrken av kraften er i en direkte sammenheng med dråpe volum. Et supplerende eksperiment ble utført for å illustrere forholdet mellom samhandlings styrken og dråpe volumet. Tre dråper av forskjellige størrelser ble brukt i kontakt eksperimentet, som vist i figur 7. Volumet av dråpe (a), (b), og (c) er henholdsvis 0,0135 μL, 0,0087 μL og 0,0073 μL. I forsøket, er volumet av dråper målt ved endring av PSD utgangsspenning. Den PSD utgang spenninger før og etter suspensjon av dråpe ved cantilever måles, og deres forskjell Vd multipliseres med SOL for å oppnå alvoret i dråpe. Volum verdien til slipp verktøyet konverteres ved tyngdekraften. Underlaget med et rutenett brøkdel av 51,39% brukes i eksperimenter. Den målte interaksjons kraften mellom de tre dråpene og underlaget er vist i Figur 8. Det er åpenbart at samspillet styrken øker med økningen av dråpe volum.
Figur 1: systemet for interaksjons kraftmåling. Det skjematisk diagram av målesystemet basert på optisk spak metode for å måle samspillet mellom dråper og super-hydrofobe underlag. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: kalibreringssystemet til SOL. Det skjematisk diagram av systemet designet for å kalibrere styrken følsomheten til optiske spaken ved hjelp av elektrostatisk kraft. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: dimensjonene til bistått cantilever. Topp visning og høyde visning av bistått cantilever. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: forholdet mellom kapasitans og forskyvning. Den kvadratiske Polynom montering kurve av kapasitans C og forskyvning z i kalibrering eksperimentet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: forholdet mellom utgangsspenningen til PSD og forsyningsspenningen. Den lineære tilpasnings kurven på P (1/VP1-vP2) og 2 (1/vS12-vS22) ifølge EQ. (8). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6: måle resultatene av interaksjons kraft. Samspillet styrker mellom dråper og super-hydrofobe underlag med ulike Grid fraksjoner i luften. Forskjellige farger representerer ulike rutenett brøker. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7: bilder av tre dråper med forskjellige volumer som brukes i eksperimentet. Volumet av dråper (a), (b), og (c) er henholdsvis 0,0135 μL, 0,0087 μL og 0,0073 μL. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8: interaksjons kraft mellom de tre dråper av forskjellige volumer og underlaget. Forskjellige farger representerer ulike dråper. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Tid (er) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 for alle | 50 for alle | 60 for alle |
| Forskyvning (μm) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 for alle | 50 for alle | 60 for alle |
| Kapasitans (pF) | 2,399 for alle | 2,402 for alle | 2,406 for alle | 2,411 for alle | 2,416 for alle | 2,422 for alle | 2,429 for alle |
| Tid (er) | 70 for alle | 80 for alle | 90 for alle | 100 for alle | 110 for alle | 120 for alle | |
| Forskyvning (μm) | 50 for alle | 40 for alle | 30 | 20 | 10 | 0 | |
| Kapasitans (pF) | 2,422 for alle | 2,416 for alle | 2,411 for alle | 2,407 for alle | 2,403 for alle | 2,400 for alle |
Tabell 1: kalibrerings resultatene av kapasitans gradering. Forskyvning av plate elektroden og tilsvarende kapasitans mellom cantilever og elektroden i ett eksperiment.
| Tid (er) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Forsyningsspenning (V) | 0 | 25 | 50 for alle | 75 for alle | 100 for alle | 125 for alle |
| Utgangsspenning for PSD (V) | -3,5757 til en | -3,5656 til en | -3,5327 til en | -3,4797 til en | -3,3775 til en | -3,1733 til en |
| Tid (er) | 30 | 35 for alle | 40 for alle | 45 for alle | 50 for alle | |
| Forsyningsspenning (V) | 100 for alle | 75 for alle | 50 for alle | 25 | 0 | |
| Utgangsspenning for PSD (V) | -3,3765 til en | -3,4786 til en | -3,5321 til en | -3,5644 til en | -3,5755 til en |
Tabell 2: kalibrerings resultatene til SOL. Forsyningsspenningen og tilsvarende utgangsspenning av PSD i ett eksperiment.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne protokollen er et målesystem basert på optisk spak metoden montert og kalibrert, som er utformet for å måle samspillet kraft mellom dråpene og super-hydrofobe underlag. Blant alle trinnene er det avgjørende å kalibrere SOL ved hjelp av elektrostatisk kraft. Resultatene av kalibrerings eksperimentet bekrefter EQ. (8): P (1/vP1-1/vP2) er proporsjonal med 2 (1/vS12-1/VS22) og gjør det mulig å oppnå verdien av kraft som skal måles gjennom utgangsspenningen av PSD. Gjennom forsøket med å måle interaksjons styrken mellom dråpene og super hydrofobe underlag av forskjellige hydrofobisiteten, avtar samhandlings styrken med økningen av hydrofobe kapasitet, noe som verifiserer forholdet mellom hydrofobisiteten og overflate energien til underlaget.
Kraften målemetode basert på en bistått silisium cantilever er et viktig supplement til de tradisjonelle metodene. Sammenlignet med høyhastighets kameraet metoden, kan den optiske spaken metoden nøyaktig måle kraften på nanonewton skala. AFM er vanligvis brukes til å måle samspillet kraft mellom mikron-skala objekter, mens systemet er utformet i denne utredningen kan brukes på objekter av millimeter-skala i luften. Denne metoden kan brukes til å måle kraften i omfanget av sub-micronewtons, og oppløsningen kan nå omfanget av nanonewtons.
Metoden foreslått for å måle interaksjons kraft i dette papiret er begrenset til et lite Måleområde. En stor kraft vil føre til plastisk deformasjon eller til og med brudd på silisium cantilever, noe som vil føre til feil resultater. I tillegg, fordi prinsippet om dette eksperimentet er å måle samspillet kraft mellom dråpe og underlaget under balansen av den elastiske kraft av cantilever og samspillet kraft, cantilever kan bare måle kvasi-statisk kraft , men ikke dynamisk kraft.
Den grundige studien av kontakt prosessen av dråper og super-hydrofobe strukturer kan hjelpe folk til å forbedre produksjonen effektivitet i belegg, film, utskrift og annen industriell produksjon. Som en generalisert vedheft kraftmåling teknikk, kan underlag i systemet erstattes med underlag laget av andre materialer. For eksempel kan en super-hydrofobe substrat med multi-trinns mikrostrukturen som er laget av PDMS (Polydimethylsiloxan) brukes. Styrken målesystem basert på optiske spaken metoden kan også brukes i andre felt av mikro kraftmåling, for eksempel samspillet kraft under Koalesens av to dråper og samspillet kraft mellom Super-hydrofobe underlag og dråper av ulik overflatespenning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatteren har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne takker Tianjin Natural Science Foundation (no. 18JCQNJC04800), rådgivende Science Fund of State nøkkel laboratorium rådgivende (nr. SKLTKF17B18) og National Natural Science Foundation i Kina (Grant no. 51805367) for deres støtte.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Camera | Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd | digital microscope A1 | Frame rate: 30 frames/sec; Focal distance: 5 mm - 30 mm |
| Capacitive bridge | Andeen-Hagerling | AH2550A | The capacitive bridge is used to measure the capacitance between the cantilever and the plate electrode. |
| Data acquisition device | National Instruments | USB-4431 | The data acquisition device is used to read the output voltage data. |
| DC power supply | Keithley | 2410 | Voltage range: ±5 μV; Accuracy: 0.012% |
| Grid | Electron Microscopy China | AGH100, AGH150, AGH300 | The grid fractions of AGH100, AGH150 and AGH300 are 46.18%, 51.39% and 58.79% respectively |
| Laser | Shenzhen Infrared Laser Technology Co., Ltd. | HW650AD100-10BD | Laser wavelength: 650 nm |
| Nanoparticle | Rust-Oleum | 274232 | NeverWet Multi-Surface Liquid Repelling Treatment is a revolutionary super hydrophobic coating. |
| Nanopositioning z-stage | Physik Instrumente | P622.ZCD | Travel ranges 50 µm to 250 µm (350 µm open loop); Resolution to 0.1 nm; Linearity error only 0.02% |
| Position sensitive detector | Hamamatsu Photonics K.K. | S1880 | The two-dimensional PSD is used to translate optical signals into electrical signals. |
References
- Guo, Z., Liu, W. Biomimic from the superhydrophobic plant leaves in nature: Binary structure and unitary structure. Plant Science. 172 (6), 1103-1112 (2007).
- Koch, K., Bhushan, B., Barthlott, W. Diversity of structure, morphology and wetting of plant surfaces. Soft Matter. 4 (10), 1943-1963 (2008).
- Gao, X., Jiang, L. Biophysics: Water-repellent legs of water striders. Nature. 432 (7013), 36 (2004).
- Yin, W., Zheng, Y. L., Lu, H. Y. Three-dimensional topographies of water surface dimples formed by superhydrophobic water strider legs. Applied Physics Letters. 109 (16), 163701 (2016).
- Zheng, Y., et al. Elegant Shadow Making Tiny Force Visible for Water-Walking Arthropods and Updated Archimedes’ Principle. Langmuir. 32 (41), 10522-10528 (2016).
- Hu, D. L., Chan, B., Bush, J. W. M. The hydrodynamics of water strider locomotion. Nature. 424 (6949), 663-666 (2003).
- Jiang, C. G., Xin, S. C., Wu, C. W. Drag reduction of a miniature boat with superhydrophobic grille bottom. AIP Advances. 1 (3), 032148 (2011).
- Guo, Z., Liang, J., Fang, J., Guo, B., Liu, W. A Novel Approach to the Robust Ti6Al4V-Based Superhydrophobic Surface with Crater-like Structure. Advanced Engineering Materials. 9 (4), 316-321 (2007).
- Guo, Z., Liu, W., Su, B. A stable lotus-leaf-like water-repellent copper. Applied Physics Letters. 92 (6), 063104 (2008).
- Liu, K., Zhang, M., Zhai, J., Wang, J., Jiang, L. Bioinspired construction of Mg-Li alloys surfaces with stable superhydrophobicity and improved corrosion resistance. Applied Physics Letters. 92 (18), 61 (2008).
- Biance, A. L., Clanet, C., Quéré, D. First steps in the spreading of a liquid droplet. Physical Review E Statistical Nonlinear & Soft Matter Physics. 69 (1), 016301 (2004).
- Eddi, A., Winkels, K. G., Snoeijer, J. H. Short time dynamics of viscous drop spreading. Physics of Fluids. 25 (1), 77-177 (2017).
- Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence. Physical Review Letters. 106 (11), 114501 (2011).
- Paulsen, J. D. Approach and coalescence of liquid drops in air. Physical Review E. 88 (6), 063010 (2013).
- Vakarelski, I. U., et al. Bubble colloidal AFM probes formed from ultrasonically generated bubbles. Langmuir. 24 (3), 603-605 (2008).
- Shi, C., et al. Measuring forces and spatiotemporal evolution of thin water films between an air bubble and solid surfaces of different hydrophobicity. ACS Nano. 9 (1), 95-104 (2015).
- Shi, C., Chan, D. Y. C., Liu, Q., Zeng, H. Probing the Hydrophobic Interaction between Air Bubbles and Partially Hydrophobic Surfaces Using Atomic Force Microscopy. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (43), 25000-25008 (2014).
- Chung, K., Shaw, G. A., Pratt, J. R. Accurate noncontact calibration of colloidal probe sensitivities in atomic force microscopy. Review of Scientific Instruments. 80 (6), 930 (2009).
- Zheng, Y., et al. Improving environmental noise suppression for micronewton force sensing based on electrostatic by injecting air damping. Review of Scientific Instruments. 85 (5), 055002 (2014).
- Song, L., et al. Highly sensitive, precise, and traceable measurement of force. Instrumentation Science & Technology. 44 (4), 15 (2016).
- Zheng, Y., et al. The multi-position calibration of the stiffness for atomic-force microscope cantilevers based on vibration. Measurement Science & Technology. 26 (5), 055001 (2012).
