Fabricação e Visualização de Pontes Capilares em Geometria de Poros Cortados

O objetivo geral deste procedimento é formar e criar imagens de pontes capilares em geometria pobre em fenda. Isso é feito primeiro fazendo substratos de pilares PDMS longos e elevados usando moldes fotolitográficos padrão. O segundo passo é funcionalizar o topo dos pilares para introduzir um contraste de umedecimento entre o topo e as laterais usando litografia de transferência de impressão e monocamadas automontadas.

Em seguida, os dois pilares são colocados um de frente para o outro em um dispositivo de micro estágio de quatro eixos. Os graus de liberdade de translação e rotação permitem que o investigador alinhe adequadamente os dois pilares de frente e controle a separação entre os pilares durante o experimento. A etapa final é introduzir líquido entre os dois pilares elevados e obter imagens da ponte capilar resultante com a câmera CCD.

À medida que a altura da concretagem da fenda mudou, em última análise, a mudança na morfologia da ponte líquida à medida que a altura da concretagem da fenda é aumentada, é usada para mostrar que a pressão lalo da ponte líquida muda o sinal de atraente para repulsivo à medida que a altura da concretagem da fenda aumenta. Embora este método possa fornecer informações sobre a compreensão das características do fenômeno de umedecimento parcialmente fixado. Também pode ser aplicado a problemas como design de flip chip, recuperação de óleo em materiais porosos e adesão bioinspirada.

Antes de iniciar este procedimento, limpe um wafer de silício de quatro polegadas com solução piha seguindo este Spinco SU oito 2002 na superfície da água por 40 segundos a 500 RPM. Em seguida, Spinco SU 8 20 50, no wafer com um programa codificador de rotação de duas etapas por 40 segundos a 500 RPM, seguido de um minuto a 1500 RPM. Depois que o wafer revestido por rotação estiver seco, coloque uma máscara de transparência sobre ele, coloque-o sob uma lâmpada ultravioleta e exponha-o por 30 segundos a 200 watts.

Depois de secar o wafer em uma placa quente a 95 graus Celsius, coloque-o na solução do revelador SU oito e agite levemente até que todo o SU oito não exposto tenha sido removido. Em seguida, enxágue o wafer em uma corrente de álcool isopropílico por 30 segundos e seque-o com nitrogênio. Neste ponto, misture vigorosamente uma proporção de massa de 10 para um de proteção PDMS, 180 4 base para agente de cura em um béquer usando uma haste de agitação descartável Degas, o PDMS em uma câmara de vácuo até que todas as bolhas desapareçam.

Depois de colocar o molde fabricado SU oito em um grande prato Wang de plástico de quatro polegadas, despeje a mistura PDMS sobre ele. Após a desgaseificação do molde e da mistura de PDMS, coloque o prato inteiro no forno a 75 graus Celsius por pelo menos duas horas. Depois que a amostra for resfriada à temperatura ambiente, corte o prato do PDMS e o PDMS do wafer de silício com uma lâmina de barbear.

Em seguida, corte a região do PDMS com os pilares a granel e armazene-a em uma placa de Petri limpa. Depois de evaporar 20 nanômetros de ouro diretamente em um wafer de silício limpo, coloque-o em um reator de plasma e limpe-o usando plasma de oxigênio a uma pressão de 300 milour com uma potência de 50 watts por 10 minutos. Quando terminar, coloque o wafer em uma placa de Petri Pyrex cheia de etanol 200 por pelo menos 10 minutos.

Depois de retirar o wafer do prato, lave-o com etanol e seque-o com nitrogênio. Em seguida, gire uma solução de tolueno MPTS previamente preparada no wafer a 500 RPM por 30 segundos, seguido por 2.750 RPM por um minuto. Depois que o wafer for enxaguado e seco, coloque-o em uma placa de Petri Pyrex que contenha solução de ácido clorídrico 16 milimolar suficiente para submergir totalmente o wafer.

Após pelo menos cinco minutos de submersão, remova o wafer da solução e seque-o com nitrogênio. Em seguida, coloque os pilares PDMS na câmara de plasma e execute o plasma de oxigênio a uma pressão de 300 milhas e uma potência de 50 watts por 30 segundos. Depois de remover os substratos PDMS do reator de plasma, amarre a parte de trás de cada um a uma lâmina de vidro limpa, aplicando uma leve pressão sobre eles.

Vire os substratos PDMS com suporte de vidro e pressione os pilares para baixo nos filmes de ouro funcionalizados MPTS. Uma vez aplicada uma pressão moderada, coloque um peso de aproximadamente 100 gramas na lâmina de vidro para garantir o contato isolante Após pelo menos 12 horas, separe cada substrato PDMS do wafer e use uma lâmina de barbear. Se o substrato PDMS estiver preso, use um microscópio óptico para verificar se o filme de ouro não está rachado ou se não há peças faltando ao longo do pilar.

Em seguida, mergulhe o substrato PDMS em um previamente preparado. Solução milimolar de dimetilsulfóxido de MHA durante, pelo menos, 24 horas. Após enxaguar com água deionizada e secar, colocar o substrato PDMS numa câmara de vácuo com pressão inferior a 100 milour a 25 graus Celsius durante pelo menos 12 horas utilizando substratos de dois pilares.

Coloque um na parte superior e outro nos suportes inferiores do conjunto de micro estágio de quatro eixos. Prenda os substratos usando parafusos de tensão lateral. Neste ponto, monte o dispositivo anexando o substrato superior stage à placa de ensaio de forma que o substrato superior fique aproximadamente acima do substrato inferior.

Diminua a altura entre os dois pilares de frente para cerca de um milímetro usando os botões x, y e rotação. No estágio de substrato inferior. Alinhe as tiras douradas dos dois substratos de forma que fiquem paralelas.

Em seguida, posicione a câmera para olhar para baixo o comprimento do pilar PDMS usando a transmissão da câmera ao vivo na tela do computador, ajuste a posição do substrato inferior para que os pilares fiquem paralelos. Em seguida, mova a câmera para o lado oposto do dispositivo e repita as duas etapas anteriores. Usando a transmissão da câmera ao vivo, diminua a separação entre os dois pilares até que o pilar superior entre em contato com o pilar inferior.

Em seguida, zere o micro estágio digital e aumente a altura dos poros para aproximadamente 200 micrômetros. Monte uma seringa contendo uma solução aquosa de glicerol a 80% na seringa XY, estágio de translação Z com o clamp mecânico. Em seguida, ajuste os micrômetros no estágio de posicionamento da seringa para que a agulha de calibre 30 se encaixe no vazamento de fenda.

Diminua a altura de vazamento da fenda para que as superfícies superior e inferior entrem em contato suavemente com a agulha depois de dispensar lentamente o líquido da seringa para o vazamento da fenda. Use os micrômetros no estágio de posicionamento da seringa para remover a agulha do poro da fenda. O dispositivo experimental pode ser dividido em quatro partes principais.

O estágio do substrato superior, o estágio do substrato inferior, a seringa XY, o estágio de translação Z e a óptica da câmera e o suporte da câmera. Consulte o protocolo de texto para obter detalhes sobre o dispositivo experimental Na transferência do ouro para o substrato PDMS, é importante separar o dispositivo PDMS do wafer de silício. Mostrado de forma suave e cuidadosa Aqui está uma imagem de microscópio do pilar A-P-D-M-S com ouro após uma transferência bem-sucedida retratada.

Aqui está uma imagem que mostra o excesso de folha de ouro do wafer que foi transferido para o pilar devido à má transferência. Para facilitar a transferência do filme de ouro, um aparelho de barbear afiado pode ser usado para erguer suavemente uma borda do pilar PDMS do wafer de silício. Além disso, o substrato PDMS deve ser puxado em uma direção normal à superfície dos wafers para evitar que uma folha de ouro adicional grude na borda do substrato. Mostrado.

Aqui está uma imagem mostrando como rachaduras podem se formar na camada de ouro após a transferência se o substrato PDMS sofrer cisalhamento ou flexão significativa. Uma vez concluído o processo de fabricação, é importante verificar a qualidade da monocamada de MHA testando seu ângulo de contato com a água. Aqui é mostrada uma gota de água líquida em um substrato PDMS dourado após ser funcionalizada com MHA.

O baixo ângulo de contato no PDMS indica que o processo foi bem-sucedido. A inserção mostra uma gota de água líquida colocada em um dos pilares elevados após o procedimento concluído. O ângulo de contato de 140 graus demonstra que a combinação de heterogeneidades físicas e químicas permite que a gota seja fixada nas laterais dos pilares.

Uma vez que os substratos tenham sido fabricados e instalados nos suportes do micro estágio, os canais podem ser preenchidos usando a seringa XY, translação Z O estágio mostrado aqui é um poro de fenda preenchido com uma perspectiva perpendicular à largura do pilar retratado. Aqui está uma perspectiva ortogonal à primeira imagem que é perpendicular ao comprimento do poro da fenda. O processo de enchimento do canal da mesma perspectiva da segunda imagem é mostrado aqui, é fundamental durante a fase de enchimento dispensar o líquido da seringa.

Lentamente, a força de grandes taxas de fluxo repentinas pode prender profundamente o líquido do topo do pilar, fazendo com que ele se espalhe para as regiões hidrofóbicas do PDMS. Se isso acontecer, os substratos devem ser limpos e secos no processo de enchimento repetido. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como formar pilares do PDMS.

Funcionalize-os com monocamadas automontáveis e alinhe-os para formar pontes capilares. Não se esqueça de que trabalhar com piran pode ser extremamente perigoso e precauções como uma capela de trabalho. Os óculos de segurança são um protetor facial.

Um jaleco com luvas completas de neoprene deve ser usado sempre que realizar este procedimento.