Padronização e enxertia induzida por luz para superfícies escorregadias com base em estruturas nanoporosas revestidas de silano

Nossa pesquisa introduz uma técnica baseada em DLP para fabricar SLIPSs de padrão espacial, abordando limitações na obtenção do controle seletivo da disponibilidade. Os principais desafios experimentais incluem fabricar sleeves em métodos geométricos complexos; métodos existentes são demorados, em múltiplas etapas e carecem de alta resolução ou variabilidade seletiva. Para começar, misture a resina de acrilato de poliuretano fotocurável com PEG 200 com uma razão de peso de 50%. Usando um agitador magnético, mexa a mistura a 500 rotações por minuto por cinco minutos.

Dispense a solução mista como gotículas sésseis sobre um filme de polietilenotereftalato. Cubra as gotículas com um filme de etileno propileno fluorado. E aplicar pressão uniforme usando um sistema rolo-pra placa para garantir uma propagação uniforme.

Expõe a resina de acrilato de poliuretano à luz ultravioleta a 365 nanômetros usando um sistema de cura ultravioleta com diodo emissor de luz. Após a polimerização, remova os filmes de etileno propileno fluorados da superfície. Agora mergulhe a amostra curada em água desionizada por uma hora para extrair o PEG 200 não reativo.

Seque a amostra em um forno a 70 graus Celsius por uma hora para remover a água residual e completar a fabricação da superfície nanoporosa. Realizar tratamento com ozônio ultravioleta em 185 e 254 nanômetros para introduzir grupos hidroxila como pré-tratamento para formação de monocamadas auto-montadas. Em seguida, coloque uma placa elétrica dentro de um porta-luvas cheio de nitrogênio.

Posicione um béquer limpo na placa quente e dispense um mililitro de solução OTS como uma gota séssil no fundo. Fixe as amostras de filme PET em lâminas de vidro. Coloque as lâminas viradas para baixo sobre o béquer para iniciar a deposição em fase de vapor do OTS.

Aqueça o setup a 120 graus Celsius por 40 minutos. Agora retire as amostras do porta-luvas. Limpe o béquer usando um lenço sem fiapos para eliminar qualquer OTS residual.

Para enxerto induzido pela luz, realize tratamento com ozônio ultravioleta a 185 e 254 nanômetros na superfície revestida com OTS. Agora aplique 20 microlitros por centímetro quadrado de óleo de silicone 10 centistoke na superfície por deposição de gotículas sésseis. Irradie a amostra por 15 minutos com uma lâmpada ultravioleta de alta intensidade, colocada a 15 centímetros acima da superfície.

Depois, incline a amostra em um ângulo de 30 graus e mantenha a posição por cinco minutos para permitir que o excesso de óleo de silicone escoe da superfície. Para fabricar a estrutura escorregadia do padrão, primeiro, projete as formas desejadas usando software CAD e exporte como arquivos de litografia estereoscópica. Carregue os arquivos em um software de fatiamento e gere imagens de projeção bidimensionais para processamento digital de luz.

Transfira os arquivos para a impressora tridimensional. Coloque o filme revestido com polímero na janela da impressora digital de processamento de luz. Expõe o filme a 365 nanômetros de luz ultravioleta a 180 milijoules por centímetro quadrado com o padrão de projeção digital para curar seletivamente a resina.

Submerga a amostra exposta em água desionizada por uma hora para extrair o PEG 200. Depois, secar a amostra a 70 graus Celsius por uma hora para remover a água residual e completar a estrutura nanoporosa. Realizar tratamento OTS e enxertia induzida pela luz para completar a fabricação das superfícies escorregadias do padrão.

As superfícies nanoporosas fabricadas por separação de fases induzida por polimerização apresentaram uma distribuição dominante de tamanho de poros de 60 a 100 nanômetros. O ângulo de contato estático com a água medido na superfície porosa foi de 84,4 graus. Após a silanização, a superfície tornou-se hidrofóbica, mas um segundo tratamento com ozônio ultravioleta reduziu temporariamente o ângulo de contato.

Essa redução foi revertida pela formação de camadas de pincel do PDMS, que restaurou a hidrofobicidade. O comportamento escorregadio de quatro líquidos representativos: água desionizada, octano, mel e saliva humana artificial foi validado por meio de medições de ângulo de contato, ângulo de deslizamento, velocidade de deslizamento e histerese do ângulo de contato. Medições impressas de largura de linha com a resina PEG, PUA mostraram alta fidelidade no tamanho mínimo da característica de 50 micrômetros, com desvios crescentes em larguras maiores.

Superfícies nanoporosas padronizadas foram fabricadas com designs gráficos e de letras usando processamento digital de luz, incluindo labirinto, engrenagens e logos JoVE. Após todos os tratamentos superficiais e infusão de óleo de silicone, os padrões tornaram-se opticamente transparentes devido à redução do contraste do índice de refração. Medições de transmissância mostraram que superfícies porosas tratadas ultrapassaram 90% de transparência.

Quando água contendo tinta foi aplicada, gotículas migraram seletivamente para regiões hidrofílicas não tratadas, evitando os domínios escorregadios, formando formas líquidas definidas. Descobrimos que, ao fazer uma superfície nanoporosa com enxertia UVU, elas ficam muito escorregadias. A histerese do ângulo de contato é muito pequena, então podemos criar padrões seletivos de gotículas na superfície.

Nosso método usa impressão 3D DLP para que possamos padronizar a superfície em um único passo mais rápido com alta resolução. Também funciona em substrato flexível. Comparado ao processo típico de várias etapas, ele é muito simples e muito rápido.

Como podemos controlar onde a superfície é molhável ou escorregadia, podemos guiar como as gotículas se movem e permanecem em uma superfície. Isso pode ajudar em trabalhos futuros em áreas como transporte direcional de gotículas, dispositivos microfluídicos, revestimentos autolimpantes e até mesmo superfícies de captação de água.