Summary
En prosedyre for å lage og imaging kapillære broer i slit-pore geometri presenteres. Opprettelsen av kapillære broer er avhengig av dannelsen av søyler for å gi en retningsmessig fysisk og kjemisk heterogenitet for å feste væsken. Kapillære broer dannes og manipuleres ved hjelp av mikrostager og visualiseres ved hjelp av et CCD-kamera.
Abstract
En prosedyre for å lage og imaging kapillære broer i slit-pore geometri presenteres. Hydrofobe søyler med høyt størrelsesforhold er fabrikkert og funksjonalisert for å gjøre toppoverflatene hydrofile. Kombinasjonen av en fysisk funksjon (søylen) med en kjemisk grense (den hydrofile filmen på toppen av søylen) gir både en fysisk og kjemisk heterogenitet som fester trippelkontaktlinjen, en nødvendig funksjon for å skape stabile lange, men smale kapillære broer. Underlagene med søylene er festet til glasssklier og festet til tilpassede holdere. Holderne monteres deretter på fire aksemikrostager og plasseres slik at søylene er parallelle og vender mot hverandre. De kapillære broene dannes ved å introdusere en væske i gapet mellom de to substratene når separasjonen mellom de motstående søylene er redusert til noen hundre mikrometer. Den tilpassede mikrotrinnet brukes deretter til å variere høyden på kapillærbroen. Et CCD-kamera er plassert på bildet enten lengden eller bredden på kapillærbroen for å karakterisere morfologien til væskegrensesnittet. Søyler med bredder ned til 250 μm og lengder opp til 70 mm ble fremstilt med denne metoden, noe som førte til kapillære broer med sideforhold (lengde / bredde) på over 1001.
Introduction
Studien av formen og resulterende krefter forårsaket av kapillære broer har vært gjenstand for omfattende studier2-7. I utgangspunktet var de fleste anstrengelser fokusert, på grunn av deres enkelhet, på aksisymmetriske kapillære broer. Ofte er kapillære broer som forekommer i naturlige systemer, som de som finnes i granulære og porøse medier8,9 og broer ansatt i teknologiske applikasjoner, for eksempel for kapillær selvmontering i flip chip-teknologier10-15 asymmetriske med ikke-enhetlige fuktegenskaper på de interagerende overflatene. Kombinasjonen av forbedrede litografiteknikker sammen med tilgjengeligheten av enkle numeriske verktøy for å modellere væskegrensesnitt gjør det mulig å lage og modellere kapillære broer med økende kompleksitet.
Kapillære broer i slit-pore geometri gir et interessant kompromiss: de retningsbestemte fuktegenskapene fører til nonaxisymmetriske broer som beholder noen symmetriplan (noe som forenkler analysen). De har blitt studert teoretisk og numerisk som en casestudie for porøse medier. Systematiske eksperimentelle studier av kapillære broer i slit-pore geometri har imidlertid vært begrenset. Her presenterer vi en metode for å skape og karakterisere kapillære broer i slit poregeometri. Kort sagt består metoden av 1) fabrikasjonen av søyler for å skape en kjemisk og fysisk heterogenitet, 2) utformingen av et mikrotrinn for å justere og manipulere broene, og 3) avbildningen av kapillærbroene enten fra forsiden eller sidene for å karakterisere deres morfologi. Karakteriseringen av bromorfologien, sammen med sammenligninger med overflateutviklingssimuleringer, er gitt i en egen publikasjon1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollteksten er delt opp i tre hoveddeler: 1) fabrikasjonen av PDMS (polydimetylsiloksan) søyler, 2) funksjonaliseringen av toppene på søylene, og 3) dannelsen og karakteriseringen av kapillærbroene.
1. Fabrikasjon av PDMS-søylene
Denne delen beskriver fabrikasjonen av PDMS-søylene ved hjelp av støping med en silisium / SU-8 mugg.
-
Fabrikasjon av silisium / SU-8 mugg
- Legg en ren 4 i silisiumskive i en Pyrex Petri-tallerken.
- Forbered en 4:1 (etter volum) svovelsyre til hydrogenperoksid (piranha) oppløsning i et separat beger.
Merk: Det er nødvendig med ekstrem forsiktighet ved tilberedning og bruk av piranha-løsningen. Reaksjonen er svært eksotermisk og isolerte hansker vil være nødvendig for å håndtere beger. Piranha reagerer voldsomt med organiske stoffer. La piranha-oppløsningen avkjøles til romtemperatur før avhending. Bare forbered nok løsning som kreves for å senke skiven i parabolen. - Hell piranhaoppløsningen langsomt på silisiumskiven til den er helt nedsenket. La sitte i 15 min.
- Fjern skiven fra Petri-parabolen og skyll under en strøm av: deionisert (DI) vann i 2 min, etanol i 30 sek, aceton i 30 sek, og blås deretter tørt med nitrogen.
Merk: Hvis rester fra aceton er et problem, anbefales en ekstra skylling med IPA - Tørk skiven på en varm plate ved 150 °C i 15 minutter.
- Fjern fra varmeplaten og la avkjøles til romtemperatur.
- Spinn frakk SU-8 2002 på overflaten av skiven i 40 sek ved 500 rpm.
- Spinn frakk SU-8 2050 på skiven med et to-trinns spinnfrakkprogram. Trinn 1: 40 sek ved 500 rpm. Trinn 2: 1 min ved 1500 rpm.
- Fjern skiven fra spinnfrakkeren og legg den på en forvarmet kokeplate (65 °C) i 10 minutter.
- La avkjøles til romtemperatur, og plasser deretter masken over wafer.
- Plasser under ultrafiolett lampe og eksponer i 30 sek ved 200 watt.
- Fjern masken og legg skiven på en forvarmet kokeplate (95 °C) i 10 minutter.
- Plasser i SU-8 Utviklerløsning og rør lett til alle ueksponerte SU-8 er fjernet. Skyll deretter i en strøm av isopropylalkohol i 30 sek, blås tørt med nitrogen.
- Plasser på en forvarmet kokeplate (95 °C) i 30 minutter for en siste hardbake.
-
Die støping av PDMS søyler
- Bland kraftig et 10:1 masseforhold mellom PDMS sylgard-184 base og herdemiddel i beger.
- Degas PDMS i et vakuumkammer til alle bobler er borte.
- Legg formen fremstilt i avsnitt 1.1 i en stor 4 i plastveiefat og hell PDMS.
- Plasser fatet med PDMS og mugg tilbake i vakuumkammeret. Degas igjen til alle bobler er borte.
- Legg hele retten i en ovn (forvarmet til 75 °C) i minst 2 timer. La deretter avkjøles til romtemperatur.
- Skjær bort fatet fra PDMS, og PDMS fra silisiumskiven med et rett barberblad.
- Klipp ut PDMS-regionen med søylene fra bulken og lagre i en ren Petri-tallerken.
2. Funksjonalisering av toppene på søylene
Denne tretrinnsprosessen innebærer først fordampning av en gullfilm på en silisiumskive, etterfulgt av avtrykksoverføringslitografi16 av gullfilmen på PDMS-søylene (fremstilt i seksjon 1), og til slutt funksjonaliseringen av gullfilmen med en selvmontert monolayer for å gjøre den hydrofil.
- Fabrikasjon av gull på silisiumskiver for avtrykk overføring litografi
- Bruk en glasskutter til å terninger en 4 i sirkulær silisiumskive i 4 like store stykker. Merk: Skivene kan rengjøres ved hjelp av trinn 1.1.2-1.1.4 og brukes på nytt.
- Fordamp 20 nm gull direkte på silisiumskiven.
- La skiven stå i fordampningskammeret (eller i en tørkeapparat) til avsnitt 3 nedenfor er fullført. Dette vil holde skiven så ren som mulig.
- Forbered en 8 μl:20 ml(3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane (MPTS) : toluenoppløsning i et rent hetteglass.
- Forbered 200 ml 16 mM saltsyre (HCl) i et rent beger.
- Sett waferen med gullfilm inn i plasmareaktoren.
- Rengjør skiven med oksygenplasma med et trykk på 300 mTorr, effekt på 50 W i 10 minutter.
Merk: For denne prosedyren ble det brukt en hjemmebygd plasmareaktor. - Legg skiven i en Pyrex Petri-tallerken full av 200 bevis etanol i minst 10 minutter.
Merk: Dette trinnet er gjort for å fjerne eventuelle ustabile oksider som dannes på gullet på grunn av oksygenplasmaet. - Skyll skiven med etanol, og blås deretter tørr med nitrogen.
- Spin frakk MPTS-løsningen på waferen ved 500 rpm i 30 sek etterfulgt av 2,750 rpm i 1 min.
Merk: MPTS brukes som et vedheftslag mellom PDMS og gulllag16. - Ta skiven av spin coater og skyll under en strøm av etanol. Skyll deretter med DI-vann og blås tørt med nitrogen.
Merk: Skyll forsiktig for å unngå peeling av gulllaget fra silisiumskiven. - Legg skiven i en Pyrex Petri-tallerken som inneholder nok 16 mM HCl-oppløsning til å senke skiven helt ned. La i HCl i minst 5 min.
Merk: Plasser forsiktig i løsningen for å hindre at gullet skreller av.
Merk: Dette gjøres for å forbedre vedheftet mellom PDMS og gulllaget16. - Fjern skiven fra HCl-oppløsningen og blås tørt med nitrogen.
Merk: Wafers bør ikke brukes mer enn 15-20 min etter at dette trinnet er fullført.
- Imprint overføring litografi av gullet fra wafer til PDMS søyler
- Forbered en glasssklie på 25 mm x 75 mm for hver PDMS-prøve ved å skylle den med etanol, DI-vann og blås tørt med nitrogen.
- Plasser PDMS-søyler i plasmakammeret og utfør oksygenplasma med et trykk på 300 mTorr og effekt på 50 W i 30 sek.
Merk: Overeksponering av PDMS til oksygenplasma vil forårsake sprekker. Juster plasmaforholdene tilsvarende. - Bind baksiden av PDMS-substratene til de rene glasssklier ved å påføre dem lett trykk. Glasssklie gjør det enklere å manipulere PDMS-søylene og monteringen på enheten som er beskrevet i trinn 3.
- Vend de glassstøttede PDMS-substratene og trykk søylene ned på MPTS-funksjonaliserte gullfilmer (trinn 2.1). Påfør moderat trykk i utgangspunktet, og legg deretter en vekt (ca. 100 g) på glasssklie for å sikre konform kontakt.
- La substratet være i kontakt med silisiumskiven i minst 12 timer.
- Skill PDMS-substratet fra skiven. Hvis PDMS-substratet sitter fast, bruker du et rett barberblad for å forsiktig lirke en kant av PDMS av skiven.
- På dette tidspunktet bør en jevn gullfilm være til stede på toppen av PDMS-søylene. Bruk et optisk mikroskop for å bekrefte at gullfilmen ikke er sprukket eller at det ikke mangler noen deler langs søylen.
- Funksjonalisering av gullet på toppen av PDMS-søylene
- Forbered nok 1 mM mercaptohexadecanoic acid (MHA) i dimetylsulfoksid (DMSO) til å senke gullet helt på toppen av PDMS-søylene.
Merk: DMSO brukes til sin lave PDMS hevelse faktor17. - Plasser PDMS-substratene i MHA-løsningen og oppbevar dem der i minst 24 timer.
- Fjern substratet fra MHA-oppløsningen og skyll med DI-vann, og blås deretter tørt med nitrogen.
- Plasser i vakuumkammeret (trykk < 100 mTorr ved 25 °C) i minst 12 timer.
- Forbered nok 1 mM mercaptohexadecanoic acid (MHA) i dimetylsulfoksid (DMSO) til å senke gullet helt på toppen av PDMS-søylene.
Merk: For å bekrefte at funksjonaliseringsprosessen var vellykket, kan trinn 2 utføres på et bulkstykke PDMS (uten søyler) og fuktvinkelen kan testes i et goniometer. MHA-gullfilmene skal ha fremrykkende og tilbaketrukne vannkontaktvinkler på henholdsvis <15° og ~0°. 18
3. Dannelse og karakterisering av kapillærbroene
Denne delen beskriver hvordan en flytende bro kan innføres mellom to substrater etterfulgt av karakterisering via avbildning i forskjellige høyder og væskevolumer.
- Bruk to søylesubstrater (laget i trinn 1-2), plasser en i toppen og en i bunnholderne. Fest underlagene ved hjelp av sidespenneskruer.
Merk: Se figur 1 og representative resultater for enhetsdetaljer. - Monter enheten ved å feste det øverste substratstadiet til brødplaten slik at det øverste substratet er omtrent over det nederste substratet. Reduser høyden mellom de to motstående søylene til ca. 1 mm.
- Grov justering: Ved hjelp av x-, y- og rotasjonsknappene på det nederste underlaget justeres gullstrimlene for de to underlagene slik at de er parallelle (ser ovenfra og ned gjennom det øverste underlaget).
- Finjustering: Plasser kameraet for å se ned på lengden på PDMS-søylen. Bruk live kameramating på dataskjermen, og juster posisjonen til det nederste substratet ytterligere slik at søylene er parallelle.
- Flytt kameraet til motsatt side av enheten, og gjenta trinn 3.4.
- Reduser separasjonen mellom de to søylene til den øverste søylen kommer i kontakt med den nederste søylen (ved hjelp av live kameramating). Nullstill det digitale mikrotrinnet. Dette defineres som en porehøyde på null.
- Øk porehøyden til ca. 200 μm.
- Forbered en sprøyte med 1-5 μl av en 80% glyserol, 20% vannoppløsning. Fest en 30 G kanyle til enden av sprøyten, og pass på at ingen luftbobler setter seg fast inne i nålen.
Merk: Vann/glyserolblandingen brukes til å redusere fordampning under eksperimentet. Vann kan også brukes. - Monter sprøyten på sprøytens xyz-oversettelsestrinn med en mekanisk klemme.
- Juster mikrometerne på sprøyteposisjoneringstrinnet slik at nålen passer inn i spalteporene (parallelt med lengden på søylene).
- Reduser slit porehøyden slik at topp- og bunnflatene forsiktig kommer i kontakt med nålen. Dette vil sørge for at væsken berører begge overflater og spontant danner en kapillærbro.
- Dispenser væsken fra sprøyten langsomt inn i spalteporene.
- Bruk mikrometrene på sprøyteposisjoneringstrinnet for å fjerne nålen fra spalteporene.
Merk: På dette tidspunktet kan høyden på spalteporene varieres og væskebroen avbildet.
Merk: Bildene kan analyseres med open source programvarepakken ImageJ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Beskrivelse av den eksperimentelle enheten
Den eksperimentelle enheten kan deles opp i fire hoveddeler: 1) det øverste substratstadiet, 2) det nederste substratstadiet, 3) sprøyten / sprøyten xyz-oversettelsesstadiet og 4) kameraet / optikken og kameraholderen. Detaljene for hver av dem følger:
- Øverste substratstadium. Et digitalt oversettelsesstadium er festet til en monteringsklemme i P-serien via et spesialbelagt bearbeidet kontaktstykke. Monteringsklemmen er koblet til en P-stift med variabel høyde, som er forankret til et brødbrett via en P-serie klemme gaffel. Et tilpasset tilkoblingsstykke festes til en tilpasset bearbeidet glasssklieholder til oversettelsestrinnet, noe som gir 1 μm forskyvningsoppløsning i z-retningen.
- Nederste substratstadium. En xy lineær oversettelse med θ-akse rotasjon scenen er festet til brødbrettet via 8 post forlengelse stykker. En tilpasset bearbeidet substratholder er festet til toppen av den xy lineære oversettelsen med θ-akserotasjonstrinn, slik at det nederste substratet kan plasseres med 10 μm translasjonsoppløsning og roteres med 1 ° oppløsning.
- Sprøyte/sprøyte xyz oversettelsesstadium. For xyz-posisjonering av sprøyten som brukes til å fylle gapet mellom søylene, er en 5 μl sprøyte med en 30 G nål festet til et xy oversettelsesstadium. XY-trinnet festes deretter til et z-oversettelsestrinn via et 90° koblingsstykke.
- Kamera/optikk og kameraholder. For avbildning av væskebroene er et CCD-kamera festet til et variabelt zoomoptikkstykke. Ved maksimal zoom gir dette en oppløsning på 3,3 μm/piksel. Kameraet er festet til en saksekontakt i laboratoriet, som kan plasseres for å avbilde væskebroen fra forskjellige vinkler.
Overføring av Au-folie til PDMS-søyler
Ved overføring av gullet til PDMS-substratet er det viktig å skille PDMS-enheten fra silisiumskiven jevnt og forsiktig (se trinn 2.2.6). Figur 3a viser et mikroskopbilde av en PDMS-søyle med gull etter en vellykket overføring. Figur 3b viser overflødig gullfolie fra skiven som ble overført til søylen på grunn av dårlig overføring. For å lette overføringen av gullfilmen kan en skarp sikkerhets barberhøvel brukes til å forsiktig lirke en kant av PDMS-søylen fra silisiumskiven. I tillegg bør PDMS-substratet trekkes i en normal retning til waferens overflate (unngå lateral bevegelse) for å forhindre at ekstra gullfolie stikker til kanten av substratet. Figur 3c viser hvordan sprekker kan dannes i gulllaget etter overføring hvis PDMS-substratet gjennomgår betydelig skjær eller bøyning.
Karakterisering av MHA monolayer
Når fabrikasjonsprosessen (trinn 2) er ferdig, er det viktig å verifisere kvaliteten på MHA-monolayeren ved å teste vannkontaktvinkelen. Figur 2 viser et flytende vannfall på et Au/PDMS-substrat etter å ha blitt funksjonalisert med MHA. Den lave kontaktvinkelen på PDMS indikerer at prosessen var vellykket. Innfelt i figur 2 viser et flytende vannfall plassert på en av de hevede søylene etter den fullførte prosedyren. Den 140° kontaktvinkelen viser at kombinasjonen av fysiske og kjemiske heterogeniteter gjør at dråpen kan festes på sidene av søylene.
Visualisering av kapillære broer
Når underlagene er fremstilt og installert i mikrotrinnholderne, kan kanalene fylles med sprøyten/ sprøyten xyz oversettelsesstadium. Figur 4a viser en fylt spaltepor med et perspektiv vinkelrett på bredden på søylen (ser "ned i fatet" på kanalen). Figur 4b viser et perspektiv ortogonalt til figur 4a, det vilt vinkelrett på lengden på spalteporene. Figur 4c viser prosessen med å fylle kanalen fra samme perspektiv som figur 4b. Det er viktig under påfyllingsstadiet å dispensere væsken fra sprøyten sakte. Kraften fra plutselige store strømningshastigheter kan løsne væsken fra toppen av søylen, noe som får den til å spre seg på de hydrofobe PDMS-områdene. Hvis dette skjer, må substratene rengjøres og tørkes og fyllingsprosessen gjentas.
Figur 1. Bilde av fullstendig eksperimentelt oppsett. PDMS-substratene holdes på en variabel avstand fra hverandre, selv om en kombinasjon av x,y,z og rotasjonsstadier. Et eget sett med mikrostager (helt til høyre) holder sprøyten for å introdusere væsken i et smalt gap for å skape kapillærbroen i en slit-pore geometri. Et CCD-kamera (avbildet til venstre) brukes til å avbilde de resulterende kapillære broene etter hvert som poreseparasjonen endres. De resulterende bildene kan deretter analyseres i open source bildeanalyse programvare ImageJ. Klikk her for å vise større bilde.
Figur 2. PDMS substrat med 20 nm Au-lag funksjonalisert av en MHA selvmontert monolayer. Kontaktvinkelen med lavt vann viser at prosedyren var vellykket. Innfelt viser en dråpe på en hevet funksjonalisert PDMS/Au-søyle. Klikk her for å vise større bilde.
Figur 3. Hevet PDMS søyle etter overføring av 20 nm Au lag. a) Vellykket overføring. b) Riving på grunn av sidebevegelse av PDMS-substratet under overføringsprosessen. c) Sprekkdannelse forårsaket av bøyning av PDMS-substratet under overføringsprosessen. Klikk her for å vise større bilde.
Figur 4. Bilder av kapillære broer på søyler i eksperimentell enhet. a) Synsfelt parallelt med lengden på søylen. b) Synsfelt vinkelrett på søylens lengde. c) Viser fyllprosessen til spalteporene (samme perspektiv som b). Den mindre graderingen av linjalen i b) og c) er 500 μm. Klikk her for å vise større bilde.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoden som presenteres her gir en måte å lage kapillære broer i slit pore geometri, og også en metode for å forestille seg disse broene slik at deres morfologi kan analyseres og sammenlignes med simulering og teori.
Denne metoden inkorporerer fysisk lindring samt selektiv kjemisk mønster for å skape asymmetriske fuktegenskaper. Hvis bare en kjemisk heterogenitet er til stede, vil et væskefall forbli festet på heterogeniteten til kontaktvinkelen overstiger den mindre våte (lavere overflateenergi) regionen. Når PDMS er området med lavere overflateenergi, er de maksimale oppnåelige kontaktvinklene ved den hydrofile / hydrofobe grensen rundt 100°. Å legge til en fysisk heterogenitet i form av en søyle gir betydelig større vannkontaktvinkler på kanten av søylene (>140°), som vist i figur 2 (En alternativ metode for å skape lignende substrater presenteres av Ferraro et al. 19). Høyere kontaktvinkler tilsier at væskedråper eller broer kan begrenses til bestemte områder og opprettholde høyere trykk enn det som ville være mulig for en rent kjemisk heterogenitet.
Siden gullet på toppen av PDMS-søylene er funksjonalisert med en selvmontert monolayer, er forskjellige funksjonaliseringer mulig ved hjelp av forskjellige tiolforløpere. Også, i tillegg til å kunne justere høyden på spalteporene, gir kombinasjonen av mikrostager mulighet for sanntidsjustering av både laterale og rotasjonsforskyvninger. Denne funksjonaliteten vil gjøre en slik enhet ideell for avbildning av dynamiske kapillærbrosystemer, for eksempel de som er relevante for blekkstråle- eller gravuretrykk.
Kritiske trinn i protokollen
For å oppnå reproduserbare kapillære bromorfologier må forholdsregler tas ved fremstilling av kjemiske og fysiske heterogeniteter. For eksempel fører søyler med tykkelse gradient til broer som ligger på slutten av poren der PDMS er tykkere. Tykkelsesgradienter kan oppstå hvis plastveiefatet som holder flytende PDMS under støpetrinnet ikke ligger helt flatt. Endringen i høyden langs porens lengde kan også føre til en endring i krumningen i væsken, skjeve bildedata. Omfanget av denne tykkelsesvariasjonen kan evalueres når nullpunktet er angitt i trinn 3.6. Hellingen på den øverste substratholderen kan reduseres ved å plassere en myk avstand mellom den øverste substratholderen og substratholderen-z-trinns kontaktstykket (noen få lag med maskering eller skumbånd fungerer bra for dette). Ved å variere spenningen på skruene som fester koblingsstykket til underlagsholderen, kan hellingen elimineres fra systemet.
Det er også viktig å sikre at det ikke blir igjen overflødig DMSO på underlagene etter 24 timers DMSO/MHA-suge. Det er mulig at en liten mengde gjenværende DMSO kan være til stede på substratet selv etter streng skylling med DI-vann. Hvis substratene brukes på dette tidspunktet, kan overflødig DMSO leach inn i kapillærbroen. Overflødig DMSO kan fordampes fra prøven ved å plassere den i et vakuumkammer (trykk <100 mTorr, 25 °C) i minst 12 timer.
Begrensninger av teknikken
En hovedbegrensning ved bruk av hevede søyler for å danne kapillære broer med høyt størrelsesforhold blir tydelig under avbildning. Når porens høyde endres ved konstant volum, trekker væsken seg bort fra endene mot midten av poren1. Som en konsekvens kan broen komme ut av fokus når man ser normal ut til bredden på stripen. Dette tapet i fokus skjer når avstanden mellom enden av spalteporene og væskebroen overstiger kameraets dybde. Det er derfor viktig å bruke de korteste mulige slit porelengdene som kreves for et gitt eksperiment. Dybdeskarpheten kan utvides ved å endre optikk, eller ved å redusere forstørrelsen, men disse kommer til en kostnad for oppløsningen.
Toppene på PDMS-søylene er funksjonalisert for å ha høy overflateenergi (kontaktvinkel med lite vann). Som en konsekvens er de utsatt for forurensning, som kommer enten fra omgivelsesmiljøet eller væsken. Våre eksperimenter ble utført i et renrom (klasse 1000) som tillot oss å teste prøvene 5-10 ganger før noen nedbrytning av overflaten var merkbar. Forurensning fører til festing av fuktvinkelen for kontaktlinjen parallelt med bredden på stolpene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfattere har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne er takknemlige for støtten fra National Science Foundation under Grant No. CMMI-00748094 og ONR N000141110629.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 99.999% Gold wire | Kurt J. Lesker | EVMAU40040 | |
| Acetone | Pharmco-AAPER | C1107283 | |
| Dimethyl sulfoxide | Fisher | D128-500 | |
| Ethanol (200 proof) | Pharmco-AAPER | 111000200 | |
| Hydrochloric acid | EMD | HX0603-4 | |
| Hydrogen peroxide (30%) | EMD | HX0635-3 | |
| Isopropyl alcohol | Fisher | L-13597 | |
| Mercapto hexadecanoic acid (90%) | Sigma-Aldrich | 448303-1G | |
| Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS) | Gelest | Sim6476-O-100GM | |
| Milli-Q DI water | Millipore | Milli-Q | |
| Nitrogen (gas) | Airgas | UN1066 | |
| Oxygen (gas) | Airgas | UN1072 | |
| Silicon wafers (4 in) | WRS Materials | CC8506 | |
| SU-8 2002 (negative photo resist) | MicroChem | SU82002 | |
| SU-8 2050 (negative photoresist) | MicroChem | SU82050 | |
| SU-8 Developer solution | MicroChem | Y020100 4000L1PE | |
| Sulfuric acid | J.T. Baker | 9681-03 | |
| Poly dimethy sulfoxide (PDMS) | Dow Corning | Sylgard -184 | |
| Toluene | Omnisolv | TX0737-1 |
References
- Broesch, D. J., Frechette, J. From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry. Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).
- Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, A. P. Pendular rings between solids - meniscus properties and capillary force. J. Fluid Mech. 67, 723-742 (1975).
- Rose, W. Volumes and surface areas of pendular rings. J. Appl. Phys. 29, 687-691 (1958).
- Erle, M. A., Dyson, D. C., Morrow, N. R. Liquid bridges between cylinders, in a torus, and between spheres. Aiche J. 17, 115-121 (1971).
- Lambert, P., Chau, A., Delchambre, A., Regnier, S. Comparison between two capillary forces models. Langmuir. 24, 3157-3163 (2008).
- Mason, G., Clark, W. C. Liquid Bridges Between Spheres. Chem. Eng. Sci. 20, 859-866 (1965).
- De Souza, E. J., Brinkmann, M., Mohrdieck, C., Arzt, E. Enhancement of capillary forces by multiple liquid bridges. Langmuir. 24, 8813-8820 (2008).
- Hornbaker, D. J., Albert, R., Albert, I., Barabasi, A. L., Schiffer, P. What keeps sandcastles standing. Nature. 387, 765-765 (1997).
- Scheel, M., et al. Morphological clues to wet granular pile stability. Nat. Mater. 7, 189-193 (2008).
- Mastrangeli, M., Ruythooren, W., Celis, J. -P., Van Hoof, C. Challenges for Capillary Self-Assembly of Microsystems. IEEE T. Compon. Pack. 1, 133-149 (2011).
- Josell, D., Wallace, W. E., Warren, J. A., Wheeler, D., Powell, A. C. Misaligned flip-chip solder joints: Prediction and experimental determination of force-displacement curves. J. Electron. Pack. 124, 227-233 (2002).
- Lin, W., Patra, S. K., Lee, Y. C. Design of Solder Joints for Self-Aligned Optoelectronic Assemblies. IEEE T. Compon. Pack. B. 18, 543-551 (1995).
- Berthier, J., et al. Capillary self-alignment of polygonal chips: a generalization for the shift-restoring force. Microfluid. Nanofluid. 14, 845-858 (2013).
- Lambert, P., Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Degrez, G. Spectral analysis and experimental study of lateral capillary dynamics for flip-chip applications. Microfluid. Nanofluid. 9, 797-807 (2010).
- Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Van Hoof, C., Celis, J. P., Lambert, P. Lateral capillary forces of cylindrical fluid menisci: a comprehensive quasi-static study. J. Micromech. Microeng. 20, 10-1088 (2010).
- Childs, W. R., Nuzzo, R. G. Large-area patterning of coinage-metal thin films using decal transfer lithography. Langmuir. 21, 195-202 (2005).
- Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microfluidic devices. Anal. Chem. 75, 6544-6554 (2003).
- Olivier, G. K., Shin, D., Gilbert, J. B., Monzon, L. A. A., Frechette, J. Supramolecular Ion-Pair Interactions To Control Monolayer Assembly. Langmuir. 25, 2159-2165 (2009).
- Ferraro, D., et al. Morphological Transitions of Droplets Wetting Rectangular Domains. Langmuir. 28, 13919-13923 (1021).
