Представлена процедура создания и визуализации капиллярных мостов в геометрии щеле-поры. Создание капиллярных мостов опирается на образование столбов, чтобы обеспечить направленную физическую и химическую неоднородность для того, чтобы закрепить жидкость. Капиллярные мосты образуются и манипулируются с помощью микроступенчат и визуализируются с помощью камеры CCD.
Представлена процедура создания и визуализации капиллярных мостов в геометрии щеле-поры. Высокое соотношение аспектов гидрофобных столбов изготовлены и функционализированы, чтобы сделать их верхние поверхности гидрофильные. Сочетание физической функции (столб) с химической границей (гидрофильная пленка в верхней части столба) обеспечивает как физическую, так и химическую неоднородность, которая связывает тройную линию соприкосновения, необходимую функцию для создания стабильных длинных, но узких капиллярных мостов. Субстраты со столбами прикрепляются к стеклянным слайдам и закреплены в пользовательских держателях. Держатели затем устанавливаются на четыре оси микроступенчат и расположены так, что столбы параллельны и обращены друг к другу. Капиллярные мосты образуются путем введения жидкости в зазор между двумя субстратами после того, как разделение между облицовованиями столбов было сокращено до нескольких сотен микрометров. Пользовательские микроступенчатые затем используется для меняются высоты капиллярного моста. Камера CCD расположена для изображения длины или ширины капиллярного моста для характеристики морфологии жидкого интерфейса. Столбы шириной до 250 мкм и длиной до 70 мм были изготовлены с помощью этого метода, что привело к капиллярных мостов с аспектом отношения (длина / ширина) более 1001.
Изучение формы и в результате силы, вызванные капиллярных мостов был предметом обширныхисследований 2-7. Первоначально большинство усилий было сосредоточено, из-за их простоты, на осиметрических капиллярных мостах. Часто капиллярные мосты, возникающие в естественных системах, таких как найденные в гранулированныхи пористых средствах массовой информации 8,9 и мосты, используемые в технологических приложениях, таких как капиллярная самосвечениев технологиях флип-чипа 10-15, асимметричны с неуниформными смачивающими свойствами на взаимодействующих поверхностях. Сочетание усовершенствованных методов литографии наряду с доступностью простых численных инструментов для моделирования жидких интерфейсов позволяет создавать и моделировать капиллярные мосты с возрастающей сложностью.
Капиллярные мосты в геометрии щели-поры предлагают интересный компромисс: направленные смачивание свойства приводят к неаксисимметрическим мостам, которые сохраняют некоторые плоскости симметрии (что упрощает анализ). Они были изучены теоретически и численно в качестве примера для пористых средств массовой информации. Однако систематические экспериментальные исследования капиллярных мостов в геометрии щеле-поры были ограничены. Здесь мы представляем метод создания и характеристики капиллярных мостов в геометрии щелей поры. Короче говоря, метод состоит из 1) изготовление столбов для создания химической и физической неоднородности, 2) дизайн микроступенчатой для выравнивания и управления мостами, и 3) изображение капиллярных мостов либо спереди или сбоку, чтобы охарактеризовать их морфологии. Характеристика морфологии моста, наряду с сравнением с моделированием поверхностных эволюционаторов, представлена в отдельной публикации1.
Представленный здесь метод позволяет создавать капиллярные мосты в геометрии щелейных пор, а также метод визуализации этих мостов, чтобы их морфологию можно было анализировать и сравнивать с симуляцией и теорией.
Этот метод включает в себя физическое облегчение, а такж?…
The authors have nothing to disclose.
Авторы благодарны за поддержку Национального научного фонда в рамках гранта No. CMMI-00748094 и ONR N000141110629.
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 |