Summary
En procedur för att skapa och avbilda kapillärbroar i slits-porgeometri presenteras. Skapandet av kapillärbroar bygger på bildandet av pelare för att ge en riktad fysisk och kemisk heterogenitet för att fästa vätskan. Kapillärbroar bildas och manipuleras med hjälp av mikrostages och visualiseras med hjälp av en CCD-kamera.
Abstract
En procedur för att skapa och avbilda kapillärbroar i slits-porgeometri presenteras. Hydrofobiska pelare med högt bildförhållande tillverkas och funktionaliseras för att göra deras toppytor hydrofila. Kombinationen av en fysisk funktion (pelaren) med en kemisk gräns (den hydrofila filmen på toppen av pelaren) ger både en fysisk och kemisk heterogenitet som fäster trippelkontaktlinjen, en nödvändig funktion för att skapa stabila långa men smala kapillärbroar. Underlaget med pelarna är fästa på glasrutschbanor och säkras i anpassade hållare. Hållarna monteras sedan på fyraxliga mikrostages och placeras så att pelarna är parallella och vända mot varandra. Kapillärbroarna bildas genom att en vätska förs in i gapet mellan de två substraten när separationen mellan de motstående pelarna har reducerats till några hundra mikrometer. Den anpassade mikrostage används sedan för att variera höjden på kapillärbron. En CCD-kamera är placerad för att avbilda antingen längden eller bredden på kapillärbryggan för att karakterisera morphology av vätskegränssnittet. Pelare med bredder ner till 250 μm och längder upp till 70 mm tillverkades med denna metod, vilket ledde till kapillärbroar med proportioner (längd/bredd) på över 1001.
Introduction
Studien av formen och de resulterande krafterna orsakade av kapillärbroar har varit föremål för omfattande studier2-7. Ursprungligen var de flesta ansträngningar fokuserade, på grund av deras enkelhet, på axisymmetriska kapillärbroar. Ofta kapillärbroar som förekommer i naturliga system, såsom de som finns i granulära och porösa medier8,9 och broar som används i tekniska tillämpningar, till exempel för kapillär självmontering i flipchip-teknik 10-15 är asymmetriska med icke-uniforma våthetsegenskaper på de interagerande ytorna. Kombinationen av förbättrade litografitekniker tillsammans med tillgängligheten av enkla numeriska verktyg för att modellera vätskegränssnitt möjliggör skapande och modellering av kapillärbroar med ökande komplexitet.
Kapillärbroar i slits-porgeometri erbjuder en intressant kompromiss: de riktningsmässiga våthetsegenskaperna leder till icke-xisymmetriska broar som behåller vissa symmetriplan (vilket förenklar analysen). De har studerats teoretiskt och numeriskt som en fallstudie för porösa medier. Systematiska experimentella studier av kapillärbroar i slits-porgeometri har dock begränsats. Här presenterar vi en metod för att skapa och karakterisera kapillärbroar i slitsporgeometri. Kortfattat består metoden av 1) tillverkning av pelare för att skapa en kemisk och fysisk heterogenitet, 2) utformningen av en mikrostage för att justera och manipulera broarna och 3) avbildningen av kapillärbroarna antingen framifrån eller sidorna för att karakterisera deras morfologi. Karakteriseringen av bromorfologin, tillsammans med jämförelser med ytutvecklarsimuleringar, ges i en separat publikation1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokolltexten är uppdelad i tre huvudavsnitt: 1) tillverkningen av PDMS (polydimethylsiloxane) pelare, 2) funktionaliseringen av pelarnas toppar och 3) bildandet och karakteriseringen av kapillärbroarna.
1. Tillverkning av PDMS-pelarna
Det här avsnittet beskriver tillverkningen av PDMS-pelarna med hjälp av stansgjutning med en silikon / SU-8-mögel.
-
Tillverkning av kisel/SU-8 mögel
- Placera en ren 4 i kiselskiva i en Pyrex Petri-maträtt.
- Förbered en 4:1 (i volym) svavelsyra till väteperoxidlösning (piranha) i en separat bägare.
Obs: Det krävs stor försiktighet vid beredning och användning av pirayalösningen. Reaktionen är mycket exoterm och isolerade handskar kommer att krävas för att hantera bägare. Piranha reagerar våldsamt med organiska ämnen. Låt pirayalösningen svalna till rumstemperatur innan du kasserar. Förbered bara tillräckligt med lösning som krävs för att dränka skivan i skålen. - Häll pirayalösningen långsamt på kiselskivan tills den är helt nedsänkt. Låt sitta i 15 minuter.
- Ta bort skivan från Petri-skålen och skölj under en ström av: avjoniserat (DI) vatten i 2 min, etanol i 30 sek, aceton i 30 sekunder och blås sedan torrt med kväve.
Obs: Om rester från aceton är ett problem rekommenderas ytterligare en sköljning med IPA - Torka skivan på en kokplatta vid 150 °C i 15 min.
- Ta bort från värmeplattan och låt svalna till rumstemperatur.
- Snurra kappan SU-8 2002 på skivans yta i 40 sekunder vid 500 varv/min.
- Snurra kappan SU-8 2050 på skivan med ett tvåstegs spincoaterprogram. Steg 1: 40 sek vid 500 varv/min. Steg 2: 1 min vid 1 500 varv/min.
- Ta bort skivan från spincoatern och placera den på en förvärmd värmeplatta (65 °C) i 10 minuter.
- Låt svalna till rumstemperatur och placera sedan masken över wafer.
- Placera under ultraviolett lampa och exponera i 30 sek vid 200 watt.
- Ta bort masken och placera skivan på en förvärmd värmeplatta (95 °C) i 10 minuter.
- Placera i SU-8 Developer-lösning och agitera lätt tills alla oexponerade SU-8 har tagits bort. Skölj sedan i en ström av isopropylalkohol i 30 sekunder, blås torrt med kväve.
- Placera på en förvärmd värmeplatta (95 °C) i 30 minuter för en slutlig hårdbak.
-
Pressgjutning av PDMS-pelare
- Blanda kraftigt ett 10:1-massförhållande mellan PDMS sylgard-184-bas och härdningsmedel i bägare.
- Avgas PDMS i en vakuumkammare tills alla bubblor är borta.
- Placera formen som tillverkas i avsnitt 1.1 i en stor 4 i plastvägningsform och häll PDMS.
- Placera skålen med PDMS och forma tillbaka till vakuumkammaren. Degas igen tills alla bubblor är borta.
- Placera hela skålen i en ugn (förvärmd till 75 °C) i minst 2 timmar. Låt sedan svalna till rumstemperatur.
- Skär bort skålen från PDMS och PDMS från kiselskivan med ett rakt rakblad.
- Klipp ut PDMS-regionen med pelarna från bulken och förvara i en ren Petri-skål.
2. Funktionalisering av pelarnas toppar
Denna trestegsprocess innebär först avdunstning av en guldfilm på en kiselskiva, följt av avtrycksöverföring litografi16 av guldfilmen på PDMS-pelarna (fabricerad i avsnitt 1), och slutligen funktionaliseringen av guldfilmen med ett självmonterat monoskikt för att göra den hydrofil.
- Tillverkning av guld på kiselplattor för trycköverföring litografi
- Använd en glasskärare för att tärna en 4 i cirkulär kiselskiva i 4 lika stora bitar. Wafers kan rengöras med steg 1.1.2-1.1.4 och återanvändas.
- Avdunsta 20 nm guld direkt på kiselskivan.
- Lämna skivan i avdunstningskammaren (eller i en desiccator) tills avsnitt 3 nedan är klar. Detta kommer att hålla skivan så ren som möjligt.
- Bered en 8 μl:20 ml(3-mercaptopropyl)-trimetoxisilan (MPTS) : toluenlösning i en ren glasflaska.
- Bered 200 ml 16 mM saltsyra (HCl) i en ren bägare.
- Lägg skivan med guldfilm i plasmareaktorn.
- Rengör skivan med syreplasma vid ett tryck av 300 mTorr, effekt på 50 W i 10 min.
Obs: För denna procedur användes en hemmabyggd plasmareaktor. - Lägg skivan i en Pyrex Petri-maträtt full med 200-korrekt etanol i minst 10 minuter.
Obs: Detta steg görs för att ta bort eventuella instabila oxider som bildas på guldet på grund av syreplasman. - Skölj skivan med etanol och blås sedan torrt med kväve.
- Snurra beläggning MPTS-lösningen på skivan vid 500 varv/min i 30 sekunder följt av 2 750 varv/min i 1 minut.
MPTS används som ett vidhäftningslager mellan PDMS ochguldskiktet 16. - Ta bort skivan från spincoatern och skölj under en ström av etanol. Skölj sedan med DI-vatten och blås torrt med kväve.
Obs: Skölj försiktigt för att undvika skalning av guldskiktet från kiselskivan. - Placera skivan i en Pyrex Petri-skål som innehåller tillräckligt med 16 mM HCl-lösning för att helt sänk ner skivan. Lämna i HCl i minst 5 min.
Obs: Placera försiktigt i lösningen för att förhindra att guldet flagnar av.
Obs: Detta görs för att förbättra vidhäftningen mellan PDMS och guldskikt16. - Ta bort skivan från HCl-lösningen och föna torrt med kväve.
Obs: plattor bör användas högst 15-20 min efter att detta steg är klart.
- Avtryck överföring litografi av guldet från wafer till PDMS pelare
- Förbered en 25 mm x 75 mm glasrutschbana för varje PDMS-prov genom att skölja den med etanol, DI-vatten och föna med kväve.
- Placera PDMS-pelare i plasmakammaren och utför syreplasma vid ett tryck på 300 mTorr och en effekt på 50 W i 30 sekunder.
Obs: överexponering av PDMS till syreplasman kommer att orsaka sprickbildning. Justera plasmaförhållandena i enlighet därmed. - Bind baksidan av PDMS-substraten till de rena glasrutschbanorna genom att trycka lätt på dem. Glasrutschbanan underlättar manipuleringar av PDMS-pelarna och montering på enheten som beskrivs i steg 3.
- Vänd de glasbaserade PDMS-substraten och tryck ner pelarna på mpts-funktionaliserade guldfilmer (steg 2.1). Applicera måttligt tryck inledningsvis och lägg sedan en vikt (ca 100 g) på glasrutschbanan för att säkerställa konform kontakt.
- Låt substratet vara i kontakt med kiselskivan i minst 12 timmar.
- Separera PDMS-substratet från skivan. Om PDMS-substratet sitter fast, använd ett rakt rakblad för att försiktigt bända en kant av PDMS från skivan.
- Vid denna tidpunkt bör en enhetlig guldfilm finnas på toppen av PDMS-pelarna. Använd ett optiskt mikroskop för att verifiera att guldfilmen inte är sprucken eller att det inte saknas några delar längs pelaren.
- Funktionalisering av guldet på toppen av PDMS-pelarna
- Förbered tillräckligt med 1 mM mercaptohexadekansyra (MHA) i dimetylsulfoxid (DMSO) för att helt dränka guldet ovanpå PDMS-pelarna.
Obs: DMSO används för dess låga PDMS svullnadsfaktor17. - Placera PDMS-substraten i MHA-lösningen och förvara dem där i minst 24 timmar.
- Ta bort substratet från MHA-lösningen och skölj med DI-vatten och blås sedan torrt med kväve.
- Placera i vakuumkammare (tryck < 100 mTorr vid 25 °C) i minst 12 timmar.
- Förbered tillräckligt med 1 mM mercaptohexadekansyra (MHA) i dimetylsulfoxid (DMSO) för att helt dränka guldet ovanpå PDMS-pelarna.
Obs: För att verifiera att funktionaliseringsprocessen lyckades kan steg 2 utföras på en bulkbit PDMS (utan pelare) och våtningsvinkeln kan testas i en goniometer. MHA-guldfilmerna bör ha framryckande och avslutande vattenkontaktvinklar på < 15° respektive ~ 0 °. 18 (på 8)
3. Bildandet och karakteriseringen av kapillärbroarna
I det här avsnittet beskrivs hur en flytande bro kan introduceras mellan två substrat följt av dess karakterisering via bildbehandling på olika höjder och vätskevolymer.
- Använd två pelarsubstrat (tillverkade i steg 1-2), placera ett i toppen och ett i bottenhållarna. Säkra underlaget med hjälp av sidospänningsskruvar.
Se figur 1 och representativa resultat för enhetsinformation. - Montera enheten genom att fästa det övre substratsteget på brödskivan så att det övre substratet är ungefär ovanför det nedre substratet. Minska höjden mellan de två motstående pelarna till ca 1 mm.
- Grov justering: Med hjälp av x-, y- och rotationsknapparna på det nedre substratsteget justera (med ögat) guldremsorna för de två substraten så att de är parallella (tittar uppifrån och ner genom det övre substratet).
- Finjustering: Placera kameran för att titta ner på längden på PDMS-pelaren. Använd livekamerans matning på datorskärmen och justera sedan positionen för det nedre substratet så att pelarna är parallella.
- Flytta kameran till motsatt sida av enheten och upprepa steg 3.4.
- Minska separationen mellan de två pelarna tills den övre pelaren kommer i kontakt med den nedre pelaren (med hjälp av levande kameramatning). Nollställ den digitala mikroscenen. Detta definieras som en porhöjd på noll.
- Öka porhöjden till cirka 200 μm.
- Förbered en spruta med 1-5 μl av en 80% glycerol, 20% vattenlösning. Fäst en 30 G nål i änden av sprutan och se till att inga luftbubblor fastnar i nålen.
Obs: Vatten/glycerolblandningen används för att minska avdunstning under försöket. Vatten kan också användas. - Montera sprutan på sprutans xyz översättningssteg med en mekanisk klämma.
- Justera mikrometrarna på sprutpositioneringssteget så att nålen passar in i slitsporen (parallellt med pelarnas längd).
- Minska slitsens porhöjd så att de övre och nedre ytorna försiktigt kommer i kontakt med nålen. Detta kommer att se till att vätskan kommer att röra båda ytorna och spontant bilda en kapillärbro.
- Häll långsamt ut vätskan från sprutan i slitsporen.
- Använd mikrometrarna på sprutans positioneringssteg för att ta bort nålen från slitsporen.
Obs: Vid denna tidpunkt kan slitsens höjd varieras och vätskebryggan avbildas.
Bilderna kan analyseras med open source-programvarupaketet ImageJ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Beskrivning av den experimentella produkten
Den experimentella enheten kan delas upp i fyra huvuddelar: 1) det övre substratsteget, 2) det nedre substratstadiet, 3) sprutan/ sprutan xyz-översättningssteg och 4) kameran / optiken och kamerahållaren. Detaljerna i varje följer:
- Översta substratstadiet. Ett digitalt översättningssteg är fastsatt på en P-serie monteringsklämma via en anpassad bearbetad anslutningsdel. Monteringsklämman är ansluten till en P-stolpe med variabel höjd, som är förankrad på en brödbräda via en P-serie klämpffel. Ett anpassat anslutningsstycke fästs på en anpassad bearbetad glasreglagehållare på översättningsstadiet, vilket ger 1 μm deplacementupplösning i z-riktningen.
- Nedre substratstadiet. En xy linjär översättning med θ-axel rotationssteg är fäst på brödbrädan via 8 inläggsförlängningsstycken. En specialbearbetad substrathållare är fäst på toppen av den xy linjära översättningen med θ-axelns rotationssteg, så att det nedre substratet kan placeras med 10 μm translationell upplösning och roteras med 1° upplösning.
- Spruta/spruta xyz översättningssteg. För xyz-positionering av sprutan som används för att fylla gapet mellan pelarna är en 5 μl spruta med en 30 G-nål fäst vid ett xy översättningssteg. Xy-scenen fästs sedan på ett z-översättningssteg via ett 90° anslutningsstycke.
- Kamera/optik och kamerahållare. För avbildning av de flytande broarna är en CCD-kamera ansluten till en variabel zoomoptikbit. Vid maximal zoom ger detta en upplösning på 3,3 μm/pixel. Kameran är fäst vid ett laboratoriesaxuttag, som kan placeras för att avbilda vätskebryggan från olika vinklar.
Överföring av Au-folie till PDMS-pelare
Vid överföring av guldet till PDMS-substratet är det viktigt att separera PDMS-enheten från kiselskivan smidigt och noggrant (se steg 2.2.6). Figur 3a visar en mikroskopbild av en PDMS-pelare med guld efter en lyckad överföring. Figur 3b visar överskott av guldfolie från skivan som överfördes till pelaren på grund av dålig överföring. För att underlätta överföringen av guldfilmen kan en vass rakhyvel användas för att försiktigt bända ena kanten av PDMS-pelaren från kiselskivan. Dessutom bör PDMS-substratet dras i en riktning som är normal till skivans yta (undvik lateral rörelse) för att förhindra att ytterligare guldfolie fastnar på substratets kant. Figur 3c visar hur sprickor kan bildas i guldskiktet efter överföring om PDMS-substratet genomgår betydande sax eller böjning.
Karakterisering av MHA-monoskiktet
När tillverkningsprocessen (steg 2) är klar är det viktigt att verifiera kvaliteten på MHA-monoskiktet genom att testa dess vattenkontaktvinkel. Figur 2 visar en vätskevattendroppe på ett Au/PDMS-substrat efter att ha funktionaliserats med MHA. Den låga kontaktvinkeln på PDMS indikerar att processen lyckades. Insetet i figur 2 visar en vätskevattendroppe placerad på en av de upphöjda pelarna efter det avslutade förfarandet. Kontaktvinkeln 140° visar att kombinationen av fysiska och kemiska heterogeniteter gör att droppen kan fästas på pelarnas sidor.
Visualisering av kapillärbroar
När substraten har tillverkats och installerats i mikrostagehållarna kan kanalerna fyllas med hjälp av sprutan/ sprutan xyz översättningssteg. Figur 4a visar en fylld slits por med ett perspektiv vinkelrätt mot pelarens bredd (ser "ner i pipan" på kanalen). Figur 4b visar ett perspektiv orthogonalt till figur 4a, det vill säga vinkelrätt mot slitsens längd por. Figur 4c visar processen att fylla kanalen från samma perspektiv som figur 4b. Det är viktigt under påfyllningsstadiet att långsamt dela ut vätskan från sprutan. Kraften från plötsliga stora flödeshastigheter kan depina vätskan från toppen av pelaren, vilket gör att den sprids på de hydrofobiska PDMS-regionerna. Om detta händer måste substraten rengöras och torkas och fyllningsprocessen upprepas.
Figur 1. Bild av fullständig experimentell installation. PDMS-substraten hålls på ett varierande avstånd från varandra genom en kombination av x,y,z och rotationssteg. En separat uppsättning mikrostages (längst till höger) håller sprutan för att föra in vätskan i ett smalt mellanrum för att skapa kapillärbron i en slits-porgeometri. En CCD-kamera (bilden till vänster) används för att avbilda de resulterande kapillärbroarna när porseparationen ändras. De resulterande bilderna kan sedan analyseras i bildanalysprogramvaran ImageJ med öppen källkod. Klicka här om du vill visa större bild.
Figur 2. PDMS substrat med 20 nm Au lager funktionellt av en MHA självmonterad monoskikt. Kontaktvinkeln för lågt vatten visar att proceduren lyckades. Inset visar en droppe på en upphöjd funktionaliserad PDMS/Au-pelare. Klicka här om du vill visa större bild.
Figur 3. Upphöjd PDMS-pelare efter överföring av 20 nm Au-skikt. a) Lyckad överföring. b) Rivning på grund av pdms-substratens laterala rörelse under överföringsprocessen. c)Sprickbildning orsakad av böjning av PDMS-substratet under överföringsprocessen. Klicka här om du vill visa större bild.
Figur 4. Bilder av kapillärbroar på pelare i den experimentella enheten. a) Synfält parallellt med pelarens längd. b) Synfält vinkelrätt mot pelarens längd. c) Visar fyllningsprocessen för slitsporen (samma perspektiv som b). Den mindre gradering av linjalen i b) och c) är 500 μm. Klicka här för att se större bild.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoden som presenteras här ger ett sätt att skapa kapillärbroar i slitsporgeometri, och även en metod för att avbilda dessa broar så att deras morfologi kan analyseras och jämföras med simulering och teori.
Denna metod innehåller fysisk lindring samt selektiv kemisk mönstring för att skapa asymmetriska våthetsegenskaper. Om endast en kemisk heterogenitet förekommer, kommer en vätskedroppe att fastna på heterogeniteten tills kontaktvinkeln överstiger den i det mindre våta (nedre ytenergi)området. När PDMS är regionen med lägre ytenergi är de maximala uppnåeliga kontaktvinklarna vid den hydrofila/hydrofobiska gränsen runt 100°. Genom att lägga till en fysisk heterogenitet i form av en pelare kan man lägga till betydligt större vattenkontaktvinklar vid pelarnas kant (>140°), vilket ses i figur 2 (En alternativ metod för att skapa liknande substrat presenteras av Ferraro m.fl. 19). Högre kontaktvinklar innebär att vätskedroppar eller broar kan begränsas till specifika områden och upprätthålla högre tryck än vad som skulle vara möjligt för en rent kemisk heterogenitet.
Eftersom guldet ovanpå PDMS-pelarna är funktionellt med ett självmonterat monoskikt är olika funktionaliseringar möjliga med olika tiolprekursorer. Förutom att kunna justera höjden på slitsporen möjliggör kombinationen av mikrostages realtidsjustering av både laterala och roterande förskjutningar. Denna funktionalitet skulle göra en sådan anordning idealisk för avbildning av dynamiska kapillärbrosystem, till exempel de som är relevanta för bläckstråle eller gravyrtryck.
Kritiska steg i protokollet
För att uppnå reproducerbara kapillärbromorfologier måste försiktighetsåtgärder vidtas vid beredningen av kemiska och fysiska heterogeniteter. Pelare med en tjockleksgradient leder till till exempel bryggor som ligger i slutet av poren där PDMS är tjockare. Tjockleksgradienter kan uppstå om plastvägningsfatet som håller vätskan PDMS under gjutningssteget inte ligger helt platt. Höjdförändringen längs porens längd kan också leda till en förändring i krökningen av flytande, skeva bilddata. Omfattningen av denna tjockleksvariation kan utvärderas när nollpunkten ställs in i steg 3.6. Lutningen på den övre substrathållaren kan minskas genom att placera en mjuk distans mellan den övre substrathållaren och den substrathållare-z-stegkontaktstycket (några lager maskering eller skumtejp fungerar bra för detta). Genom att variera spänningen på skruvarna som fäster kopplingsstycket på substrathållaren kan lutningen elimineras från systemet.
Det är också viktigt att se till att ingen överskott dmso lämnas på substraten efter 24 timmars DMSO/ MHA blötläggning. Det är möjligt att en liten mängd rest DMSO kan finnas på substratet även efter rigorös sköljning med DI-vatten. Om substraten används vid denna tidpunkt kan överskottet av DMSO läcka in i kapillärbron. Överskott av DMSO kan avdunstas från provet genom att placera det i en vakuumkammare (tryck <100 mTorr, 25 °C) i minst 12 timmar.
Begränsningar av tekniken
En huvudbegränsning av att använda upphöjda pelare för att bilda kapillärbroar med högt bildförhållande blir uppenbar vid avbildning. När porns höjd ändras i konstant volym, avtar vätskan bort från ändarna mot mitten av poren1. Som en följd av detta kan bron bli ur fokus när den avbildar normalt till bredden på remsan. Denna förlust i fokus inträffar när avståndet mellan änden av slitsporen och vätskebryggan överskrider kamerans fältdjup. Det är därför viktigt att använda så kortast möjliga slits porlängder som krävs för ett visst experiment. Fältdjupet kan utökas genom att ändra optik, eller genom att minska förstoringen, men dessa kommer till en kostnad för upplösningen.
Pdms-pelarnas toppar är funktionaliserade för att ha en hög ytenergi (kontaktvinkel med lågt vatten). Som en följd av detta är de mottagliga för kontaminering, som kommer antingen från omgivningen eller vätskan. Våra experiment utfördes i ett renrum (klass 1000) vilket gjorde det möjligt för oss att testa proverna 5-10 gånger innan någon nedbrytning av ytan märktes. Kontaminering leder till att våthetsvinkeln fästs för kontaktledningen parallellt med pelarnas bredd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författare har inget att avslöja.
Acknowledgments
Författarna är tacksamma för stödet från National Science Foundation under Grant No. CMMI-00748094 och 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).
