Summary
Dispone de un protocolo simple para la fabricación de estructuras de hemiwicking de diferentes tamaños, formas y materiales. El protocolo utiliza una combinación de la estampa física, PDMS moldeado y película delgada superficial modificaciones vía común materiales técnicas de deposición.
Abstract
Hemiwicking es un proceso donde un líquido moja una superficie modelada más allá de su longitud normal mojado debido a una combinación de acción capilar y la imbibición. Este fenómeno de adherencia de soldadura es importante en muchos campos técnicos que van desde la fisiología a la ingeniería aeroespacial. Actualmente, varias técnicas existen para la fabricación de estructuras de hemiwicking. Estos métodos convencionales, sin embargo, a menudo son lentos y difíciles de escalar para grandes áreas o son difíciles de personalizar para geometrías de patrones específicos, no homogénea. El protocolo presentado proporciona investigadores con un simple, escalable y rentable método para la fabricación de las superficies micro-patrón hemiwicking. El método fabrica estructuras de drenaje mediante el uso de sello de impresión, polydimethylsiloxane (PDMS) de moldeo y capas de película delgada. El protocolo se demuestra hemiwicking con etanol en matrices de microcolumnas PDMS con un 70 nm aluminio de espesor de capa fina.
Introduction
Recientemente ha habido mayor interés en poder tanto activamente como pasivamente controlar la humectación, evaporación y la mezcla de fluidos. Hemiwicking únicamente textured superficies proporcionan una solución novedosa para técnicas de enfriamiento porque estas superficies con textura actúan como una bomba de fluido (o calor) sin partes móviles. Este movimiento fluido es impulsado por una cascada de eventos de acción capilar asociada a la curvatura dinámica de la fina película líquida. En general, cuando un líquido moja una superficie sólida, una curva delgada-película líquida (es decir, líquido menisco) rápidamente forma. El líquido grueso y el perfil de curvatura evolucionan hasta alcanzar un mínimo de energía libre. Para la referencia, este perfil de adherencia de soldadura dinámica puede decaimiento rápidamente a decenas de nanómetros de espesor dentro de una expansión (líquido de soldadura)-escala de longitud de sólo decenas de micrómetros. Así, esta transición región (película de líquido) puede experimentar cambios significativos en la interfaz de líquido curvatura. La transición región (película delgada) es donde se origina el casi toda la dinámica física y química. En particular, la transición región (película fina) es donde encuentran tasas de evaporación (1) máxima, gradientes de presión (2) dis-Unión y gradientes de presión (3) hidrostática1,2. Como resultado, curva líquido-películas juegan un papel vital en el transporte térmico, separación de fases, inestabilidades del líquido y la mezcla de varios componentes líquidos. Por ejemplo, con respecto a la transferencia de calor, los flujos de calor de pared más alta se han observado en esta región de capa fina altamente curvada, transición3,4,5,6,7.
Recientes estudios de hemiwicking han mostrado que la geometría (por ejemplo, altura, diámetro, etc.) y la colocación de los pilares determinan el perfil frente mojado y la velocidad del líquido pasando por las estructuras8. Como el frente del líquido se evapora la parte final de la última estructura en una matriz, el frente líquido se mantiene a distancia constante y curvatura, el líquido evaporado está siendo reemplazado por el líquido almacenado en el drenaje de estructuras9. Hemiwicking estructuras han utilizado también en tubos de calor y en superficies hirvienda para analizar y mejorar los mecanismos de transferencia de calor diferentes. 10 , 11 , 12.
Uno de los métodos actualmente utilizado para crear estructuras de drenaje es la litografía de impresión térmica13. Este método realiza estampando el diseño deseado en una capa de resistir en una muestra de molde de silicona con un sello de polímero termoplástico, después remueva el sello para mantener las microestructuras. Una vez extraída, la muestra se somete a un ion reactivo grabado proceso para eliminar cualquier exceso resiste capa14,15. Este proceso, sin embargo, puede ser sensible a la temperatura de la fabricación de las estructuras de drenaje e incluye varios pasos que utilizan varias capas para asegurar la exactitud de la absorción de estructuras16. También es el caso de que las técnicas de litografía no son prácticas para la macro-escala de dibujo; mientras que todavía proporcionan una forma para crear un patrón de microestructuras en una superficie, el rendimiento de este procedimiento es mucho menos que ideal para la reproducción a gran escala. Teniendo en cuenta a gran escala, reproducible texturizado, tales como capa spin o inmersión, existe una inherente falta de patrones controlable. Estos métodos crean una matriz aleatoria de microestructuras en la superficie del blanco, pero pueden ampliarse para cubrir áreas mucho más grandes de litografía tradicional técnicas17.
El protocolo que se describen en este informe intenta combinar las fortalezas de textura artesanal, al mismo tiempo eliminando las debilidades específicas de cada uno; define una manera de fabricar estructuras de hemiwicking personalizados de diferentes alturas, formas, orientaciones y materiales a escala macro y con potencial de alto rendimiento. Varios patrones de drenaje pueden ser creados rápidamente con el propósito de optimización de wicking características, tales como el control direccional de la velocidad del fluido, la propagación y la mezcla de diferentes fluidos. El uso de diferentes estructuras de drenaje también puede proporcionar diferentes espesores de película delgada y perfiles de curvatura, que pueden utilizarse para estudiar sistemáticamente el acoplamiento entre el calor y la transferencia de masa con diferentes espesores y curvatura del líquido menisco.
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Protocol
1. crear el mapa de patrones
- Con un editor de gráficos, crear el patrón deseado para las estructuras de hemiwicking representado como una imagen de mapa de bits.
Nota: Algunos de los parámetros de diseño de drenaje (es decir, ángulo gradiente, gradiente de profundidad) pueden ser hechos para ser dependiente en los valores de escala de grises asignados a cada píxel. Estos valores de escala de grises se editan entonces para modificar el parámetro deseado. - Guardar el mapa de bits como un gráfico de red portátiles (.png) y colocar el archivo en una carpeta fácilmente disponible.
2. colocar el plástico de sellado para el moldeado
- Empezar por traducir la broca sellada lejos del espacio de trabajo para evitar cualquier contacto accidental que puede causar la rotura de la punta (+ desplazamientoz , figura 1).
- Fije el plástico sellado molde/oblea a una placa de respaldo de sellado posterior en el x, y etapa de la traducción (ver figura 1). Fije la placa de muestra/apoyo a la x, y motorizados etapa sellada (figura 1)
- Alinee el centro de la oblea/molde del plástico con el sellado eje de la broca sellado. Esto es lograda a través de computarizado ±x y ±y desplazamientos con la etapa de sellado x, y motorizados.
- Traducir la broca sellada hacia el plástico molde/oblea (-z desplazamiento, figura 1) hasta que la broca sellada esté casi en contacto con la superficie del molde/oblea.
3. sellado de la muestra plástica de PDMS de moldeo
- Utilizando el programa computarizado de control sellado, ajuste la distancia entre la broca sellada (tip) y la superficie de plástico molde/oblea.
- Traducir la broca sellada en pequeños incrementos (-desplazamiento de δz , figura 1) hacia la superficie de la muestra hasta que la herramienta está en contacto con el plástico.
Nota: La punta debe sólo ligeramente en contacto con la superficie. - Después del contacto, traducir la broca sellada de la muestra para evitar cualquier posible contacto entre la broca y la muestra durante la posterior traducción (δz ≈ 100 μm).
- Asignar una distancia de pixel (en micrones), profundidad máxima y mínima de la cavidad (en micrones), ángulo máximo y mínimo (en grados), posición inicial de píxeles de x e y del patrón y umbral de pixel para cualquier escala de grises vinculada dibujos para la estampación procedimiento.
- Cargar el mapa de patrones (creado en el paso 1.1) para ser leído por el programa. Basado en la distancia del pixel y el mapa de patrones, las ubicaciones de todos los sellos son enviadas a los motores paso a paso.
- Asegúrese de que el láser de calefacción se concentra en la punta de la broca sellada y solo se activa mientras la broca sellada está en movimiento hacia y en el molde de plástico.
- Para crear las cavidades, introduciendo la broca en el plástico siguiendo el mapa de patrones para lograr el hemiwicking deseada patrón.
- Retire el molde de plástico estampado para la superficie posterior acabado y pulido.
- Pulir la superficie del molde plástico con arena de 9000, más fino papel de lija húmedo/seco.
Nota: Como alternativa, micro malla abrasiva puede utilizarse para asegurar la eliminación de depósitos superficiales causa cráteres alrededor de los pilares en el molde PDMS.
4. crear la moldura de PDMS
- Verter 2 g de elastómero base y 0,2 g del agente endurecedor del elastómero en un vaso y mezcle durante 3 minutos.
- Coloque la mezcla en una cámara de vacío para liberar burbujas de aire atrapados en la mezcla; Este paso puede necesitar ser repetido varias veces.
Nota: Para muestras de diferentes requerimientos de volumen, ajuste la cantidad de agente de curado y base según sea necesario mientras se mantiene una proporción 10:1. - Coloque el molde de plástico estampado en un recipiente de pared, idealmente no mucho más grande que el diámetro externo del molde, para la curación que se produzca.
- Vierta la mezcla PDMS de bolsillos de aire en el plástico sellado y dentro del contenedor. Vierta en una espiral, comenzando desde el centro de la zona de estampado, para intentar distribuir la mezcla PDMS tan igualmente como sea posible.
- Repita el paso 4.2 para cualquier bolsillos de aire que puedan haber quedado de verter la mezcla en el patrón de estampado. Coloque la mezcla de PDMS y la pieza de plástico con diseño estampado sobre una placa caliente y calentar el conjunto a 100 ° C durante 15 minutos. Luego calentar un adicional 25 min a 65 ° C.
- Deje que la mezcla PDMS para refrigerar y curar por 20 min antes de manipularlo.
- Cortar los bordes del plástico de PDMS de la pared del recipiente y retire el plástico PDMS del molde. Almacenar el plástico PDMS en un recipiente cubierto para evitar partículas de polvo que se acumule en la superficie.
5. depositar el Metal de película delgada en el PDMS
- Coloque la muestra PDMS dentro de la cámara de deposición, dejando suficiente espacio para que el obturador se abre y se cierra sin obstrucciones.
- Despresurizar la cámara de deposición al menos 10 mTorr.
- El sistema seco de la bomba y ajustar la velocidad de giro a 75 kRPM. Permita que la cámara llegar a una presión del orden de 10-8 Torr.
Nota: Esto eliminará la mayoría de contaminantes de la cámara; proceso puede tardar hasta 12 horas para completar. - Energía en la nevera y del CC y establecer la potencia 55 w.
- Abra ligeramente la válvula de argón y presurizar la cámara a la orden de 10-3 Torr. Fijar la bomba seca sistema 50 kRPM y espere hasta que se alcanza esta velocidad.
- Reducir la potencia de 35 W y Despresurizar la cámara 13 mTorr. Abra el obturador para plasma encendida e iniciar el temporizador.
Nota: Plasma encendida debe emitir un resplandor azul, incandescente. Temporizador debe ajustarse para el grueso deseado de depósito de película. Se ha determinado que para 35 W y una presión de aproximadamente 13 mTorr, se espera una tasa de deposición de nm 7 por minuto. - Una vez logrado el espesor deseado de la película, cierre el obturador y apague la fuente de alimentación.
- Cierre todas las válvulas dentro de la cámara de deposición y apagar el sistema de bomba seca. Permita que el ventilador de la bomba de seco venir a una parada completa.
- Lentamente presurizar la cámara hasta alcanzar la presión atmosférica local y retirar la muestra, guardarlo para futuros experimentos.
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Representative Results
Figura 1 ofrece un esquema de cómo el mecanismo de sellado podría crear el molde para las estructuras de drenaje en un molde de plástico. Para investigar la calidad del aparato sellado en la fabricación de películas wicking, dos matrices diferentes Pilar fueron creados para analizar la calidad de los pilares para futuros experimentos de absorción. Aspectos del aparato investigado fueron la exactitud de la altura de los pilares (con y sin un gradiente de profundidad), la calidad de los pilares después del moldeo de los PDMS, la calidad de los pilares después de proceso de la deposición de la farfulla y la capacidad de la estructuras para crear hemi-wicking. Para lograr esto, dos variantes del patrón de drenaje fueron creados, uno que muestra un gradiente de profundidad y otro de profundidad uniforme.
Figura 2a muestra el mapa de bits que se utilizó para crear los gradientes de la profundidad y el ángulo. Puede verse que cada columna de Pilar fue asignado un valor de escala de grises diferentes, variando de 0 a 95. Esto se hizo para poder tener una profundidad diferente para cada columna de Pilar. Figuras 2b y 2C muestran los pilares en el PDMS creado por el proceso de moldeo. Esto comprueba que los valores de escala de grises se utilizaban la profundidad de la moldura de plástico y por lo tanto la altura del pilar en la muestra PDMS de impacto. La tabla 1 resume los datos de la gradiente de profundidad y muestra el porcentaje de la altura prevista del patrón estampado. Estos datos fueron recolectados de las mediciones de 50 columnas o una matriz completa, aparece en la figura 2. La altura prevista de la columna con los valores de escala de grises dado se calcularon de la siguiente ecuación:
(1)
donde hexp es la altura prevista, máxima h es la altura máxima definida por el usuario, hmin es la altura mínima definida por el usuario, PT es el umbral de píxeles definidos por el usuario y GSV es la escala de grises valor. Puede verse que para un valor de escala de grises de cero (es decir, color negro), la altura esperada será la altura máxima y el valor de escala de grises es igual al umbral del pixel, la altura prevista será la altura mínima.
Figura 3a muestra el archivo de mapa de bits utilizado para crear una matriz de estructura drenaje más grande de la altura de Pilar constante. Cada pixel negro representa una ubicación de la cavidad, con la distancia entre estampadas instancias definidas en el programa a través de la distancia del pixel. Este enfoque binario, en contraste con la Figura 1a, crea una matriz uniforme de altura ángulo y Pilar. Figura 3b y 3C ofrecen una parte superior y lateral de los pilares, respectivamente. Se aprecia que a pesar de una especificación de altura uniforme, el proceso produjo pilares sobredimensionadas. Mientras que la altura máxima se establece en 100 μm, se encontró que la altura media de los pilares fue aproximadamente 71.89 μm ± 10.18, basado en 38 pilares. Esto se debe a posibles imperfecciones que se pueden encontrar en las cavidades mientras que se hacen o por posibles bolsas de aire que había formado en los agujeros.
Figura 4 muestra cuatro imágenes individuales de los pilares después de aluminio fue depositado en la muestra PDMS. Figura 4a y 4b muestran el lado y la vista superior de los pilares, respectivamente, sin un fluido de trabajo en la estructura de drenaje. Similar a lo visto con la muestra PDMS, las alturas de las muestras no fueron consistentes en todos los pilares. Las alturas y las desviaciones estándar de las muestras de PDMS y Al frente y aparece en la tabla 2. Estos datos fueron recogidos después de pilares de medición (n = 38) antes y después de la deposición del aluminio en el PDMS. Aspereza superficial notable estaba también presente; se cree que el procedimiento de lijado en la placa de la muestra transferida a la muestra PDMS y se reflejaba sobre la superficie de la película de aluminio. También es posible que la rugosidad se atribuye exclusivamente al proceso de deposición.
Figura 4C y 4D visualizar el lado y la vista superior de los pilares, respectivamente, con un fluido de trabajo en la estructura de drenaje. El fluido de trabajo que se utilizó en este ejemplo era etanol. Sin embargo, el agua no muestran la ocurrencia misma de hemi-wicking como etanol con esta muestra. Este fenómeno puede atribuirse a los siguientes (o combinación de): 1) una textura superficial no ideales, rugosidad de la superficie 2) residual (como se muestra en la Figura 4b), 3) las impurezas de la capa de aluminio y 4) demasiado fina de una capa natural de óxido de aluminio. Con esto dicho, etanol pudo mecha porque el lyophilicity el de óxido de aluminio forman en la superficie de aluminio. A pesar de que el dióxido de aluminio es liofílicos, no muestran características hidrofílicas, que prohíbe el agua wicking. El uso de tratamientos químicos de superficie a la estructura de absorción de PDMS es otro método que puede utilizarse para alterar la hidrofilicidad de la muestra -por ejemplo, procesamiento de química mojada puede utilizarse para crear monocapas auto montaje hidrofílico (SAMs)18 . A pesar de estas imperfecciones, esto demuestra que la estructura de drenaje creada a través del procedimiento descrito es capaz de crear hemi-drenaje de un fluido de trabajo.
Figura 1: el esquema de la estampa poco aparato para la fabricación de moldes de plástico de con estampado micro. El movimiento del molde plástico a lo largo de los ejes x- y y- está determinado por dos pasos controlados por ordenador motor/etapas (uno para cada dirección). Asimismo, el sellado de ángulo (θ) y sellado (Δz) profundidad de la broca de sellado están controlados por dos independientes, controlados por computadora paso a paso motor/etapas. El láser controlado por ordenador de la calefacción se activa mientras la broca está creando la cavidad de sellado en el molde de plástico. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: el pilar de la gradiente de profundidad matriz patrón y PDMS base. (a) el mapa de bits utilizado para la fabricación de una gama de 'gradiente de profundidad' microcolumnas. Para la impresión, el umbral del pixel se establece en 100, la profundidad máxima se establece en 100 μm, la profundidad mínima se establece en 25 μm y cada pixel está establecida para representar una distancia de 100 μm. Basado en estos valores, cada fila se separa por 100 μm mientras que la distancia entre dos pilares dentro de una fila es de 200 μm. El valor de escala de gris de cada píxel determina que la distancia de la broca sellada viaja en el molde de plástico. Por lo tanto, como el aumento de los valores de escala de grises en el mapa de bits, disminución de la altura de los pilares. Se proporcionan las alturas esperadas de los pilares con los correspondientes valores de escala de grises. (b) imágenes de columnas pilar 1 a 5 para la base PDMS de la zona de la caja azul en la esquina inferior izquierda del mapa de bits. (c) las imágenes de columnas de Pilar 5 10 a la base PDMS de la caja roja en la esquina inferior derecha del mapa de bits. La distancia de pixel de la imagen de (b) y (c) es 0.335 μm/píxeles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: el patrón y el PDMS base para las estructuras de drenaje para hemiwicking. (a) el mapa de bits utilizado para crear la estructura de drenaje rectangular. La profundidad se establece a 100 μm y cada píxel se establece para representar una distancia de 100 μm. Puesto que todos los valores de escala de grises son los mismos en este mapa de bits, todas las alturas de columna deben ser el mismo. También, similar al patrón en la figura 2, cada fila se separa por 100 μm mientras que la distancia entre dos pilares dentro de una fila es de 200 μm. (b) vista superior de los pilares de la estructura de absorción de PDMS que casted con el molde de plástico basado en el mapa de bits en (a). La resolución de la imagen es de 0.176 μm/píxeles. (c) vista de lado de los pilares de la estructura de absorción de PDMS que casted con el molde de plástico basado en el mapa de bits en (a). A diferencia de las estructuras de drenaje presentadas en la figura 2, las alturas de Pilar en la estructura de drenaje son más consistentes en altura. La resolución de imagen es 0.723 μm/píxeles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: el drenaje estructuras después de la deposición de con y sin hemiwicking. (a) una vista de lado de los pilares de drenaje creado en la figura 3 después de la deposición sin etanol. El grueso del aluminio en la parte superior el PDMS es aproximadamente 70 μm. (b) vista superior de los pilares de drenaje creado en la figura 3 después de la deposición sin etanol. (c) una vista lateral de los pilares de drenaje creado en la figura 3 después de la deposición de con etanol absorbe en las estructuras (el etanol se puede ver sobre todo a lo largo de la base de los pilares centrados). (d) una vista superior de los pilares de drenaje creado en la figura 3 después de la deposición de con etanol absorbe en las estructuras. (A) y (c), la resolución de imagen es 0.723 μm/píxeles y para (b) y (d), la resolución de imagen es 0.176 μm/píxeles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Pilar | Valor de escala de grises | Altura esperada (μm) | Altura (μm) | % del esperado |
| 1 | 0 | 100 | 59,6 | 59,6 |
| ± 4.58 | ||||
| 2 | 10 | 92.5 | 59.71 | 64.55 |
| ± 5,88 | ||||
| 3 | 21 | 84.25 | 54.71 | 64.94 |
| ± 5.57 | ||||
| 4 | 31 | 76.75 | 46.48 | 60.56 |
| ± 2,61 | ||||
| 5 | 42 | 68.5 | 46.59 | 68,01 |
| ± 5.21 | ||||
| 6 | 53 | 60.25 | 38.92 | 64.6 |
| ± 1.62 | ||||
| 7 | 63 | 52.75 | 31.8 | 60.28 |
| ± 0.73 | ||||
| 8 | 74 | 44.5 | 26.58 | 59.73 |
| ± 1,49 | ||||
| 9 | 85 | 36,25 | 20.13 | 55.53 |
| ± 1,44 | ||||
| 10 | 95 | 28.75 | 16.01 | 55.69 |
| ± 1.94 |
Tabla 1: La altura esperada y medida de todas las columnas de pilar para el modelo de gradiente de profundidad.
| Altura esperada (μm) | Media altura (μm) | Desviación estándar (μm) | |
| PDMS muestra sin depósito Al | 100 | 71.89 | 10.18 |
| Muestra PDMS Al depósito | 100 | 61.59 | 8.493 |
Tabla 2: PDMS con y sin la deposición Al comparación de altura de la columna.
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Discussion
Se ha introducido un método para crear matrices de estampado de pilar para las estructuras hemiwicking; Esto se logra mediante impresión de cavidades sobre una oblea de plástico con un aparato de grabado que sigue patrones de un mapa de bits creado por el usuario. Una mezcla PDMS es luego vertida, curada y cubierta con una fina capa de aluminio por medio de deposición. Las características de la matriz de Pilar pueden ser personalizadas dependiendo del valor de escala de grises que se asigna en el mapa de bits siguiendo este protocolo. Este aspecto fundamental de diseño puede crear una amplia gama de posibles estructuras a prueba de drenaje que puede utilizarse en diversas aplicaciones, incluyendo investigación de película delgada y aplicaciones directas en sistemas térmicos. Otra área de variedad no mencionado en los Resultados del representante es el degradado de ángulo que puede ser implementado en la matriz. Similar a la gradiente de profundidad, al cambiar el valor de escala de grises de píxeles diferentes puede cambiar el ángulo de la broca (θ, figura 1).
Otro paso importante que debe tomarse nota de es la creación de la base PDMS. Las diferencias en las alturas de la columna y deformidades en y alrededor de los pilares son comunes en las estructuras de drenaje. Pulir la superficie con lodos abrasivos o micro malla ayuda a crear muestras simétricas e incluso el grueso PDMS. Además, los procesos de evacuación y tratamiento térmico fueron diseñados para ocurrir simultáneamente, como elementos de calefacción se incorporaron dentro del molde de sí mismo. Esto limita con eficacia manejo por el usuario y cualquier irregularidades asociadas, así como la contaminación aerotransportada (es decir, partículas de polvo) durante la fase de curado. Estas consideraciones se aplicará para las futuras muestras.
La deposición de material sobre la base PDMS es otro paso importante que se debe adaptar a cada experimento. Las condiciones mencionadas en el protocolo son de aluminio específica y como tal, deben cambiar como los cambios de material de depósitos. Si prefiere otro metal, potencia, presión de la cámara, y farfulla hora debía modificarse con el fin de obtener las condiciones de superficie ideal para el material de depósito deseado. Para las futuras muestras, metales con diferentes energías de superficie (es decir, oro, germanio) se depositará para probar sus capacidades de drenaje respectivos. Al depositar los metales diferentes en el futuro, el protocolo debe ser actualizado para poder depositar correctamente el metal deseado en el PDMS.
El mayor problema que se ha introducido en el procedimiento de fabricación de las estructuras de hemiwicking es la rugosidad de la superficie de la muestra. Se puede ver que defectos superficiales existen en el molde PDMS (figura 3b) y en la superficie de Al (figura 3by 3d); Esto podría frenar desde el proceso de lijado o el proceso de deposición de metal. Los defectos superficiales son vistos como problemáticos, como defectos superficiales pueden afectar la absorción distancia frente y velocidad del fluido de trabajo. Un experimento ideal tendría una superficie lisa en y entre los pilares, para que el líquido puedo fluir a través de la estructura de drenaje sin obstáculos por las condiciones de la superficie. La solución propuesta es utilizar abrasivos superiores de grado (es decir, el grano más fino) para el lijado de la oblea de plástico antes de la deposición, así como tiempos ya lijadoras. Como ver en la tabla 1 y tabla 2, el pilar alturas no se fabrican como se esperaba se basa en los valores dados a los motores paso a paso. Esto podría ser debido a la desviación de la muestra en el eje de sellado mientras que la broca es impresión en el plástico. Este problema puede ser resuelto mediante el aumento de la distancia que la broca tiene que viajar en el plástico; Esto, sin embargo, deja una posible incompatibilidad con el pilar alturas y diámetros de Pilar-base para experimentos futuros. Hay que desarrollar métodos para limitar la cantidad de deflexión que experimenta la muestra, tales como aumento de la temperatura de la punta para limitar la resistencia del plástico, o asegurar la muestra de una manera diferente.
Mientras que sigue habiendo dificultades en el proceso de refinación, el método delineado es eficaz para crear ordenó arrays de geometría similar. La metodología utilizada para crear estructuras de hemiwicking, o cualquier característica superficial micro-patrón, demuestra que las muestras se pueden producir rápidamente para procesar más adelante en otros laboratorios o empresas de investigación a un bajo costo y a un ritmo más rápido que métodos contemporáneos. Estas estructuras hemiwicking se pueden fabricar fácilmente para replicar la curvatura óptima de película delgada y la velocidad delantera wicking. Se mediría la velocidad delantera absorbe utilizando una cámara de alta velocidad analizando el líquido frente viaje de Pilar a Pilar. Simultáneamente, el perfil de grosor y curvatura puede obtenerse utilizando un enfoque reflectometría e interferometría que ha demostrado en experimentos anteriores en los pilares de borde6. El carácter autorregulador de las estructuras de drenaje ayudará a mantener una región constante de la película fina para el análisis, a pesar de las diferentes energías superficiales en diferentes fluidos y en la superficie. Con este método, variantes de estructura de drenaje puede ser fabricado rápidamente a efectos de comprender los efectos de absorción de la geometría tiene en la región de película delgada y drenaje frontal de diferentes fluidos.
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Disclosures
Los autores no tienen la divulgación de este documento.
Acknowledgments
Este material está basado en investigación patrocinada parcialmente por la oficina de investigación Naval de Estados Unidos bajo la subvención no. N00014-15-1-2481 y la nacional Science Foundation bajo la subvención no. 1653396. Las opiniones y conclusiones contenidas en este documento son las de los autores y no debe interpretarse como que necesariamente representa la política oficial o anotaciones, ya sea expresa o implícita, de los Estados Unidos Oficina de investigación Naval, la Fundación Nacional de ciencia, o el gobierno de Estados Unidos.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NI-DAQ 9403 | National Instruments | 370466AE-01 | The communication interface between the camera and the control switch for the laser. |
| Control Switch | Crouzet | GN84134750 | A controller to use for the laser that activates the laser based on the voltage sent by the DAQ. |
| Flea Camera | FLIR | FL3-U3-120S3C-C | A flea camera used for imaging the drill bit on the plastic mold. |
| Flea Imaging Camera | Point Grey | FL3-U3-20E4M-C | A flea camera used for obtaining the side images of the pillars. |
| 200 Steps/rev, 12V-350mA Stepper Motor (x2) | AdaFruit | 324 | The stepper motors are used to control the depth and angle of the end mill. |
| 10x Infinity Corrected Long Working Distance Objective | Mitutoyo | #46-144 | The objective used to get the image of the side of the pillars. |
| 15x Infinite Conjugate, UV Coated, ReflX Objective | TechSpec | #58-417 | The objective used to get the image of the top of the pillars. |
| 72002 0.002D X 0.006 LOC Carbide SQ 2FL Miniature End Mill | Harvey Tools | 72002 | The drill bit that was used to create holes in the plastic mold. |
| DC Power Delivery at 1 kW | Advanced Energy | MDX-1K | Used to power the deposition sputterer. |
| Turbo-V 70LP Nacro Torr Pump | Varian | 9699336 | Turbo Pump used to reduce pressure inside deposition chamber. |
| 2000mw, 405nm High-Power Blue Light Focus Laser | WDLasers | KREE | Sample Heating Laser |
| 5.875" I.D. Dessicator w/ 0.25" Tube Connections | McMaster-Carr | 2204K5 | PDMS Dessicator |
| SYLGARD 184 Silicone Elastomer, 0.5kg Kit | Dow-Corning | 4019862 | The PDMS Kit used to make the base. |
| Diaphragm Air Compressor / Vacuum Pump | Gast | DOL-701-AA | Dessicator Vacuum Pump |
| Motorized Linear Stages (2x) | Standa | 8MT175 | The stepper motors used to control the sample plate in the x- and y- direction. |
| 2" Diameter Unmounted Poistive Achromatic Doublets, AR Coated: 400-700 nm | ThorLabs | AC508-150-A | The achromat was ued in order to obtain the images of the side of the pillars. |
| Flea 3 Mono Camera, 2448 X 2048 Pixels | Point Grey | FL3-GE-50S5M-C | A flea camera used for imiaging the top of the pillars. |
| Digital Vacuum Transducer | Thyrcont Vacuum Instruments | 4940-CF-212734 | Used for monitoring pressure inside deposition chamber. |
| Pressurized Argon Tank Resovoir | Airgas | AR RP300 | Gas used in deposition process. |
| 1-D Translation Stage | Newport Corporation | TSX-1D | A translation stage used to move the camera to focus on the end mill. |
| Cylindrical Laser Mount (x2) | Newport Corporation | ULM-TILT-M | The laser mount was used to move the camera to focus on the end mill. |
| Benchtop Chiller with Centrifugal Pump, 120V, 60Hz | Polyscience | LS51MX1A110C | A chiller used for the deposition assembly. |
| Alcatel Adixen 2010SD XP, Explosion Proof Motor, Rotary Vane Vacuum Pump, 1-Phase | Ideal Vacuum Products | 210SDMLAM-XP | A vacuum pump used for the deposition assembly. |
| Fan, 105 CFM, 115 V (x2) | Comair Rotron | MU2A1 | A fan used for cooling certain aspects of the deposition assembly. |
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