Impression de timbre évolutive et Fabrication de Surfaces Hemiwicking

Summary

Un protocole simple est fourni pour la fabrication de structures hemiwicking de différentes tailles, formes et matériaux. Le protocole utilise une combinaison de piétinement physique, PDMS de moulage et modifications de surface minces par matériaux dépôts techniques courantes.

Abstract

Hemiwicking est un processus où un liquide mouille une surface à motifs au-delà de sa longueur de mouillage normale due à une combinaison de l’action capillaire et l’imbibition. Ce phénomène de mouillage est important dans de nombreux domaines techniques, allant de la physiologie à l’ingénierie aérospatiale. Actuellement, plusieurs techniques existent pour la fabrication de structures de hemiwicking. Ces méthodes conventionnelles, cependant, sont souvent beaucoup de temps et sont difficiles à l’échelle supérieure pour les grandes surfaces ou sont difficiles à personnaliser pour des géométries de structuration spécifique, non homogènes. Le protocole présenté offre aux chercheurs avec un simple, évolutif et une méthode rentable pour la fabrication de surfaces aux motifs micro hemiwicking. La méthode fabrique des structures mèche grâce à l’impression de timbre, polydiméthylsiloxane (PDMS) moulage et minces revêtements de surface. Le protocole est démontré pour hemiwicking avec de l’éthanol sur PDMS micropillar baies recouvertes d’un 70 nm en aluminium épais minces.

Introduction

Récemment, il y a eu un intérêt accru pour pouvoir tant activement que passivement contrôler le mouillage, l’évaporation et le mélange des fluides. Hemiwicking unique texturé surfaces offrent une solution originale pour techniques de refroidissement parce que ces surfaces texturées agissent comme une pompe liquide (et/ou de la chaleur) sans les pièces mobiles. Ce mouvement du fluide est entraîné par une cascade d’événements action capillaire associée à la courbure dynamique de la couche mince liquide. En général, lorsqu’un liquide mouille une surface solide, une courbe liquide minces (c.-à-d., le ménisque liquide) est rapidement forme. L’épaisseur de fluide et le profil de courbure évoluent jusqu'à ce qu’un minimum d’énergie libre est atteinte. Pour référence, ce profil de mouillage dynamique peut se désintégrer rapidement à quelques dizaines de nanomètres d’épaisseur dans un enjambement (fluide-mouillage)-échelle de longueur de seul des dizaines de micromètres. Ainsi, cette zone de transition (liquide-film) peut subir des changements importants dans la courbure de l’interface liquide. La région de transition (minces) est d'où provient la quasi-totalité la dynamique physique et la chimie. En particulier, la région de transition (minces) est où le taux maximum d’évaporation (1), (2) dis-assemblage des gradients de pression et des gradients de pression (3) hydrostatique sont trouvent^1,2. Ainsi, courbes liquide-films jouent un rôle essentiel dans le transport thermique, séparation des phases, des instabilités fluides et le mélange des fluides multi-composants. Par exemple, en ce qui concerne le transfert de chaleur, le flux de chaleur mur plus élevés ont été observés dans cette région de minces fortement courbées, transition^3,4,5,6,7.

Hemiwicking des études récentes ont montré que la géométrie (p. ex., hauteur, diamètre, etc.) et le placement des piliers déterminent la mouillant barre de charge et la vitesse du fluide traversant les structures⁸. Comme le front de fluide est évaporation l’extrémité de la dernière structure dans un tableau, le front de fluide est maintenu à une distance constante et de la courbure, comme le liquide évaporé est remplacé par le liquide stocké dans la mèche de structures⁹. Hemiwicking structures ont également servis à caloducs et sur des surfaces bouillante pour analyser et améliorer les mécanismes de transfert de chaleur différents. ^{10 , 11 , 12}.

Une méthode actuellement utilisée pour créer des structures de mèche est empreinte thermique lithographie¹³. Cette méthode est exécutée en emboutissant la disposition souhaitée dans une couche de résistance sur un échantillon de moule silicone avec un timbre de polymère thermoplastique, puis en retirant le timbre pour maintenir les microstructures. Une fois enlevé, l’échantillon est soumis à un ion réactif gravure le processus pour enlever tout l’excès resist couche^14,15. Ce processus, cependant, peut être sensible à la température de la fabrication des structures mèche et comprend plusieurs étapes qui utilisent divers revêtements pour assurer l’exactitude de la mèche de structures¹⁶. Il arrive également que des techniques de lithographie ne sont pas pratiques à macro-échelle patterning ; alors qu’elles continuent de fournir un moyen de créer un modèle de microstructures sur une surface, le débit de cette procédure est beaucoup moins qu’idéal pour la reproduction à grande échelle. Compte tenu de la texturation à grande échelle, reproductible, comme revêtement spin ou dip, il y a un manque inhérent de structuration contrôlable. Ces méthodes créer un tableau aléatoire des microstructures sur la surface de la cible, mais peuvent être redimensionnées pour couvrir des domaines beaucoup plus grandes que la lithographie traditionnelle techniques¹⁷.

Le protocole décrit dans le présent rapport tente de combiner les points forts de texturation des méthodes traditionnelles tout en éliminant les faiblesses spécifiques de chacun ; Il définit une façon de fabriquer des structures hemiwicking personnalisé de différentes hauteurs, formes, orientations et matériaux sur une échelle et avec un débit potentiellement élevé. Mèche de divers modèles peuvent être créés rapidement aux fins d’optimisation de l’effet de mèche caractéristiques, telles que la maîtrise de la vitesse du fluide, propagation et le mélange de différents fluides. L’utilisation de différentes structures mèche peut également fournir plusieurs épaisseurs minces et les profils de courbure, qui peuvent servir à étudier systématiquement le couplage entre chaleur et transfert de masse avec différentes épaisseurs et les profils de courbure du liquide ménisque.

Protocol

1. Créez le plan de structuration

1. À l’aide d’un éditeur graphique, créer le motif désiré pour les structures de hemiwicking, représenté comme une image bitmap.
   Remarque : Certains des paramètres de conception du mèche (c.-à-d., angle gradient, gradient de profondeur) peuvent faire dépendre les valeurs de niveaux de gris assignées à chaque pixel. Ces valeurs de niveaux de gris sont ensuite édités afin de modifier le paramètre souhaité.
2. Enregistrez l’image bitmap sous forme d’un graphique de réseau portable (.png) et placez le fichier dans un dossier facilement disponible.

2. placer le plastique doit être estampillé pour moulage

1. Commencez par traduire l’emboutissage peu loin de l’espace de travail afin d’éviter tout contact accidentel qui peut provoquer la rupture de l’embout (+z déplacement, Figure 1).
2. Fixer le plastique estampage moule/plaquette à une plaque d’appui pour l’emboutissage ultérieur sur le x, y de positionnement (voir Figure 1). Fixer la plaque de support échantillon sur le x, y motorisés emboutissage stade (Figure 1)
3. Aligner le centre de la moule en plastique/plaquette avec l’axe emboutissage du foret emboutissage. Il s’agit d’accompli via informatisé ±x ±y déplacements et avec l’étape emboutissage, x, y motorisés.
4. Traduire l’emboutissage bit vers le moule en plastique/plaquette (-z déplacement, Figure 1) jusqu'à ce que le bit emboutissage est presque en contact avec la surface du moule/wafer.

3. emboutissant l’échantillon en plastique pour PDMS de moulage

1. En utilisant le programme de contrôle de l’emboutissage informatisé, régler la distance entre la fraise emboutissage (tip) et la surface en plastique moule/plaquette.
2. Traduire le bit emboutissage par petits incréments (-déplacement de δz , Figure 1) vers la surface de l’échantillon jusqu'à ce que l’outillage est en contact avec le plastique.
   Remarque : Le bit devrait seulement contact légèrement la surface.
3. Après contact, traduire l’emboutissage peu loin de l’échantillon afin d’éviter tout contact possible entre le bit et l’échantillon pendant la traduction ultérieure (δz ≈ 100 μm).
4. Attribuer une distance de pixel (en microns), angle maximal et minimal (en degrés), profondeur de la cavité minimale et maximale (en microns), position x et y à pixel initiale du modèle et seuil de pixel pour toute répétition liée gris pour l’estampage mode opératoire.
5. Télécharger la carte de structuration (créée à l’étape 1.1) pour être lu par le programme. Basé sur la distance de pixel et le plan de structuration, les emplacements de tous les timbres sont envoyés pour les moteurs pas à pas.
6. Assurez-vous que le laser de chauffage se concentre sur l’extrémité de la mèche emboutissage et active seulement alors que le bit emboutissage se déplace vers et dans le moule en plastique.
7. Créer les cavités en appuyant sur le foret dans le plastique en suivant le plan de structuration pour réaliser le motif désiré hemiwicking.
8. Enlever le moule en plastique embouti pour surface ultérieur de finition et de polissage.
9. Polissez la surface du moule en plastique à l’aide de 9000 grit, du papier de verre humide/sec plus fine.
   NOTE : Vous pouvez également micro-mesh abrasif peut être utilisé afin d’assurer l’élimination des dépôts de surface à cette cause cratérisation autour des piliers dans le moule PDMS.

4. créer la moulure de PDMS

1. Versez 2 g d’élastomère de base et 0,2 g de l’agent de durcissement élastomère dans un bécher et mélanger soigneusement pendant 3 min.
2. Placer le mélange dans une chambre sous vide pour libérer les bulles d’air dans le mélange ; cette étape peut doivent être répétées plusieurs fois.
   NOTE : Pour les échantillons de la variation de volume requis, ajuster la quantité de base et polymérisation agent au besoin tout en conservant un rapport 10:1.
3. Placez le moule en plastique embouti dans un récipient clos, idéalement pas plus grand que le diamètre extérieur du moule, pour la guérison de se produire.
4. Verser le mélange PDMS libre de poches d’air sur le plastique embouti et au sein du conteneur. Verser dans une spirale, à partir du centre de la zone timbrée, pour tenter de distribuer le mélange PDMS aussi également que possible.
5. Répétez l’étape 4.2 pour les poches d’air qui se sont formées de verser le mélange sur le modèle estampé. Placer le mélange PDMS et la pièce en plastique avec motif estampé sur une plaque de cuisson et chauffer l’Assemblée à 100 ° C pendant 15 min. Ensuite faire chauffer un supplémentaire de 25 min à 65 ° C.
6. Laissez le mélange PDMS cool et cure pendant 20 min avant du manipuler.
7. Couper les bords du plastique PDMS loin de la paroi du récipient et enlever le plastique PDMS du moule. Stocker le plastique PDMS dans un contenant couvert pour éviter les particules de poussière de s’accumuler sur la surface.

5. déposer le métal mince sur le PDMS

1. Placer l’échantillon PDMS dans la chambre de déposition laissant assez d’espace pour l’obturateur à être ouverte et fermée vue dégagée.
2. Dépressuriser la chambre de déposition au moins 10 mTorr.
3. Engager le système de pompe à sec, puis affectez-lui la vitesse de rotation de 75 kRPM. Permettre la chambre atteindre une pression sur l’ordre de 10^-8 Torr.
   Remarque : Ceci éliminera la plupart des contaminants la chambre ; processus peut prendre jusqu'à 12 h pour terminer.
4. Puissance du refroidisseur et DC alimentation et régler la puissance de 55 w.
5. Ouvrir la vanne d’argon légèrement et pressuriser la chambre à l’ordre de 10^-3 Torr. Mettre la pompe à sec système 50 kRPM et attendre jusqu'à ce que cette vitesse est atteinte.
6. Réduit la puissance 35 W et dépressuriser la chambre à 13 mTorr. Ouvrir l’obturateur au plasma enflammé et démarrer la minuterie.
   Remarque : Allumage de plasma devrait dégagent une lueur bleue, incandescente. Minuterie doit être définie pour l’épaisseur désirée du dépôt de film. Il a été décidé que pour 35 W et une pression d’environ 13 mTorr, un taux de 7 dépôts nm par minute est prévu.
7. Une fois l’épaisseur du film désiré a été atteint, fermer l’obturateur et son alimentation électrique.
8. Fermer toutes les vannes au sein de la chambre de déposition et éteignez le système de pompe à sec. Laisser le ventilateur pompe à sec à venir à un arrêt complet.
9. Lentement, pressurisez la chambre jusqu'à ce qu’il atteigne la pression atmosphérique locale et supprimer l’exemple, ranger pour de futures expériences.

Representative Results

La figure 1 fournit une représentation schématique du comment le mécanisme de l’emboutissage créerait le moule pour les structures mèche sur un moule en plastique. Pour étudier la qualité de l’appareil d’emboutissage dans la fabrication de films de mèche, deux tableaux de pilier différents ont été créés pour analyser la qualité des piliers pour de futures expériences de mèche. Aspects de l’appareil étudié étaient la précision de la hauteur des piliers (avec et sans un gradient de profondeur), la qualité des piliers après le moulage de PDMS, la qualité des piliers après le dépôt par pulvérisation cathodique des processus et la capacité de la structures pour créer hemi-mèche. Pour ce faire, deux wicking variantes du modèle ont été créés, celui qui affiche un gradient de profondeur et une autre de même profondeur.

Figure 2 a montre la bitmap qui a été utilisée afin de créer des profondeur et l’angle des gradients. On voit que chaque colonne pilier a été affecté une valeur d’échelle de gris différents variant de 0 à 95. Cela a été fait afin d’avoir une profondeur différente pour chaque colonne de la borne. Figures 2 b et 2C affichent les piliers sur le PDMS créés par le processus de moulage. Il vérifie que les valeurs de gris servaient d’impact la profondeur dans le moulage de plastique et, par conséquent, la hauteur du pilier sur l’échantillon PDMS. Le tableau 1 décrit les données à partir du gradient de profondeur et indique le pourcentage de la hauteur prévue du modèle emboutissage. Ces données ont été recueillies à partir des mesures sur 50 piliers, ou un tableau complet, affiché à la Figure 2. La hauteur prévue du pilier avec les valeurs d’échelle de gris donnée ont été calculées à partir de l’équation suivante :

(1)

où h_exp est la hauteur attendue, _max h est la hauteur maximale, tel que défini par l’utilisateur, h_min est la hauteur minimale telle que définie par l’utilisateur, PT est le seuil de pixel, tel que défini par l’utilisateur et GSV est l’échelle de gris valeur. On voit que pour une valeur d’échelle de gris de zéro (c.-à-d., noir), la hauteur attendue sera à la hauteur maximale et tandis que la valeur d’échelle de gris est égale au seuil de pixel, la hauteur attendue sera à la hauteur minimale.

Figure 3 a montre le fichier bitmap utilisé pour créer un tableau de structure perméable située plu de hauteur constante de la borne. Chaque pixel noir représente un endroit de la cavité, la distance entre instances emboutissage définies dans le programme par le biais de la distance de pixel. Cette approche binaire, contrairement à la Figure 1 a, crée un tableau uniform des hauteurs d’angle et de pilier. Figure 3 b et 3C fournissent un haut et vue des piliers, de côté, respectivement. On voit que malgré une spécification de hauteur uniforme, le processus produit sousdimensionnés piliers. Alors que la hauteur maximale a été définie à 100 μm, il a été constaté que la hauteur moyenne des piliers était à peu près 71.89 ± 10.18 μm, reposant sur des 38 piliers. Cela peut être attribuée à des imperfections possibles qui se trouvent dans les cavités alors qu’ils sont faits ou en raison de possibles poches d’air qui avait formé et est resté dans les trous.

La figure 4 affiche quatre images individuelles des piliers après en aluminium a été déposé sur l’échantillon PDMS. Figure 4 a et 4 b montrent le côté et la vue de haut des piliers, respectivement, sans un fluide de travail dans la structure de la mèche. Semblable à ce qui a été vu avec l’échantillon PDMS, les hauteurs des échantillons n’étaient pas conformes dans l’ensemble des piliers. Les hauteurs et les écarts-types des échantillons PDMS et Al sont comparées et affichées dans le tableau 2. Ces données ont été recueillies après avoir mesuré les piliers (n = 38) avant et après le dépôt d’aluminium sur le PDMS. Rugosité de surface notable était également présente ; On pense que la ponçage procédure utilisée sur la plaque d’échantillon transféré à l’échantillon PDMS et se reflétait sur la surface de la pellicule d’aluminium. Il est également possible que la rugosité est imputable uniquement à la procédure de dépôt.

Figure 4C et 4D visualiser le côté et la vue de haut des piliers, respectivement, avec un fluide de travail dans la structure de la mèche. Le fluide de travail qui a été utilisé dans cet exemple est l’éthanol. Cependant, l’eau ne présente pas cet événement hemi-mèche comme l’éthanol fait avec cet exemple. Ce phénomène peut être attribué au suivant (ou combinaison de) : 1) une texture de surface non idéales, rugosité de surface 2) résiduelle (comme illustré à la Figure 4 b), 3) les impuretés dans le revêtement d’aluminium et 4) trop mince d’une couche de native d’oxyde d’aluminium. Cela dit, l’éthanol a pu mèche parce que la lyophilicity de l’oxyde d’aluminium qui forme à la surface de l’aluminium. Bien que le dioxyde d’aluminium est hydrophiles, il ne montre pas de caractéristiques hydrophiles, interdisant à l’eau d’infiltration. L’utilisation de traitements de surface chimiques à la structure de mèche de PDMS est une autre méthode qui peut être utilisée pour modifier l’hydrophilicité de l’échantillon -p. ex., traitement de chimie par voie humide peut être utilisé pour créer hydrophylic auto-assemblage monocouches autoassemblées¹⁸ . Malgré ces imperfections, ce qui prouve que la mèche structure créée par le biais de la procédure décrite est capable de créer hemi-mèche pour un fluide de travail.

Figure 1 : schéma de l’estampage peu appareils pour la fabrication de moules en plastique aux motifs micro. Le mouvement du moule en plastique le long des axes x- et y- est déterminé par deux moteurs pas à pas commandés par ordinateur moteur/étapes (une pour chaque direction). De même, l’estampillage angle (θ) et estampage de profondeur (Δz) du foret emboutissage sont contrôlées par deux stades et moteur stepper séparé, contrôlé par ordinateur. Le laser de chauffage contrôlé par ordinateur est activé alors que le bit élabore la cavité emboutissage dans le moule en plastique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : le modèle de tableau de pilier de gradient de profondeur et PDMS base. (a) l’image bitmap utilisée pour fabriquer un tableau « gradient de profondeur » micropillar. Pour l’imprégnation, le seuil de pixel est fixé à 100, la profondeur maximale est définie à 100 μm, la profondeur minimale est définie à 25 μm et chaque pixel est définie pour représenter une distance de 100 μm. Basé sur ces valeurs, chaque rangée est séparée par 100 μm tandis que la distance entre deux piliers d’une ligne est 200 μm. La valeur d’échelle de gris de chaque pixel détermine que la distance le bit emboutissage se déplace dans le moule en plastique. Par conséquent, comme l’augmentation des valeurs de gris allant à travers l’image bitmap, les hauteurs des piliers diminuent. Les hauteurs attendues des piliers avec les valeurs de gris correspondantes sont fournies. (b) des Images de colonnes de la borne 1 et 5 pour la base de la zone de la boîte bleue dans le coin inférieur gauche de l’image Bitmap de PDMS. (c) des Images de colonnes de la borne 5 à 10 pour la base PDMS de la zone rouge dans le coin inférieur droit de la bitmap. La distance (b) et (c) pixel de l’image est 0,335 μm/pixel. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : le modèle et les PDMS de base pour les structures de mèche pour hemiwicking. (a) l’image bitmap utilisée pour créer la structure rectangulaire de mèche. La profondeur est définie à 100 μm et chaque pixel est définie pour représenter une distance de 100 μm. Puisque toutes les valeurs de gris sont les mêmes dans ce bitmap, toutes les hauteurs de pilier devraient être le même. En outre, semblable au modèle à la Figure 2, chaque rangée est séparée par 100 μm tandis que la distance entre deux piliers d’une ligne est 200 μm. (b) une vue de haut des piliers de la structure de mèche de PDMS qui est coulé en utilisant le moule en plastique basé sur l’image bitmap en (a). La résolution de l’image est 0,176 μm/pixel. (c) une vue de côté des piliers de la structure de mèche de PDMS qui est coulé en utilisant le moule en plastique basé sur l’image bitmap en (a). Contrairement aux mèche structures présentées à la Figure 2, les hauteurs de pilier dans la structure mèche concordent plus en hauteur. La résolution d’image est 0.723 μm/pixel. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : structures de la mèche après la déposition de Al avec et sans hemiwicking. (a) une vue de côté des piliers mèche créée à la Figure 3 , après la déposition de Al sans éthanol. L’épaisseur de l’aluminium sur le dessus du PDMS est à peu près 70 μm. (b) une vue de haut des piliers mèche créée à la Figure 3 , après la déposition de Al sans éthanol. (c) une vue de côté des piliers mèche créée à la Figure 3 après la déposition de Al avec éthanol mèche dans les structures (l’éthanol peut principalement être observée le long de la base des piliers ciblées). (d) une vue de haut des piliers mèche créée à la Figure 3 après la déposition de Al avec mèche dans les structures d’éthanol. (A) et (c),la résolution d’image est 0.723 μm/pixel et pour (b) et (d), la résolution d’image 0,176 μm/pixel. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Pilier	Valeur d’échelle de gris	Hauteur prévue (μm)	Hauteur mesurée (μm)	% de prévu
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

Tableau 1 : Les hauteurs attendues et mesurées de toutes les colonnes de pilier pour le modèle de gradient de profondeur.

	Hauteur prévue (μm)	Signifie la hauteur mesurée (μm)	Écart-type (μm)
Échantillon PDMS sans dépôt Al	100	71,89	10.18
Échantillon PDMS avec Al dépôt	100	61,59	8,493

Tableau 2 : PDMS avec et sans dépôt de Al comparaison de la hauteur de la borne.

Discussion

Une méthode a été introduite afin de créer des tableaux à motifs pilier aux structures des hemiwicking ; Ceci est accompli par imprégnation de cavités sur une plaquette en plastique avec un appareil de gravure qui suit la structuration d’une bitmap créée par l’utilisateur. Un mélange PDMS est alors versé, guéri et recouvertes d’une mince couche d’aluminium par dépôt. Les caractéristiques de tableau de pilier peuvent être personnalisés selon la valeur d’échelle de gris qui est affectée dans la bitmap suivant ce protocole. Cet aspect essentiel de la structuration peut créer un large éventail de possibles wicking structures à tester qui peut être utilisé dans diverses applications, y compris la recherche minces et des applications directes dans les systèmes thermiques. Un autre domaine de variété ne pas mentionnée dans les Résultats de représentant est le gradient d’angle pouvant être mises en œuvre dans le tableau. Tout comme le gradient de profondeur, modification de la valeur d’échelle de gris de pixels différents peut changer l’angle du foret (θ, Figure 1).

Une autre étape importante qu’il faut prendre note du est la création de la base PDMS. Différences dans les hauteurs de la borne et les difformités sur et autour des piliers sont fréquentes dans les structures de mèche. Poncer la surface avec coulis de micro-mesh ou abrasives permet de créer des échantillons symétriques et même épaisseur PDMS. En outre, les processus d’évacuation et de traitement thermique étaient censés se déroulent simultanément, comme éléments chauffants ont été incorporées dans le moule lui-même. Ceci limite effectivement la manipulation par l’utilisateur et tout associé à des irrégularités, ainsi que la contamination aéroportée (c.-à-d., les particules de poussière) pendant la phase de durcissement. Ces considérations s’appliquera pour les futurs échantillons.

Le dépôt de matière sur la base PDMS est une autre étape importante qui doit être adaptée à chaque expérience. Les conditions mentionnées dans le protocole sont en aluminium spécifique et à ce titre, doivent changer comme les modifications matérielles qui déposent. Si un autre métal est préféré, changements de puissance, pression dans la chambre et pulvérisation de temps devraient être modifiées afin d’obtenir les conditions idéales de surface pour le matériel de dépôt désiré. Pour les futurs échantillons, métaux avec différentes énergies de surface (p. ex., or, germanium) seront déposés pour tester leurs capacités respectives de mèche. Au moment du dépôt de métaux différents dans l’avenir, le protocole doit être mis à jour afin d’y déposer correctement le métal désiré sur le PDMS.

Le plus gros problème qui a été introduit dans la procédure de fabrication des structures de hemiwicking est la rugosité de la surface de l’échantillon. On voit que les défauts de surface existent sur le moule PDMS (Figure 3 b) et sur la surface de Al (Figure 3 b, 3d) ; Cela peut provenir partir le ponçage ou le processus de dépôt métallique. Les défauts de surface sont considérés comme problématiques, comme les défauts de surface peuvent affecter la mèche distance recto et la vitesse du fluide de travail. Une expérience idéale aurait une surface lisse sur et entre les piliers, le fluide est donc capable de circuler à travers la structure mèche sans être gênée par les conditions de surface. La solution proposée consiste à utiliser des abrasifs de qualité (c.-à-d., un grain plus fin) plus élevés pour le ponçage de la plaquette en plastique avant le dépôt, ainsi que plus de ponçage fois. Comme indiqué dans le tableau 1 et tableau 2, le pilier hauteurs ne sont pas fabriqués comme prévu basé sur les valeurs indiquées pour les moteurs pas à pas. Cela pourrait être à cause de la déflexion de l’échantillon selon l’axe emboutissage, tandis que le bit est empreinte dans le plastique. Ce problème peut être résolu en augmentant la distance, que le bit doit voyager dans le plastique ; Ceci, cependant, laisse une possible incompatibilité avec des hauteurs de pilier et les diamètres de pilier-base pour de futures expériences. Méthodes doivent être développées afin de limiter la quantité de déviation de que l’échantillon des expériences, telles que l’augmentation de la température de la pointe pour limiter la résistance de la matière plastique ou à condition que l’échantillon de façon différente.

Alors que les défis restent à affiner le process d’emboutissage, la méthode décrite est efficace pour créer commandé des tableaux de géométrie comparable. La méthodologie utilisée pour créer des structures hemiwicking, ou toute fonction surface micro à motifs, indique que les échantillons peuvent être produits rapidement pour un traitement ultérieur à d’autres laboratoires ou sociétés de recherche à un faible coût et à un rythme plus rapide que les méthodes modernes. Ces structures hemiwicking peuvent être facilement fabriqués pour répliquer la courbure optimale de minces et mèche vitesse avant. La mèche vitesse avant serait mesurée à l’aide d’une caméra rapide analysant le fluid devant voyager de pilier sur le pilier. Simultanément, le profil de l’épaisseur et la courbure peut être obtenu en utilisant une approche de réflectométrie et interférométrie qui a été prouvée dans des expériences antérieures sur les piliers de bord⁶. Le caractère autorégulateur des structures mèche aidera à maintenir une région constante de minces pour analyse, malgré les différentes énergies de surface dans différents fluides et à la surface. Avec cette méthode, mèche de variantes de structure peut être fabriquée rapidement afin de comprendre les effets géométrie perméable située sur la région de minces et la mèche avant de différents fluides.

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.