Summary
Простой протокол предоставляется для изготовления hemiwicking структур различных размеров, форм и материалов. Протокол использует сочетание физических тиснения, PDMS формования и тонкопленочных поверхностных модификаций через общие материалы осаждения техники.
Abstract
Hemiwicking представляет собой процесс, где жидкость смачивает поверхность узорной за пределы длины его нормального увлажнения благодаря сочетанию капиллярность и пропитывание. Это явление смачивания имеет важное значение во многих технических областях, начиная от физиологии до аэрокосмической техники. В настоящее время для изготовления hemiwicking структур существуют несколько различных методов. Эти традиционные методы, однако, зачастую много времени и трудны для масштабирования для крупных районов или трудны для настройки для конкретных, неоднородных патронирования геометрий. Представленные протокол обеспечивает исследователей с простым, масштабируемые и эффективный метод для изготовления микро узорные hemiwicking поверхностей. Этот метод производит влагу структур с использованием печати, полидиметилсилоксан (PDMS) формования и тонкопленочных покрытий поверхности. Протокол продемонстрировал для hemiwicking с этанолом на PDMS micropillar массивы, покрытые 70 нм толщиной алюминия тонкопленочных.
Introduction
Последнее время наблюдается повышенный интерес к возможности активно и пассивно контролировать смачивания, испарения и перемешивания жидкостей. Однозначно текстурированных hemiwicking поверхности обеспечивают оригинальное решение для охлаждения методы, потому что эти текстурированной поверхности выступать в качестве жидкости (или тепло) насос без подвижных частей. Это движение жидкости управляется Каскад капиллярность событий, связанных с динамической кривизны жидкого тонкопленочных. В общем когда жидкость смачивает твердой поверхности, изогнутые жидкого тонкопленочных (т.е., жидкий мениска) быстро образует. Жидкости толщина и кривизны профиля развиваться до минимума свободно энергии. Для справки этот профиль динамической смачивания может быстро распада десятков нанометров толщиной в связующего (жидкость смачивания) Длина масштабе только десятков микрометров. Таким образом этот переходный региона (жидкость фильм) могут претерпевают значительные изменения в жидкость интерфейса кривизны. Переходные (тонкопленочных) регион является, где происходит почти все динамической физики и химии. В частности переходных (тонкопленочных) регион является, где испарения максимальное (1), (2) дис присоединения градиентов давления и градиентов (3) гидростатического давления находятся1,2. В результате изогнутые жидкость фильмы играют важную роль в тепловой транспорта, разделение фаз, жидкости неустойчивостей и смешивания многокомпонентной жидкости. Например в отношении передачи тепла, наблюдались высокие стены потоков тепла в этой весьма изогнутые, переходный тонкопленочных региона3,4,5,6,7.
Недавние hemiwicking исследования показали, что геометрия (например, высота, диаметр и т.д.) и размещение опор определяют смачивания фронт профиль и скорости жидкости, проходящей через структуры8. Как фронт жидкости испаряется от конца последнего структуры массива, жидкости фронт поддерживается на постоянном расстоянии и кривизны, как испаряющейся жидкости сменяется жидкости, хранящиеся в влагу структуры9. Hemiwicking структур использовались также в тепловых труб и на кипящей поверхностях для анализа и улучшения механизмов передачи различных тепла. 10 , 11 , 12.
Один из методов, в настоящее время используется для создания влагу структур является тепловой отпечаток литографии13. Этот метод выполняется путем штамповки нужный макет в сопротивлять слой на образце формы кремния с отметкой термопластичный полимер, а затем удаление отметку для поддержания микроструктур. После удаления, образец помещается через реактивного ионного травления процесс, чтобы удалить любой избыток противостоять слой14,15. Этот процесс, однако, могут быть чувствительны к температуре изготовление влагу структур и включает в себя несколько шагов, которые используют различные покрытия для обеспечения точности влагу структуры16. Это также случай, который литографии методы не являются практичным для макро масштабе кучность; Хотя они по-прежнему предоставляют способ для создания шаблона микроструктур на поверхности, пропускная способность этой процедуры гораздо меньше, чем идеально подходит для крупномасштабных воспроизводства. Учитывая крупномасштабных, воспроизводимые текстурирование, таких как спина или dip покрытия, является неотъемлемым отсутствие контролируемый патронирования. Эти методы создания случайного массива микроструктур на поверхности целевого но может масштабироваться для покрытия значительно больше областей, чем традиционные литографии методы17.
Протокола, изложенные в настоящем докладе предпринимается попытка совместить преимущества традиционных методов текстурирования при одновременно устранения конкретных недостатков каждого; Он определяет способ изготовления пользовательских hemiwicking структур различных высот, формы, ориентации и материалов в макро-масштабе и с потенциально высокой пропускной способности. Различные влагу шаблоны могут быть быстро созданы с целью оптимизации влагу характеристики, такие как распределители жидкости скорости, распространения и смешивания различных жидкостей. Использование различных влагу структур также может предоставить различной толщины тонкопленочных и кривизны профилей, которые могут быть использованы для систематически изучать связь между тепло- и массообмена с различной толщины и кривизны профили жидкости мениска.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Создайте карту патронирования
- Используя графический редактор, создайте нужный шаблон для hemiwicking структур, представлено как растровое изображение.
Примечание: Некоторые из влагу конструктивных параметров (то есть, угол градиента, глубина градиент) можно сделать быть зависимым от серого значения, присвоенные каждому пикселу. Эти значения серого затем редактировать для того чтобы изменить нужный параметр. - Сохранить растровое изображение как переносимая сетевая графика (.png) и поместите файл в папку легко доступны.
2. размещение к быть штамп для литья пластика
- Начать с перевода штамповки бит от рабочей области, чтобы избежать случайного контакта, что может привести к поломке кончик (+z перемещения, рис. 1).
- Защиты пластик, штамповка формы/пластин для опорного диска для последующей штамповки на x, y перевод этапе (см. Рисунок 1). Безопасный пластину образца/бэк на x, y моторизованные штамповки стадии (рис. 1)
- Выровняйте по центру пластиковые плесень/пластин с осью тиснение тиснение бита. Это осуществляется через компьютеризированные ±x и ±y перемещения с этапа x, y моторизованные штамповки.
- Перевести штамповки бит к пластиковые плесень/пластин (-z -смещение, рис. 1) до тех пор, пока штамповки бит почти соприкасается с поверхности плесень/пластин.
3. Штамповка пластиковые образца для PDMS формования
- Используя программу управления компьютеризированной штамповки, установите расстояние между штамповки бит (Совет) и поверхности пластиковые плесень/пластин.
- Перевести штамповки бит в малых приращений (-δz перемещения, рис. 1) к поверхности образца до тех пор, пока оснастка находится в контакте с пластик.
Примечание: Бит должен только слегка контакт поверхности. - После контакта перевод штамповки бит от образца, чтобы избежать любого возможного контакта между бит и образец во время последующего перевода (δz ≈ 100 мкм).
- Назначить пиксель расстояние (в микронах), полости максимальная и минимальная глубина (в микронах), максимальный и минимальный угол (в градусах), начальное положение x и y пикселя шаблон, и порог пикселя для любых связанных патронирования серого для тиснения процедура.
- Загрузите карту патронирования (создана на шаге 1.1) чтобы быть прочитаны программой. Основываясь на пиксель расстояние и карта патронирования, расположение всех марок отправляются в шаговых двигателей.
- Убедитесь, что Отопление лазера сосредоточено на кончике штамповки бит и только активирует в то время как штамповка бит движется в сторону и в пластиковые формы.
- Создайте полостей, нажав бит в пластик следуя патронирования карту для достижения желаемого hemiwicking шаблон.
- Удаление штампованные пластиковые формы для последующих поверхности лакокрасочного покрытия и полировка.
- Польский на поверхности пластмасс с использованием 9000 зернистости, тонкой влажной/сухой наждачной бумагой.
Примечание: в качестве альтернативы, микро сетки абразивные может использоваться для обеспечения удаления поверхностных отложений, что причиной образования кратеров вокруг колонны в форме PDMS.
4. Создайте PDMS формовочные
- Налейте в стакан 2 g эластомера базы и 0,2 г отвердителя эластомер и смешать тщательно за 3 мин.
- Поместите смесь в эвакуированных камеру освободить любые воздушные пузыри, оказавшихся в смеси; Этот шаг придется повторить несколько раз.
Примечание: Для образцов различного объема требований, отрегулируйте количество базовых и отверждения агента по мере необходимости при сохранении в соотношении 10:1. - Место штамп прессформа в контейнер стеной, в идеале не намного больше, чем наружный диаметр форма для полимеризации происходит.
- Вылейте смесь PDMS бесплатно воздушных карманов на декоративного пластика и внутри контейнера. Налейте в спираль, начиная от центра области штамп, чтобы попытаться максимально равномерно PDMS смесь.
- Повторите шаг 4.2 для любых воздушных карманов, которые могут быть сформированы из заливки смеси на шаблоне штамп. Поместите смесь PDMS и пластиковые кусок с печатью узором на горячей пластине и тепла Ассамблее на 100 ° C в течение 15 мин. Затем тепло дополнительные 25 мин при температуре 65 ° C.
- Позвольте смеси PDMS для охлаждения и лечения за 20 мин до обработки.
- Вырезать края PDMS пластика от стены контейнера и удалите пластиковые PDMS от плесени. Храните в закрытом контейнере, чтобы избежать пыли от сбора на поверхности PDMS пластика.
5. нанесения тонкопленочных металла на PDMS
- Поместите образец PDMS внутри камеры осаждения, оставляя достаточно места для затвор, чтобы быть открыты и закрыты беспрепятственным.
- Сбросьте давление в емкости осаждения камере по крайней мере 10 mTorr.
- Взаимодействовать с системой сухой насос и установите скорость отжима 75 kRPM. Позвольте камере достичь давление порядка 10-8 Торр.
Примечание: Это будет удалить большинство загрязнений из камеры; процесс может занять до 12 часов для завершения. - Мощность на кулер и питания постоянного тока питания и установить власть до 55 Вт.
- Открыть клапан аргон слегка и давление камере порядку 10-3 Торр. Установите сухой насос системы 50 kRPM и ждать, пока не будет достигнута эта скорость.
- Снизить мощность до 35 Вт и сбросьте давление в емкости камеры до 13 mTorr. Откройте затвор на воспламененном плазмы и запустить таймер.
Примечание: Воспламененном плазмы должно выделяют свечение синий, лампы накаливания. Таймер должен быть установлен для требуемой толщины пленки месторождения. Было установлено, что для 35 Вт и давления приблизительно 13 mTorr, 7 Нм осаждения в минуту ожидается. - После того, как был достигнут желаемый фильм толщина, закройте затвор и отключите источник питания.
- Закройте все клапаны внутри камеры осаждения и выключить сухой насос системы. Дать время для вентилятора сухой насос прийти к полной остановке.
- Медленно давление камеры, пока он не достигнет местного атмосферное давление и удалить образец, хранить его для дальнейших экспериментов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Рисунок 1 содержит схематическое изображение как штамповка механизм создаст плесень для влагу структур на пластиковые плесень. Исследовать качество тиснения аппарат в производстве влагу фильмов, два различных компонента массивы были созданы для анализа качества основ для будущих влагу экспериментов. Аспекты расследования аппарата были точность Высота столбов (с и без глубины градиента), качество столбов после формования PDMS, качество столбов после процесса осаждения распыления и способность структуры для создания hemi влагу. Для этого два влагу шаблон вариантов были созданы, который отображается глубина градиент и другой единого глубины.
Рисунок 2a показывает растрового изображения, который был использован для того чтобы создать глубину и угол градиента. Можно увидеть, что каждый столбец столба был назначен значение разные оттенки серого, колеблется от 0 до 95. Это было сделано для того, чтобы иметь различные глубины для каждого столбца столба. Цифры 2b и 2 c отображения столбов на PDMS, созданные в процессе формования. Это подтверждает, что были использованы значения серого влияние глубины в пластиковые литья под давлением и, следовательно, высота столба на образце PDMS. В таблице 1 описываются данные из глубины градиента и показывает процент ожидаемой высоте от штамповки шаблон. Эти данные были собраны из измерений на 50 столбов, или один полный массив, отображены на рисунке 2. Ожидаемые высота столба значениями данного серого были рассчитаны из следующего уравнения:
(1)
где hexp является ожидаемый рост, hМакс является максимальная высота определяется пользователем, hмин — это минимальная высота, определенных пользователем, PT это порог пикселя, как определяется пользователем и GSV является серая шкала значение. Можно увидеть, что для серого значение нулевым (то есть, черный), ожидаемый высота будет максимальная высота и хотя значение шкалы серого цвета равно порог пикселя, ожидаемый рост будет минимальной высоты.
На рисунке 3a показывает файл растрового изображения, используемый для создания больших влагу структуры массива постоянного столба высотой. Каждый Черный пиксел представляет расположение полости, с расстоянием между штамповки экземпляры, определенные в программе через расстояние пикселей. Этот бинарный подход, в отличие от Рисунок 1a, создает единый массив угол и столба высот. Рисунок 3b и 3 c предоставляют верхней и боковой вид столбов, соответственно. Можно увидеть, что несмотря на спецификацию Униформа высота столба, процесс производства уменьшен столбов. В то время как максимальная высота был установлен до 100 мкм, было установлено, что средняя высота столбов было примерно 71.89 ± 10.18 мкм, основанный на 38 столбов. Это может объясняться возможные недостатки, которые могут быть найдены в полостях а они сделаны или из-за возможных воздушных карманов, которые сформированы и оставался в отверстия.
Рисунок 4 показывает четыре отдельных изображения из столпов после алюминия был сдан на хранение на образце PDMS. На рисунке 4a и 4b показывают стороны и вид сверху столбов, соответственно, без рабочей жидкости в структуре влагу. Похоже на то, что видели с PDMS образца, высот образцы не были последовательно во всех основных. Высоты и стандартных отклонений PDMS и Аль образцов сравниваются и отображается в таблице 2. Эти данные были собраны после измерения столбов (n = 38) как до, так и после осаждения алюминия на PDMS. Присутствовал также заметные шероховатость поверхности; считается, что шлифовальный процедура, используемая на табличке образца переданы PDMS образца и была зеркальной поверхности алюминиевой пленки. Это также возможно, что шероховатости исключительно приписывается процесса осаждения.
Рисунок 4 c и 4 d визуализировать стороне и лучшие виды опор, соответственно, с рабочей жидкости в структуре влагу. Рабочая жидкость, которая используется в этом примере был этанола. Однако вода не проявляют же hemi влагу возникновение как этанол делает с этим образцом. Это явление можно объяснить следующее (или комбинация): 1)-идеал текстуры поверхности, 2) остаточной шероховатости поверхности (как показано на рис. 4b), 3) примесей в алюминиевое покрытие и 4) слишком тонкого слоя родной оксида алюминия. С учетом сказанного этанол смогла фитиль, потому что lyophilicity оксида алюминия, формируется на поверхности алюминия. Хотя двуокись алюминия лиофильные, он не показывает гидрофильные характеристики, запрещающие впитываемость воды. Использование химической обработки поверхности PDMS влагу структуры является еще один метод, который может использоваться для изменения гидрофильность образца -например, мокрой химии обработки могут быть использованы для создания самостоятельной сборки монослои гидрофильное (SAM)18 . Несмотря на эти недостатки это доказывает, что влагу структуры, созданные с помощью описанной процедуры могут создавать hemi влагу для рабочей жидкости.
Рисунок 1: схема тиснение бит аппарат для изготовления пластиковых форм микро узорные. Движение прессформа по осям x- и y- определяется двумя компьютерным управлением шаговый мотор/этапы, (по одному для каждого направления). Аналогичным образом тиснение угол (θ) и тиснения глубины (zΔ) штамповки бит контролируются два отдельных, компьютерным управлением шаговый мотор/этапов. Управляемая компьютером Отопление лазер активируется в то время как бит создает полости штамповки пластмасс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: глубина градиент столба массива шаблон и PDMS. () объект bitmap используется для изготовления массив «глубина градиент» micropillar. Импринтинг, порог пиксель равен 100, максимальная глубина устанавливается до 100 мкм, минимальная глубина равным 25 мкм, и каждый пиксел имеет значение для представления на расстоянии 100 мкм. Основываясь на этих значениях, каждая строка отделена 100 мкм в то время как расстояние между двумя столбами в строке-200 мкм. Значение шкалы серого цвета каждого пикселя определяет расстояние штамповки бит путешествия в пластиковые плесень. Таким образом, увеличение значения серого, происходит через точечный рисунок уменьшение высоты опор. Ожидаемых высот столбов с соответствующими значениями серого предоставляются. (b) изображения столба колонок 1-5 для PDMS базы из области blue box в левом нижнем углу растрового изображения. (c) изображения столба колонки 5-10 на базе PDMS от красное поле в нижнем правом углу растрового изображения. Расстояние пиксель изображения для (b) и (c) составляет 0,335 мкм/пиксель. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: шаблон и PDMS базы для влагу структур для hemiwicking. () объект bitmap используется для создания прямоугольных влагу структуры. Глубина устанавливается до 100 мкм и каждый пиксел имеет значение для представления на расстоянии 100 мкм. Поскольку все значения шкалы серого цвета совпадают в этом изображении bitmap, все столба высот должно быть то же самое. Кроме того аналогичные схеме на рисунке 2, каждая строка отделена 100 мкм в то время как расстояние между двумя столбами в строке-200 мкм. (b) вид сверху из столпов структуры PDMS влагу, которая литье пластмасс на основе точечного в (a)с помощью. Разрешение изображения — 0,176 мкм/пиксель. (c) вид сбоку столпов структуры PDMS влагу, которая литье пластмасс на основе точечного в (a)с помощью. В отличие от структуры влагу, представлена на рисунке 2высота столба в структуре влагу более последовательным в высоту. Разрешение изображения – 0.723 мкм/пиксель. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: влагу структуры после Аль осаждения с и без hemiwicking. (a) сбоку влагу столбов, созданный на рисунке 3 после осаждения Аль без этанола. Толщина алюминия на вершине PDMS составляет примерно 70 мкм. (b) вид сверху влагу столбов, созданный на рисунке 3 после осаждения Аль без этанола. (c) вид сбоку влагу столбов, созданный на рисунке 3 после осаждения Аль с этанолом, влагу в структурах (этанола основном видно вдоль основания целенаправленного столбов). (d) вид сверху влагу столбов, созданный на рисунке 3 после осаждения Аль с этанолом, влагу в структурах. Для (а) и (c)разрешение изображения – 0.723 мкм/пиксель и (b) и (d), разрешение изображения — 0,176 мкм/пиксель. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
| Столба | Значение шкалы серого цвета | Ожидаемый рост (мкм) | Измеренной высоты (мкм) | % от ожидаемого |
| 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 |
Таблица 1: Ожидаемый и измеренной высоты всех столбцов столба для градиента шаблона глубины.
| Ожидаемый рост (мкм) | Значит, измеренной высоты (мкм) | Стандартное отклонение (мкм) | |
| PDMS образца без Аль депозит | 100 | 71.89 | 10.18 |
| PDMS образца с Аль депозит | 100 | 61.59 | 8.493 |
Таблица 2: PDMS с и без осаждения Аль столба высотой сравнения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Метод был введен для создания массивов узорной компонент для hemiwicking структур; Это достигается путем импринтинга полостей на пластиковых пластин гравировка аппаратом, ниже кучность из растрового изображения, созданные пользователем. PDMS смесь затем выливают, вылечить и покрытая тонкой пленкой алюминия через осаждения. Характеристики массива столба может настраиваться в зависимости от значение шкалы серого цвета, назначенного в растровое изображение после этого протокола. Это важнейшим аспектом патронирования можно создавать широкий спектр возможных влагу структур для тестирования, который может быть использован в различных приложениях, в том числе тонкопленочных исследований и прямого применения в тепловых систем. Еще одной областью разнообразие, не упоминается в Результатах представитель является угол градиента, который может быть реализован в массиве. Подобно глубины градиент, изменив значение шкалы серого цвета различных точек можно изменить угол сверла (θ, рис. 1).
Еще одним важным шагом, который следует принять к сведению является создание базы PDMS. Различия в высоте столба и деформации на и вокруг столбов являются общими в структуре влагу. Абразивной поверхности с микро сетки или абразивные суспензии помогает создавать симметричный образцы и даже PDMS толщина. Кроме того процесс эвакуации и термической обработки были разработаны для происходят одновременно, как нагревательные элементы были включены в пределах самой формы. Это эффективно ограничивает обработку пользователя и любые связанные нарушения, а также загрязнение воздуха (т.е., частицы пыли) на этапе отверждения. Эти соображения будут осуществляться для будущих образцов.
Осаждением материала на базе PDMS является еще одним важным шагом, которые должны быть адаптированы для каждого эксперимента. Условия, упомянутые в протоколе конкретных алюминия и таким образом, необходимо изменить как внесение существенных изменений. Если другого металла является предпочтительным, изменения в мощности, давление в камере и распыления время должно быть изменено для того чтобы получить идеальные поверхности условия для желаемого сдачи материала. Для будущих образцов металлов с поверхности различных энергий (т.е., золото, германий) будут зачислены для тестирования их соответствующих возможностей влагу. При сдаче различных металлов в будущем, протокол должны быть обновлены с тем, чтобы должным образом депозит желаемого металла на PDMS.
Самая большая проблема, которая была введена в порядок hemiwicking структур является шероховатость поверхности образца. Можно увидеть, что дефекты поверхности существует на плесень PDMS (Рисунок 3В) и на поверхности Аль (Рисунок 3В, 3d); Это может остановить от шлифовальный процесс или процесс осаждения металла. Дефекты поверхности рассматриваются как проблемно, как поверхностные дефекты могут влиять на влагу скорость и Фронт расстояние рабочей жидкости. Идеальный эксперимент будет иметь гладкую поверхность и между столбами, поэтому может течь через структуру влагу, презрев условий на поверхности жидкости. Предлагаемое решение заключается в использовании высшего класса (т.е., тонкой зернистости) абразивные для шлифования пластиковые пластины до осаждения, а также длительных шлифовальных раз. Как видно из таблицы 1 и 2, компонент, который высот не производятся, как ожидалось на основе значений для шаговых двигателей. Это может быть связано прогиб образца вдоль оси тиснения, в то время как бит импринтинга в пластик. Этот вопрос может быть решен путем увеличения расстояния, на которое бит имеет путешествовать в пластик; Это, однако, оставляет возможное несоответствие с высоты столба и диаметра столба база для дальнейших экспериментов. Методы должны быть разработаны для того, чтобы ограничить объем прогиб, которую испытывает образец, например повышение температуры кончика ограничить сопротивления из пластика, или обеспечение образца другим способом.
Хотя проблемы остаются в совершенствовании процесса штамповки, указывается метод эффективен для создания приказал массивы сопоставимых геометрии. Методология, используемая для создания структур hemiwicking, или любой микро узорные поверхности функция, показывает, что образцы могут быть быстро произведены для последующей обработки в других лабораториях или исследовательских компаний по низкой цене и более быстрыми темпами, чем современные методы. Эти hemiwicking структуры могут быть легко изготовлены для репликации оптимального тонкопленочных кривизны и влагу передней скорости. Влагу передней скорость будет измеряться с помощью высокоскоростной камеры анализ жидкости фронт, путешествие от столба для столба. Одновременно толщина и кривизны профиля можно получить с помощью рефлектометрии и интерферометрия подход, что было доказано в предыдущих экспериментах на краю столбов6. Саморегулирующаяся характер влагу структур будет способствовать поддержанию постоянной тонкопленочных региона для анализа, несмотря на различные поверхности энергии в различных жидкостях и на поверхности. С помощью этого метода влагу варианты структуры могут быть изготовлены быстро для целей понимания влияния, которое влагу геометрии на тонкопленочных региона и влагу передней части различных жидкостей.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы имеют не раскрытие упоминать этот документ.
Acknowledgments
Этот материал основан на исследования, частично при поддержке управления военно-морских исследований США Грант № N00014-15-1-2481 и Национальный научный фонд под Грант № 1653396. Мнения и выводы, содержащиеся в настоящем документе являются мнениями авторов и не должны толковаться как обязательно представляющие официальную политику или одобрения, либо явно выраженных или подразумеваемых, в США управлением военно-морских исследований, Национальный научный фонд, или Правительство Соединенных Штатов.
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. |
References
- Plawsky, J. L., et al. Nano- and Micro-structures for Thin Film Evaporation - A Review. Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering. 18, 251-269 (2014).
- Derjaguin, B. V., Churaev, N. V. On the question of determining the concept of disjoining pressure and its role in the equilibrium and flow of thin films. Journal of Colloid and Interface Science. 66, 389 (1978).
- Ma, H. B., Cheng, P., Borgmeyer, B., Wang, Y. X. Fluid flow and heat transfer in the evaporating thin film region. Microfluidics and Nanofluidics. 4 (3), 237-243 (2008).
- Hohmann, C., Stephan, P. Microscale temperature measurement at an evaporating liquid meniscus. Experimental Thermal and Fluid Science. 26 (2-4), 157-162 (2002).
- Potask, M. Jr, Wayner, P. C. Jr Evaporation from a two-dimensional extended meniscus. International Journal of Heat Mass Transfer. 15 (10), 1851-1863 (1972).
- Panchamgam, S. S., Plawsky, J. L., Wayner, P. C. Microscale heat transfer in an evaporating moving extended meniscus. Experimental Thermal and Fluid Science. 30 (8), 745-754 (2006).
- Arends, A. A., Germain, T. M., Owens, J. F., Putnam, S. A. Simultaneous Reflectometry and Interferometry for Measuring Thin-film Thickness and Curvature. Review of Scientific Instruments. 89 (5), (2018).
- Zhu, Y., Antao, D. S., Lu, Z., Somasundaram, S., Zhang, T., Wang, E. N. Prediction and characterization of dry out heat flux in micropillar wick structures. Langmuir. 32 (7), 1920-1927 (2016).
- Kim, J., Moon, M. W., Kim, H. Y. Dynamics of hemiwicking. Journal of Fluid Mechanics. 800, 57-71 (2016).
- Ding, C., Soni, G., Bozorgi, P., Meinhart, C. D., MacDonald, N. C. Wicking Study of Nanostructured Titania Surfaces for Flat Heat Pipes. Nanotech Conference & Expo. , Houston, TX. (2009).
- Chen, R., Lu, M. C., Srinivasan, V., Wang, Z., Cho, H. H., Majumdar, A. Nanowires for Enhanced Boiling Heat Transfer. Nano Letters. 9 (2), 548-553 (2009).
- Kim, B. S., Choi, G., Shim, D. II, Kim, K. M., Cho, H. H. Surface roughening for hemi-wicking and its impact on convective boiling heat transfer. International Journal of Heat and Mass Transfer. 102, 1100-1107 (2016).
- Mikkelsen, M. B., et al. Controlled deposition of sol-gel sensor material using hemiwicking. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (11), (2011).
- Haatainen, T., Ahopelto, J. Pattern Transfer using Step&Stamp Imprint Lithography. Physica Scripta. 67 (4), 357-360 (2003).
- Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. Nanoimprint lithography. Journal of vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 14 (6), 4129 (1996).
- Pozzato, A., et al. Superhydrophobic surfaces fabricated by nanoprint lithography. Microelectronic Engineering. 83 (4-9), 884-888 (2006).
- Nair, R. P., Zou, M. Surface-nano-texturing by aluminum-induced crystallization of amorphous silicon. Surface and Coatings Technology. 203 (5-7), 675-679 (2008).
- Ashby, P. D., Lieber, C. M. Ultra-sensitive Imaging and Interfacial Analysis of Patterned Hydrophilic SAM Surfaces Using Energy Dissipation Chemical Force Microscopy. Journal of the American Chemical Society. 127 (18), 6814-6818 (2005).
