Schaalbare stempel drukken en fabricage van Hemiwicking oppervlakken

Summary

Een eenvoudig protocol is bedoeld voor de fabricage van hemiwicking structuren van verschillende maten, vormen en materialen. Het protocol gebruikt een combinatie van fysieke stampen, PDMS molding en dunne-film oppervlakte wijzigingen via gemeenschappelijke materialen afzetting technieken.

Abstract

Hemiwicking is een proces waarbij een vloeistof wets een patroon oppervlak dan de lengte van de normale bedplassen als gevolg van een combinatie van capillaire actie en imbibition. Dit verschijnsel van bedplassen is belangrijk in vele technische gebieden variërend van fysiologie aan de luchtvaart-en Ruimtevaarttechniek. Op dit moment bestaan verscheidene verschillende technieken voor het fabriceren van hemiwicking structuren. Deze conventionele methoden, echter zijn vaak tijdrovend en moeilijk te schaal-up voor grote gebieden of zijn moeilijk om aan te passen voor specifieke, nonhomogeneous patronen geometrieën. De gepresenteerde protocol biedt onderzoekers met een eenvoudige, schaalbare, en kosteneffectieve methode voor het fabriceren van micro-patroon hemiwicking oppervlakken. De methode produceert wicking structuren door het gebruik van de stempel afdrukken, Polydimethylsiloxaan (PDMS) molding en dunne-film oppervlaktecoatings. Het protocol is voor hemiwicking met ethanol op PDMS micropillar arrays bedekt met een 70 nm dikke aluminium dunne-film aangetoond.

Introduction

Onlangs is er een toegenomen belangstelling voor zijnde kundig voor zowel actief als passief beheersen de bevochtiging, verdamping, en het mengen van vloeistoffen. Uniek getextureerde hemiwicking oppervlakken bieden een nieuwe oplossing voor het koelen van technieken, omdat deze gestructureerde oppervlakken als een vloeistof (en/of warmteopwekking) pomp zonder bewegende delen fungeren. Deze vloeiende bewegingen wordt gedreven door een cascade van capillaire actie gebeurtenissen die zijn gekoppeld aan de dynamische kromming van de vloeibare dunne-film. In het algemeen, wanneer een vloeistof wets een harde ondergrond, vormt een gebogen vloeibare dunne-film (dat wil zeggen, vloeibare meniscus) snel. De dikte van de vloeistof en de kromming profiel evolueren tot een minimum vrije-energie is bereikt. Ter referentie, kan dit dynamische bevochtiging profiel snel verval tot tientallen nanometer in dikte binnen een spanning (vloeistof-bevochtiging) lengte-schaal van enige tientallen micrometers. Dus, kan deze overgangsperiode (vloeistof-film) regio ondergaan ingrijpende veranderingen in de kromming van de vloeistof-interface. De overgangsperiode (dunne-film) regio is waar bijna alle dynamische natuurkunde en scheikunde afkomstig is. In het bijzonder is de overgangsperiode (dunne-film) regio maximale (1) verdampingssnelheden, (2) ont joining druk verlopen en (3) de hydrostatische druk verlopen^{1,2 geconstateerde}. Dientengevolge, spelen gebogen vloeistof-films een vitale rol in thermische vervoer, fasescheiding, vloeistof instabiliteit en het mengen van multi-component vloeistoffen. Bijvoorbeeld, met betrekking tot warmteoverdracht, zijn de hoogste muur warmte Lichtstromen waargenomen in deze zeer gebogen, overgangs dunne-film regio^3,4,5,6,7.

Recente hemiwicking studies hebben aangetoond dat de geometrie (b.v., hoogte, diameter, enz.) en de plaatsing van de pijlers bepalen het bedplassen voorste profiel en de snelheid van de vloeistof loopt via de structuren⁸. Als de vloeistof voorkant is verdamping uit het einde van de laatste structuur in een array, wordt de vloeistof voorkant onderhouden op een constante afstand en kromming, zoals de verdampte vloeistof wordt vervangen door de vloeistof in de wicking structuren⁹opgeslagen. Hemiwicking structuren zijn ook gebruikt in warmte leidingen en op kokend oppervlakken te analyseren en verbeteren van mechanismen voor de verschillende warmte overdracht. ^{10 , 11 , 12}.

Een methode die momenteel gebruikt voor het maken van wicking structuren is thermische Impressum lithografie¹³. Deze methode wordt uitgevoerd door stampen de gewenste lay-out in een weerstaan-laag van een steekproef van de schimmel silicium met een stempel van thermoplastisch polymeer, dan het verwijderen van de stempel om te handhaven de microstructuren. Zodra verwijderd, is het monster een reactieve ion etching proces om te verwijderen van de overtollige weerstaan laag^14,15doorgeschakeld. Dit proces, maar kan gevoelig zijn voor de temperatuur van de fabricage van de wicking structuren en bestaat uit meerdere stappen die gebruik maken van verschillende coatings om de juistheid van de wicking structuren¹⁶. Het klopt ook dat lithografie technieken niet praktisch voor de macro-schaal patronen zijn; terwijl zij nog steeds een manier bieden om een patroon van microstructuren op een oppervlak, is de doorvoer van deze procedure veel minder dan ideaal voor grootschalige reproductie. Gezien de grootschalige, reproduceerbare texturing, zoals rotatie of dip coating, is er een inherent gebrek controleerbaar patronen. Deze methoden maken van een willekeurige reeks van microstructuren op de doel oppervlakte maar ter dekking van enorm grotere gebieden dan traditionele lithografie technieken¹⁷kunnen worden geschaald.

Het protocol beschreven in dit verslag probeert te combineren van de sterke punten van traditionele texturing methoden terwijl het tegelijkertijd het elimineren van de specifieke zwakke punten van elk; het definieert een manier om het fabriceren van aangepaste hemiwicking structuren van verschillende hoogten, vormen, oriëntaties en materialen op een macro-schaal en met potentieel hoog debiet. Verschillende wicking patronen kunnen snel worden gemaakt met het oog op de optimalisatie van wicking kenmerken, zoals directionele controle van de snelheid van de vloeistof, vermeerdering en mengen van verschillende vloeistoffen. Het gebruik van verschillende wicking structuren bieden ook verschillende dikte van de dunne-film en kromming profielen, die kunnen worden gebruikt om de koppeling tussen warmte en massaoverdracht systematisch te studeren met verschillende dikte en profielen van de kromming van de vloeistof meniscus.

Protocol

1. Maak de patronen-kaart

1. Met behulp van een grafische editor, maak het gewenste patroon voor de hemiwicking-structuren weergegeven als een bitmapafbeelding.
   Opmerking: Sommige van de wicking ontwerpparameters (dat wil zeggen, hoek verloop, diepte verloop) kan naar worden gestreefd afhankelijk van de grijswaarden toegewezen aan elke pixel. Deze grijswaarden worden vervolgens bewerkt om te wijzigen de gewenste parameter.
2. Sla de bitmap als een draagbare netwerk afbeelding (.png) en plaats het bestand in een map beschikbaar.

2. het plaatsen van de Plastic worden geviseerd voor Molding

1. Beginnen met het vertalen van het stempelen beetje uit de buurt van de werkruimte om te voorkomen dat per ongeluk contact die leiden breuk van de tip (+z ontheemd, Figuur 1 tot kan).
2. Beveiligen van de plastic mal/wafer aan een plaat van de steun voor latere stempelen op de x, y vertaling fase stempelen (Zie Figuur 1). De plaat monster/steun beveiligen naar de x, y gemotoriseerde stempelen fase (Figuur 1)
3. Het midden van de plastic mal/wafer met de stempelen as van het stempelen bit uitlijnen. Dit wordt bereikt via geautomatiseerd ±x en ±y verplaatsingen met de x, y gemotoriseerde stempelen fase.
4. Vertalen van de stempelen bit naar de plastic mal/wafer (-z ontheemd, Figuur 1) totdat de stempelen bit bijna in contact met het oppervlak van de schimmel/wafer is.

3. stempelen het Plastic monster voor PDMS Molding

1. Met behulp van het geautomatiseerde stempelen besturingsprogramma, stel de afstand tussen de stempelen bit (tip) en de plastic mal/wafer oppervlak.
2. Vertalen van de stempelen bit in kleine stappen (-δz ontheemd, Figuur 1) naar de oppervlakte van het monster, totdat de tooling in contact met het plastic is.
   Opmerking: De bits moet alleen licht contact met het oppervlak.
3. Na contact, vertalen het stempelen beetje uit de buurt van het monster, tot het vermijden van elke mogelijke contact tussen het bit en de voorbeeldwebpagina tijdens de daaropvolgende vertaling (δz ≈ 100 μm).
4. Toewijzen van een pixel afstand (in micron), maximale en minimale holte diepte (in micron), maximale en minimale hoek (in graden), x en y pixel aanvangspositie van de patroon en pixel drempel voor elke grijstinten gekoppelde patronen voor het stempelen procedure.
5. Het uploaden van de kaart van de patronen (gemaakt in stap 1.1) om te worden gelezen door het programma. Op basis van de afstand van de pixel en de kaart van de patronen, worden de locaties van alle de stempels doorgestuurd naar de stappenmotoren.
6. Ervoor zorgen dat de verwarming laser is gericht op het puntje van de stempelen bit en alleen wordt geactiveerd terwijl de stempelen bit richting en in de plastic mal gaat.
7. De holten maken door de bits in het plastic in te drukken terwijl de kaart van de patronen om het patroon van de gewenste hemiwicking.
8. Verwijder de gestempelde plastic mal voor latere oppervlak overspuiten en polijsten.
9. Het oppervlak van de plastic mal met behulp van 9000 grit, fijnere nat/droog schuurpapier lak.
   Opmerking: Als alternatief, micro-mesh schurende kan worden gebruikt om ervoor te zorgen dat de verwijdering van de oppervlakte deposito's die rond de pijlers in de mal PDMS cratering oorzaak.

4. Maak het PDMS Molding

1. Giet 2 g van elastomeer basis en 0.2 g van de elastomeer uithardende agent in een bekerglas en meng grondig gedurende 3 minuten.
2. Plaats het mengsel in een geëvacueerd kamer om vrij van alle luchtbellen gevangen in het mengsel; deze stap wellicht meerdere malen worden herhaald.
   Opmerking: Voor voorbeelden van verschillende volume-eisen, aanpassen de hoeveelheid base en genezen agent nodig hebt terwijl het handhaven van een 10:1 verhouding.
3. Plaats de gestempelde plastic mal verpakkingsgasssen ommuurde, idealiter niet veel groter dan de buitendiameter van de schimmel, voor het genezen optreden.
4. Giet het PDMS mengsel gratis luchtzakken op de gestempelde plastic en binnen de container. Giet in een spiraal, beginnend vanaf het midden van het gestempelde gebied, om te proberen te verspreiden het mengsel PDMS als even mogelijk.
5. Herhaal stap 4.2 voor elke luchtzakken die kan hebben gevormd uit het gieten van het mengsel op de geperste patroon. Plaats het PDMS mengsel en plastic stuk met gestempelde patroon op een warm bord en verwarm de vergadering bij 100 ° C gedurende 15 minuten. Dan het verwarmen van een extra 25 min bij 65 ° C.
6. Laat het mengsel PDMS cool en remedie voor 20 min vóór hun behandeling.
7. Snij de randen van het PDMS plastic van de muur van de container en het PDMS plastic uit de mal te verwijderen. Bewaar het PDMS plastic in een overdekte container om te voorkomen dat stofdeeltjes van het verzamelen van op het oppervlak.

5. Neerlegging van de dunne-Film metaal op het PDMS

1. Leg het monster PDMS binnen de depositie kamer voldoende ruimte voor de sluiter worden geopend en gesloten ongehinderd verlaten.
2. Depressurize van de kamer van de depositie tot ten minste 10 mTorr.
3. Betrekken van de droge pompsysteem en de spin-tarief ingesteld op 75 kRPM. Kamer te bereiken van een druk op de orde van 10^-8 Torr toestaan.
   Opmerking: Dit zal de meeste verontreinigingen verwijderd van de vergaderzaal; duurt tot 12u om te voltooien.
4. Macht op de koeler en DC power supply en stel de macht om 55 W.
5. Open de klep van argon lichtjes en druk uitoefenen op de kamer tot 10^-3 Torr. Stel de droge pomp systeem 50 kRPM en wacht totdat deze ingestelde snelheid is bereikt.
6. Verminderen tot en met 35 W en depressurize de kamer 13 mTorr. Open de sluiter ontstoken plasma en de timer te starten.
   Opmerking: Ontstoken plasma moet afgeven aan een blauwe, gloeiende gloed. Timer moet worden vastgesteld voor de gewenste dikte van film storting. Er is bepaald dat voor 35 W en druk van ongeveer 13 mTorr, een tarief van 7 nm afzetting per minuut wordt verwacht.
7. Zodra de gewenste laagdikte is bereikt, sluit de sluiter en uitschakelen van de voeding.
8. Sluit alle van de kleppen in de vergaderzaal van de depositie en de droge pompsysteem uitschakelen. Tijd voor de fan van de droog-pomp om te komen tot een volledig einde te geven.
9. Langzaam de kamer druk uitoefenen, totdat zij lokale luchtdruk tot en verwijder het monster, slaan voor toekomstige experimenten.

Representative Results

Figuur 1 geeft een schematische voorstelling van hoe het stempelen mechanisme zou het maken van de mal voor de wicking structuren op een plastic mal. Voor het onderzoek naar de kwaliteit van het stempelen toestellen in het vervaardigen van wicking films, werden twee verschillende pijler matrices gecreëerd om de kwaliteit van de pijlers voor de toekomstige wicking experimenten te analyseren. Aspecten van het apparaat onderzocht werden de nauwkeurigheid van de hoogte van de pijlers (met en zonder een diepte verloop), de kwaliteit van de pijlers na het PDMS molding, de kwaliteit van de pijlers na de afzetting van sputter proces, en het vermogen van de structuren maken hemi-wicking. Om dit te bereiken, werden twee wicking patroon varianten gemaakt, een die een diepte verloop en een ander van eenvormige diepte weergegeven.

Figuur 2a toont de bitmap die werd gebruikt om de diepte en hoek verlopen maken. Het kan worden gezien dat elke pijler kolom een waarde van de verschillende grijstinten variërend van 0 tot 95 werd toegewezen. Dit werd gedaan om een verschillende diepte voor elke pijler-kolom. Cijfers 2b en 2 c weergeven de pijlers op het PDMS gemaakt door de molding proces. Hiermee wordt gecontroleerd dat de grijze schaalwaarden werden gebruikt de diepte in de kunststof plinten en dus de hoogte van de pijler van het PDMS steekproef van invloed. Tabel 1 overzicht van de gegevens uit het verloop van de diepte en toont het percentage van de verwachte hoogte uit het stempelen patroon. Deze gegevens werden verzameld uit metingen op 50 pijlers of één volledige matrix, weergegeven in Figuur 2. De verwachte hoogte van de zuil met de gegeven grijstinten waarden werden berekend op basis van de volgende vergelijking:

(1)

waar h_exp is de verwachte hoogte h_max is het maximale hoogte zoals gedefinieerd door de gebruiker, h_min is de minimale hoogte zoals gedefinieerd door de gebruiker, PT is de pixel drempel zoals gedefinieerd door de gebruiker en GSV is de grijstinten waarde. Het kan worden gezien dat voor een grijze schaalwaarde van nul (dat wil zeggen, zwart), de verwachte hoogte de maximumhoogte zullen en terwijl de grijstinten waarde gelijk aan de drempel van de pixel is, de verwachte hoogte de minimumhoogte zullen.

Figuur 3a geeft de bitmap-bestand gebruikt voor het maken van een grotere wicking structuur matrix van constante pijler hoogte. Elke zwarte pixel vertegenwoordigt een holte locatie, waarbij de afstand tussen stempelen exemplaren die zijn gedefinieerd in het programma door middel van de afstand van de pixel. Deze binaire aanpak, in tegenstelling tot Figuur 1a, maakt een uniforme array van hoek en pijler hoogten. Figuur 3b en 3 c voorzien van een boven en zijkant van de pijlers, respectievelijk. Het kan worden gezien dat ondanks een uniform-hoogte pijler-specificatie, het proces geproduceerd undersize pijlers. Terwijl de maximale hoogte is ingesteld op 100 μm, bleek dat de gemiddelde hoogte van de pijlers ongeveer 71.89 ± 10.18 μm, gebaseerd op 38 pijlers. Dit kan worden toegeschreven aan eventuele onvolkomenheden die gevonden kunnen worden in de holten wanneer ze worden aangebracht of als gevolg van mogelijke luchtzakken dat had gevormd en bleef in de gaten.

Figuur 4 geeft vier afzonderlijke beelden van de pijlers nadat aluminium werd gestort op het PDMS monster. Figuur 4a en 4b tonen de zij- en bovenaanzicht van de pijlers, respectievelijk, zonder een werkmedium in de wicking structuur. Vergelijkbaar met wat werd gezien met het PDMS monster, de hoogten van de steekproeven over elk van de pijlers niet consistent waren. De hoogten en de standaardafwijkingen van de PDMS en Al monsters zijn vergeleken en weergegeven in tabel 2. Deze gegevens werden verzameld na meten pijlers (n = 38) zowel vóór als na de afzetting van aluminium op de PDMS. Opmerkelijke oppervlakteruwheid was ook aanwezig; gevreesd wordt dat de schuren procedure gebruikt op de plaat monster aan het PDMS monster overgedragen en werd weerspiegeld op het oppervlak van de aluminium-film. Het is ook mogelijk dat de ruwheid uitsluitend wordt toegeschreven aan het proces van de depositie.

Figuur 4 c en 4 d visualiseren de kant en top uitzicht op de pilaren, respectievelijk met een werkmedium in de wicking structuur. Het werkmedium die werd gebruikt in dit voorbeeld was ethanol. Water doet de dezelfde hemi-wicking voorval echter niet vertonen als ethanol met dit voorbeeld doet. Dit fenomeen kan worden toegeschreven aan de volgende (of een combinatie van): 1) een niet-ideale oppervlaktetextuur, 2) residuele oppervlakteruwheid (zoals weergegeven in figuur 4b), 3) de onzuiverheden in de aluminium coating, en 4) te dun van een inheemse aluminium oxide-laag. Met dat gezegd, kon ethanol pit omdat de lyophilicity van de aluminium oxide gevormd dat op het aluminium oppervlak. Hoewel aluminium kooldioxide lyophilic is, toont het hydrofiele kenmerken, wicking die verbiedt dat het water niet meer. Het gebruik van chemische oppervlaktebehandelingen met de PDMS wicking structuur is een andere methode die kan worden gebruikt voor het wijzigen van de hydrophilicity van het monster -bijvoorbeeld, natte chemie verwerking kan worden gebruikt voor het maken van hydrophylic zelfassemblerende monolayers (SAMs)¹⁸ . Ondanks deze tekortkomingen bewijst dit dat de wicking structuur gemaakt door middel van de beschreven procedure kundig voor wekken hemi-wicking voor een werkmedium.

Figuur 1: het schema van het stempelen bit toestellen voor de vervaardiging van micro-patroon plastic mallen. De beweging van de plastic mal langs de x- en y- assen wordt bepaald door twee computergestuurde stepper motor/fasen (één voor elke richting). Ook worden het stampen van hoek (θ) en stempelen diepte (Δz) van het stempelen bit gecontroleerd door twee afzonderlijke en computergestuurde stepper motor/fasen. De verwarming computergestuurde laser wordt geactiveerd terwijl de bit is het creëren van de stempelen holte in de plastic mal. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 2: de diepte-verloop pijler matrix patroon en PDMS baseren. (a) de bitmap gebruikt voor het fabriceren van een 'diepte-verloop' micropillar-matrix. Voor inprenting, de pixel-drempel is ingesteld op 100, de maximale diepte is ingesteld op 100 μm, de minimale diepte is ingesteld op 25 μm en elke pixel is ingesteld op een afstand van 100 μm vertegenwoordigen. Op basis van deze waarden, wordt elke rij gescheiden door 100 μm, terwijl de afstand tussen twee pijlers binnen een rij 200 μm is. De grijstinten waarde van elke pixel bepaalt dat de afstand de stempelen bit reist in de plastic mal. Daarom, als de stijging van de grijstinten waarden gaan over de bitmap, verlagen de hoogten van de pijlers. De verwachte hoogte van de pilaren met de waarden van de bijbehorende grijstinten worden geleverd. (b) beelden van pijler kolommen 1 t/m 5 voor de PDMS base uit het gebied van de blauwe doos op de linker onderhoek van de Bitmap. (c) afbeeldingen van pijler kolommen 5 tot en met 10 voor de PDMS base in het rode vak op de bodem rechterbovenhoek van de bitmap. De afstand van de pixel afbeelding voor (b) en (c) is 0.335 μm/pixel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 3: het patroon en de PDMS baseren voor de wicking structuren voor hemiwicking. (a) de bitmap gebruikt voor het maken van de rechthoekige wicking structuur. De diepte is ingesteld op 100 μm en elke pixel is ingesteld op een afstand van 100 μm vertegenwoordigen. Aangezien alle grijstinten waarden hetzelfde in deze bitmap zijn, moeten alle van de pijler hoogten hetzelfde. Ook, vergelijkbaar met het patroon van Figuur 2, elke rij wordt gescheiden door 100 μm terwijl de afstand tussen twee pijlers binnen een rij 200 μm is. (b) een bovenaanzicht van de pijlers van het PDMS wicking structuur die is gegoten met behulp van de plastic mal op basis van de bitmap in (a). Resolutie van de afbeelding is 0.176 μm/pixel. (c) een zijaanzicht van de pijlers van het PDMS wicking structuur die is gegoten met behulp van de plastic mal op basis van de bitmap in (a). In tegenstelling tot de wicking structuren gepresenteerd in Figuur 2, de pijler hoogten in de wicking structuur meer consistent zijn qua hoogte. Resolutie van de afbeelding is 0.723 μm/pixel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 4: de wicking structuren na Al afzetting met en zonder hemiwicking. (a) een zijaanzicht van de wicking pijlers gemaakt in Figuur 3 na de afzetting Al zonder ethanol. De dikte van het aluminium bovenop de PDMS is ongeveer 70 μm. (b) een bovenaanzicht van de wicking pijlers gemaakt in Figuur 3 na de afzetting Al zonder ethanol. (c) een zijaanzicht van de wicking pijlers gemaakt in Figuur 3 na de afzetting Al met ethanol wicking in de structuren (de ethanol kan voornamelijk worden gezien langs de voet van de gerichte pijlers). (d) een bovenaanzicht van de wicking pijlers gemaakt in Figuur 3 na de afzetting Al met ethanol wicking in de structuren. Voor (a) en (c), de afbeeldingsresolutie is 0.723 μm/pixel en voor (b) en (d), de afbeeldingsresolutie 0.176 μm/pixel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Pijler	Grijze schaalwaarde	Verwachte hoogte (μm)	Gemeten hoogte (μm)	% van de verwachte
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

Tabel 1: De verwachte en de gemeten hoogten van alle kolommen van de pijler voor de kleurovergang patroon van diepte.

	Verwachte hoogte (μm)	Bedoel gemeten hoogte (μm)	Standaardafwijking (μm)
PDMS monster zonder Al storting	100	71.89	10.18
PDMS monster met Al borg	100	61.59	8.493

Tabel 2: PDMS met en zonder Al afzetting pijler hoogte vergelijking.

Discussion

Een methode is ingevoerd om te maken patroon pijler arrays voor hemiwicking structuren; Dit wordt bereikt door inprenting holtes op een plastic wafer met een gravure-apparaat dat patronen van een bitmap gemaakt door de gebruiker volgt. Een mengsel van PDMS is dan gegoten, genezen en bedekt met een dunne film van aluminium via afzetting. De kenmerken van de matrix pijler kunnen worden aangepast afhankelijk van de grijstinten waarde die is toegewezen in de bitmap volgens dit protocol. Dit cruciale aspect van patronen kunt maken een breed scala van mogelijke wicking structuren te testen die kan worden gebruikt in diverse toepassingen, waaronder onderzoek van dunne-film en directe toepassingen in zonnewarmtesystemen. Een ander gebied van verscheidenheid niet vermeld in de Resultaten van de vertegenwoordiger is het verloop van de hoek die kan worden geïmplementeerd in de matrix. Gelijkaardig aan het verloop van de diepte, de grijze schaalwaarde van verschillende pixels kunt wijzigt, wordt de hoek van de boor (θ, Figuur 1).

Een andere belangrijke stap die moet worden genoteerd is de oprichting van het PDMS base. Verschillen in de hoogtes van de pijler en de misvormingen op en rond de pijlers zijn gebruikelijk in de wicking structuren. Wordt het oppervlak met micro-gaas of schurende slurries bekrast helpt bij het creëren van symmetrische monsters en zelfs PDMS dikte. Daarnaast werden de evacuatie en warmtebehandeling processen ontworpen plaatsvinden gelijktijdig, zoals warmte-elementen zijn opgenomen binnen de schimmel zelf. Dit beperkt effectief behandeling door de gebruiker en eventuele bijbehorende onregelmatigheden, evenals de lucht besmetting (dat wil zeggen, stof deeltjes) tijdens de uithardende fase. Deze overwegingen zullen worden uitgevoerd voor toekomstige monsters.

De afzetting van materiaal op de PDMS base is een andere belangrijke stap die moet worden aangepast aan elk experiment. De in het protocol genoemde voorwaarden zijn aluminium specifieke en als zodanig moeten veranderen als de neerlegging materiële wijzigingen. Indien de voorkeur wordt een ander metaal, moeten veranderingen in vermogen, kamer druk en sputteren tijd worden gewijzigd om de ideale oppervlakte omstandigheden voor het gewenste deponeren materiaal. Voor toekomstige monsters, zal metalen met verschillende oppervlakte energieën (d.w.z., goud, germanium) worden gestort om te testen op hun respectieve wicking mogelijkheden. Bij de neerlegging van de verschillende metalen in de toekomst, moet het protocol worden bijgewerkt voordat het goed stort het gewenste metaal op het PDMS.

Het grootste probleem dat is ingevoerd in de procedure voor het maken van de hemiwicking-structuren is de oppervlakteruwheid van het monster. Het kan worden gezien dat oppervlak gebreken bestaan op de PDMS mal (Figuur 3b) en op het oppervlak van de Al (Figuur 3b, 3d); Dit kan vloeien voort uit het schuren proces of het metalen deposition proces. De oppervlakte gebreken worden beschouwd als problematisch zijn, zoals oppervlak gebreken de wicking snelheid voor en achter € afstand van het werkmedium kunnen aantasten. Een ideale experiment zou hebben een glad oppervlak op en tussen de pijlers, zodat de vloeistof kan doorstromen naar de wicking structuur ongehinderd door de oppervlakte voorwaarden. De voorgestelde oplossing is het gebruik van hogere rang (dat wil zeggen, fijnere korrel) schuurmiddelen voor de plastic wafer voorafgaand aan depositie, evenals meer schuren keer schuren. Zoals blijkt uit tabel 1 en tabel 2, de pijler hoogten niet zoals verwacht worden vervaardigd op basis van de waarden die zijn gegeven aan de stappenmotoren. Dit kan worden veroorzaakt door verlegging van het monster langs de stempelen as terwijl de bit is inprenting in de plastic. Dit probleem kan worden opgelost door het verhogen van de afstand die de bit heeft om te reizen naar de plastic; Dit, echter, laat een mogelijke inconsistentie met de pijler hoogtes en diameters van de pijler-base voor toekomstige experimenten. Methoden moeten worden ontwikkeld om de hoeveelheid van de uitwijking van die het monster ervaringen, zoals verhoging van de temperatuur van de tip om het beperken van de weerstand van het plastic of het monster op een andere manier beveiligen.

Terwijl uitdagingen blijven in de raffinage van het stempelen proces, is de beschreven methode effectief voor het creëren van arrays van vergelijkbare geometrie besteld. De methodologie die wordt gebruikt voor het maken van de hemiwicking structuren, of oppervlakte functie micro-patroon, toont dat monsters snel voor later te worden verwerkt op andere labs of onderzoeksbedrijven tegen een lage prijs en in een sneller tempo dan de hedendaagse methoden kunnen worden geproduceerd. Deze hemiwicking-structuren kunnen gemakkelijk worden vervaardigd om te repliceren de optimale dunne-film kromming en de voorste snelheid wicking. De wicking front snelheid zou worden gemeten met behulp van een high-speed camera analyseren de vloeistof voorkant reizen van pijler naar pijler. Tegelijkertijd, kan de dikte en de kromming profiel worden verkregen met behulp van een reflectometrie en interferometrie aanpak die in eerdere experimenten op de rand pijlers⁶is bewezen. Het zelfregulerend karakter van de wicking structuren zal helpen handhaven van een constante dunne-film-regio voor analyse, ondanks de verschillende oppervlakte energieën in verschillende vloeistoffen en op het oppervlak. Met deze methode, kan wicking structuur varianten worden vervaardigd snel ten behoeve van inzicht in de effecten wicking geometrie op de dunne-film regio en wicking voorzijde van verschillende vloeistoffen heeft.

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.