Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

הוכחת הרעיון עבור ממברנות גז-הראפ נגזר מהמים אוהבי מים2/Si/sio2 וופלים עבור התפלה ירוק

Published: March 1, 2020 doi: 10.3791/60583
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 2, 1
1Water Desalination and Reuse Center (WDRC), Biological and Environmental Science and Engineering (BESE) Division, King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), 2Core Labs, King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)

Summary

מוצג כאן הוא פרוטוקול החורגים למימוש ממברנות גז הראפ (אבני חן) מ SiO2/Si וופלים באמצעות טכנולוגיית מיקרו מעגלים משולבים. כאשר סיליקה-אבני חן שקועים במים, החדירה של מים נמנעת, למרות הרכב חובב מים של סיליקה.

Abstract

התפלה באמצעות מגע ישיר ממברנה זיקוק (dcmd) מנצל את הממברנות מים ממברנות כדי מכבש להפריד זרמים נגד זורמים של מי ים חמים ומלוחים ממים קרים וטהורים, ובכך מאפשר רק אדי מים טהורים לעבור. כדי להשיג את הישג זה, ממברנות DCMD מסחרי נגזרות או מצופה עם מים דוחה הופעת בהופעה כגון polyטטרפלואורואתילן (מצופה) ו polyvinylidene difluoride (PVDF). עם זאת, השימוש של perfluoroפחמנים הוא הגבלת בשל העלות הגבוהה שלהם, non-biodegradability, ואת הפגיעות בתנאים תפעוליים קשים. חשפה כאן הוא מחלקה חדשה של קרום המכונה ממברנות גז מותמר (אבני חן) כי יכול להיות האוויר ברוטי המלח על הטבילה במים. אבני חן להשיג פונקציה זו על ידי המיקרומבנה שלהם ולא איפור כימי שלהם. עבודה זו ממחישה הוכחה של קונספט של אבני חן באמצעות הרטבה מיסודה SiO2/Si/sio2 וופלים כמו מערכת המודל; את זווית המגע של מים על SiO2 הוא θo ≈ 40 °. סיליקה-אבני חן היו 300 μm-הנקבוביות הארוכות שלהם בקטרים (2 μm-long) ואזורי השקע היו קטנים באופן משמעותי; זה מבנה בלתי מתמשך גיאומטריים, עם 90 מעלות פונה אל אינלטס ושקעים, ידוע בשם "מיקרו מרקם reentrant". פרוטוקול המיקרו-הייצור של סיליקה-אבני חן כרוך בעיצוב, פוטוגרפיה, התזה כרום, ותחריט איזוטרופי ואנאיזוטרופי. למרות הטבע האוהב של סיליקה, מים לא מפריע סיליקה-אבני חן על התהום. למעשה, הם בקושי האוויר מתחת למים ולשמור אותו ללא פגע גם אחרי שישה שבועות (> 106 שניות). לעומת זאת, ממברנות סיליקה עם נקבוביות פשוטות באופן ספונטני שתיית מים (< 1). ממצאים אלה מדגישים את הפוטנציאל של ארכיטקטורת אבני החן לתהליכי הפרדה. בעוד הבחירה של SiO2/Si/sio2 וופלים עבור אבני חן מוגבל להפגין את הוכחת הרעיון, הוא צפוי כי הפרוטוקולים והמושגים המוצגים כאן יקדם את העיצוב הרציונלי של אבני חן מדרגיים באמצעות חומרים נפוצים זולים להתפלת ומעבר.

Introduction

כאשר הלחץ על המים/מזון/אנרגיה/משאבים סביבתיים מסלים, טכנולוגיות וחומרים ירוקים יותר עבור התפלה נדרשים1,2. בהקשר זה, מגע ישיר ממברנה זיקוק (dcmd) התהליך יכול לנצל אנרגיה סולארית או פסולת התעשייה חום להתפלת מים3,4. Dcmd מנצל את הקרומים לחומר דוחה מים כדי להפריד נחלים נגד זרמים של מי ים חמים ומים קרים, המאפשרים רק אדי מים טהורים להעביר מהצד החם לקור5,6,7,8,9. ממברנות DCMD מסחרי כמעט באופן בלעדי לנצל perfluoroפחמנים בגלל דוחה המים שלהם, מאופיין זווית מגע פנימית של מים, θo ≈ 110 °10. עם זאת, perfluoroפחמנים הם יקרים, והם מקבלים ניזוק בטמפרטורות גבוהות11 ועל ניקוי כימי קשה12,13. Biodegradability שלהם גם מעלה חששות סביבתיים14. לפיכך, חומרים חדשים עבור DCMD נחקרו, למשל, פוליפרופילן15, פחמן צינוריות16, ו אורגאוסיליקה17, יחד עם וריאציות של התהליך, למשל, חימום אינטרפנים18 ו פוטוולטאית-MD19. אף על פי כן, כל החומרים שנחקרו עבור ממברנות DCMD עד כה כבר מיסודה דוחה מים, המאופיינת על ידי θo ≥ 90 ° עבור מים).

כאן, פרוטוקול מתואר לניצול חומרים אוהבי מים (hydrophilic) לקראת השגת תפקוד של ממברנות dcmd דוחה מים כלומר, הפרדת המים משני הצדדים על ידי האוויר הראפ מכבש תוך נקבוביות הקרום. לקראת הדגמה הוכחת רעיון, סיליקון מלוטש דו צדדית וופלים עם שכבות סיליקה (2 יקרומטר עבה) משני הצדדים (SiO2/si/sio2; 2 יקרומטר/300 יקרומטר/2 יקרומטר, בהתאמה) משמשים. תהליכי מיקרוייצור מוחלים על מנת להשיג ממברנות גז (אבני חן), אשר מנצלים ארכיטקטורה מסוימת כדי למנוע מנוזלים להיכנס לנקבוביות ללא קשר לכימיה של פני השטח.

ההשראה לאדריכלות אבני חן מקורו של ספרינגפלי (קולמבולה), קרקע-מגורים hexapods שציפורנייך מכילים דפוסים בצורת פטריה20,21, ו-מחליקים-ים (הלובים גראנוס), חרקים המתגוררים בים הפתוח שיש להם שיער בצורת פטריות על גופם22,23. אדריכלות פני השטח, יחד עם שעוות מופרש באופן טבעי, מאפשרת חרקים אלה עם "סופר" דוחה מים, המאופיינת זוויות מגע לכאורה עבור מים (θr ≥ 150 °)24. כתוצאה מכך, במצב המנוחה שלהם, מחליקים הים הם למעשה צף באוויר בממשק הים באוויר22,25. אם מתחת למים, הם מכהים את המלכודת שכבת אוויר סביב גופם (המכונה גם plastron), אשר מקלה על נשימה וציפה20,23. בהשראת זנבות ספרינגסי, קים ועמיתים לעבודה הראו כי משטחי סיליקה עם מערכים של אומנות בצורת פטריות יכול להדוף טיפות של נוזלים עם מתחים משטח נמוך26. זו הייתה תגלית מופלאה; אם כי, התגלה כי הדוחה הנוזלי של משטחים אלה עלול לאבד קטסטרופי באמצעות פגמים מקומיים או גבולות27,28. כדי לתקן בעיה זו, החוקרים מיקרומפוברק סיליקה משטחים עם חללים שקטרים שלהם בתוך האינטטים היו קטנים בפתאומיות (כלומר, עם סיבוב 90 °) מאשר שאר חלל27. תכונות אלה מוכרות גם בשם "מחדש" קצוות, וחללים מכונים להלן "חללים מחדש".

החללים החוזרים באוויר בעלי קשר עם טיפות נוזל או על שחרור27. הביצועים של חללים של צורות שונות (עגול, מרובע, משושה), פרופילים (מחדש וכפול re, וחדות של פינות ביחס ליציבות של האוויר לכוד לאורך זמן כבר הושווה29. זה נמצא כי חללים מעגלית מחדש הם האופטימלי ביותר במונחים של החוסן שלהם לתוך מלכודת אוויר תחת נוזלי הרטבה והמורכבות הקשורה לייצור. כמו כן, היא הוכיחה כי חומרים הרטבה מיסודה עם חללים מחדש יכול להיות אוויר על הטבילה בנוזלי הרטבה, ולכן, להשיג את הפונקציה של משטחי אומניפובי. מבוסס על גוף זה של עבודה27,28,29,30 הניסיון הקודם עם dcmd31, החלטנו ליצור ממברנות כי יש נקבוביות עם מבוא ושקעים קריאות. זה היה נראה כי קרום כזה יכול לעורר אוויר על שקיעה בנוזלי הרטבה בשל המיקרו מרקם שלה, ומעניקה את הרעיון של אבני חן.

שקול קרום עשוי חומר הידרופילי המורכב נקבוביות גלילי פשוטות: כאשר שקוע במים, קרום זה יהיה לשתות מים ספונטנית (איור 1A, ב) להגיע מלא מלא, או מדינת ונצל32. מצד שני, אם אינלטס ושקעים של הנקבוביות יש פרופילים מחדש (למשל, "T"-בצורת), הם עשויים למנוע את נוזלי הרטבה מחדירה את הנקבובית ואת האוויר וכד בתוך, מוביל קאסי מדינות33 (איור 1c, D). ברגע האוויר הוא לכוד בתוך הנקבובית, זה יהיה עוד למנוע חדירה נוזלית בשל האפשרות שלה הבהירות מסיסות נמוכה במים לאורך זמן34,35.

מערכת כזו יהיה באיטיות המעבר מקאסי אל המדינה ונצל, ואת קינטיקה של תהליך זה ניתן לכוונן על ידי הצורה של הנקבובית, גודל, ופרופיל, אדי לחץ של הנוזל, ואת מסיסות של האוויר לכוד בנוזל29,34,36. החוקרים הצליחו להבין אבני חן באמצעות וופלים סיליקון ויריעות פולימתיל מתיונין כמו מצעים הבדיקה, ואת הוכחת המושג יישומים עבור DCMD תצורה חוצת-זרימה הפגינו37. כאן, פרוטוקול מיקרוייצור מפורט עבור הדור של סיליקה-אבני חן מוצג, החל עם כפול-צד סיליקון מלוטש עם שכבות סיליקה (2 יקרומטר עבה) משני הצדדים (SiO2/si/sio2; 2 יקרומטר/300 יקרומטר/2 יקרומטר, בהתאמה). כמו כן, היכולת של סיליקה-אבני חן לאוויר מתחת למים מוערך באמצעות תא הלחץ בנוי בהתאמה אישית ומיקרוסקופ קונפוקלית וקד.

Figure 1

איור 1: ייצוג סכמטי של קרום עם נקבוביות גליליות פשוטות (a, B) ואחד עם נקבוביות מחדש (C, D). בניגוד לנקבוביות הגליליות פשוטות, הנקבוביות הופכות לרחבות באופן חד יותר לאחר ההגרלות/שקעים, ומדובר בחוסר רציפות (או בקצוות החוזרים) המונעים מנוזלים מפריעים לנקבוביות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

בפרט, סעיף זה מתאר את הפרוטוקול מיקרוייצור עבור גילוף מערכים של נקבוביות עם אינלטס מחדש ושקעים באמצעות כפולה ומלוטשים סיליקון מלוטש כי הם 300 יקרומטר עבה (p-מסומם, < 100 > אוריינטציה, 4 "קוטר, 2 יקרומטר עבה שכבות תחמוצת מגודלים משני הצדדים). זה נקרא להלן כמו SiO2(2 μm)/Si (300 μm)/si2(2 Μm) (איור 2).

Figure 2

איור 2: תרשים זרימה של שלבי הרישום המעורבים במיקרו הייצור של סיליקה-פנינים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Protocol

1. עיצוב

  1. עיצוב 16 מערכים, כל אחד הכולל 625 עיגולים (קוטר, D = 100 μm; גובה, L = 400 μm), יחד עם סימוני יישור להיות מתורגם על 4 "SiO2(2 μm)/Si (300 μm)/SiO2(2 μm) וופלים באמצעות תוכנת עיצוב המתאים (ראה טבלת חומרים; איור 3) 38.

Figure 3

איור 3: עיצובים של מערכים עגולים. תבנית עיצוב זו הועברה אל SiO2(2 μm)/Si (300 μm)/SiO2(2 μm) וופלים דרך פוטוליטוגרפיה. מוצגים הם (A) התצוגות המוצגות במלואו של וופל, (B,C), וסימוני היישור (D, E) המשמשים ליישור הגב הידני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

  1. העברת תכונות על 5 "סודה ליים" (CaxHyNa z) מסכהעם ציפוי nm 50 של הסרט כרום ורזה של Photoresist (photoresist חיובית; ראה טבלת חומרים) באמצעות חשיפה UV במערכת כתיבה ישירה (חשיפה זמן = 25 ms, defocus = +10).
  2. פיתוח מסכה
    1. לפתח את הphotoresist על ידי לאשר את המסכה 200 mL של מפתח (לוח חומרים) עבור 60 s כדי לחשוף את הכרום מתחת. שטפו את המסכה במים מפוהים (DI).
    2. הסר את כרום חשוף על ידי לאשר את המסכה באמבטיה 200 mL של etchant כרום עבור 90 s. לשטוף את המסכה עם מים DI.
    3. לבצע חשיפה UV המבול (כלומר, ללא מסכה) עבור 15 s.
    4. להסיר לחלוטין photoresist מן המסכה על ידי האישר באמבט 200 mL של מפתחים עד photoresist לחלוטין נעלם (60 – 120 s). נקה את משטח המסכה עם מים די ויבש באמצעות חנקן (N2) אקדח.

2. ניקוי וופל

  1. לטבול את וופל סיליקון בפתרון פיראניה מוכן טרי (H2SO4: H2O2 = 3:1 על ידי נפח) שנשמר בטמפרטורה של 388 K עבור 10 דקות.
    הערה: ללבוש ציוד הגנה אישית מתאים (PPE) תוך כדי עבודה עם פתרון פיראניה על הספסל רטוב.
  2. לשטוף את הפרוסת עם מים DI, שני מחזורי בספסל רטוב, ויבש אותו תחת N2 הסביבה מיבש ספין.

3. התצהיר של הרופאים

  1. לחשוף את הפרוסת וופל לאדים של הבוחנים (HMDS) כדי לשפר את הדבקה של photoresist עם משטח סיליקה (פרטים בטבלה 1).
שלב 1: התייבשות וטיהור חמצן מן החדר
צעד פונקציה זמן (מזערי)
1 ואקום (10 Torr) 1
2 חנקן (760 Torr) 3
3 ואקום (10 Torr) 1
4 חנקן (760 Torr) 3
מיכל 5 ואקום (10 Torr) 1
6 חנקן (760 Torr) 3
שלב 2: הטרמה
צעד פונקציה זמן (מזערי)
1 ואקום (1 Torr) 2
2 היירופאים (6 Torr) מיכל 5
שלב 3: מטהר את הפליטה העיקרית וחזרה לאטמוספירה (מילוי מאחור)
צעד פונקציה זמן (מזערי)
1 ואקום 1
2 חנקן 2
3 ואקום 2
4 חנקן 3

שולחן 1: HMDS לקרקע פרטים התהליך.

4. ליתוגרפיה

  1. להעביר את וופל על צ ' אק ואקום של מסתובב ספין לסובב את המעיל photoresist. השתמש AZ 5214 photoresist כטון שלילי להשיג 1.6 יקרומטר סרט אחיד עבה של photoresist (הפרמטרים הציפוי ספין מפורטים בטבלה 2).
    הערה: AZ 5214 ניתן להשתמש כטון חיובי או שלילי photoresist מבוסס על טיפול בחום (כלומר, טרום אפיה ולאחר האפייה). אם מראש ב110 ° c עבור 2 דקות, photoresist מתנהג כצליל חיובי, כך שאזורים חשופים להיות מומס במהלך הפיתוח. עבור הצליל השלילי, הphotoresist מראש ב-105 ° C עבור 2 דקות ולאחריה חשיפה לקרני UV ופוסט-אפייה ב-120 ° c עבור 2 דקות.
    1. אופים את הphotoresist-מצופה וופל ב-105 ° c על פלטה למשך 2 דקות. זה מתייבש ומחזק את הסרט photoresist, אשר אחרת מגיע למסכת זכוכית וגורם לבעיות זיהום במהלך החשיפה UV, וזה גם משפר את הדבקה של הphotoresist למשטח סיליקה.
      הערה: הטמפרטורה הטרום אופים לא צריך להיות גבוה מדי, כמו זה עלול לגרום להרס חלקי של רכיבים רגישים לאור של הphotoresist, הפחתת הרגישות שלה.
צעד מהירות (rpm) כבש (rpm/s) זמן (ים)
1 800 1000 3
2 1500 1500 3
3 3000 3000 30

טבלה 2: פרמטרים מתכון ציפוי ספין להשיג שכבת 1.6 יקרומטר של photoresist.

  1. לחשוף את וופל תחת חשיפה UV (80 mJ/cm2) עבור 15 s דרך מסיכת כרום באמצעות מערכת יישור מסכה (evg 6200) כדי להשיג את העיצוב הרצוי על photoresist.
  2. אופים את הפרוסת וופל ב 120 ° c על פלטה למשך 2 דקות. במהלך השלב הזה, הסרט השלילי הphotoresist החשוף החוצה קישורים נוספים. כתוצאה מכך, החלקים החשופים של ה-UV של הphotoresist אינם מסיסים עוד בפתרון המפתחים, בעוד שהאזורים החשופים מסיסים.
  3. עוד לחשוף את וופל תחת אור UV (200 mJ/cm2) עבור 15 s במערכת ריפוי UV (prx-2000-20).
    הערה: במהלך שלב זה, האזורים הphotoresist שלא נחשפו בעבר (שלב 4.3) חשופים ומאוחר יותר הם יכולים להיות מומס במפתח, ולהשאיר מאחור את המבנים הרצויים על הפרוסת. שלב זה הוא סובלני של חשיפה יתר מכיוון שהתכונות הרצויות (בטון השלילי) אינן מאפשרות לאור האור יותר לאחר השלב שלאחר האפייה.
  4. לטבול את וופל באמבטיה 50 mL של AZ-726 photoresist-מפתח (בכלי זכוכית) עבור 60 s כדי להשיג את דפוס הphotoresist הרצוי על וופל סיליקון.
  5. לאחר מכן לנקות את וופל באמצעות מים DI ועוד לפוצץ אותו עם N2.

5. ספאטר

  1. כרום sputter על וופל עבור 200 s לקבל 50 ננומטר שכבת כרום עבה. התצהיר מבוצע באמצעות מגנטרון מסוג DC תגובתי התגובתית עם תקן 2 "מקור היעד העגול בסביבה ארגון עם הפרמטרים הבאים: 400 V, נוכחי = 1 A, והלחץ = 5 mTorr.
    הערה: שכבת הכרום מגנה על סיליקה מתחריט יבש תחת אוקטפלואורוציטובוטאן (C4F8).

6. Photoresist ההמראה

  1. Sonicate וופל באמבטיה אצטון עבור 5 דקות להרים את הphotoresist הנותרים (וכרום הופקד על photoresist) מן וופל, השארת מאחורי התכונות הרצויות עם מסכה קשה כרום.

7. עיבוד של הצד השני של וופל

  1. לאחר שטיפה את הישבן של וופל עם כמות שופע של אצטון ואתנול, לנשוף עם אקדח N2 , ואז לחזור על שלבים 4.1 ו 4.2.

8. יישור לאחור ידני

  1. ליישר את התכונות הרצויות על הישבן עם הצד הקדמי של וופל באמצעות סימני היישור בעיצוב ואת "יישור ידני לאחור עם הצלב" מודול המגע תנינים (EVG 6200).
    הערה: יישור גב ידני הוא צעד מכריע בפרוטוקול המיקרו-ייצור. לפיכך, תכונות היישור מעוצב על הפושאול יש להשתמש באופן יעיל כדי למנוע היסט ביישור נקבובית.

9. ליתוגרפיה על הישבן של וופל

  1. עבור הישבן של וופל, חזור על שלבים 4.3 – 4.7, סעיף 5, ו סעיף 6 כדי ליצור את העיצוב הנדרש עם כרום משני צידי הפרוסת. שימו לב שהחלק של המשטח המכוסה ברום אינו עובר תחריט; כך, כתמים בהם נעדר כרום על וופל להגדיר את הבישופונים ושקעים של הנקבובית.

10. תצריב קו

  1. לעבור תחריט של השכבה החשופה של SiO2 משני צידי הפרוסת וופל על ידי פלזמה בשילוב באופן מבוקר (משולב) משתמש ב פלואור (C4F8) וחמצן (O2) chemistries. המשך הוא 16 דקות (הפרמטרים הקאמרי הטורי המפורטים בטבלה 3) לכל צד.
  2. מעבדים את הרקיק עם חמישה מחזורים של תחריט אנאיזוטרופי בתהליך בוש ליצירת חריץ בשכבת הסיליקון. תהליך זה מאופיין על ידי פרופיל צדדי שטוח באמצעות תצהירים מתחלפים של C4F8 ו גופרית hexafluoride (SF6) גזים. על-ידי חריטה אנאיזוטרופי לסירוגין התצהיר פולימר, הסיליקון חורט ישר למטה (הפרמטרים תחריט המפורטים בטבלה 3).
  3. לטבול את וופל באמבטיה של פתרון פיראניה (H2SO4: H2O2 = 3:1 על ידי נפח) שנשמר בטמפרטורה של 388 K עבור 10 דקות. זה מסיר את הפולימרים שהופקדו בשלב אניסוטרופי.
  4. כדי ליצור את הערער, אשר מניב את הפרופיל החדש, לעבור לחרוט איזוטרופי באמצעות מתכון SF6מבוססי עבור משך של 165 s (פרמטרי תחריט המפורטים בטבלה 3).
    הערה: שלב זה מבוצע בכל צד של הפרוסת.
  5. תחריט סיליקון אנאיזוטרופי
    1. העבר את הפרוסת וופל אל הקאמרי החיצון (מכשירי אוקספורד) כדי לחרוט 150 יקרומטר של סיליקון באמצעות 200 מחזורי חריטה עמוקה באמצעות תהליך בוש (פרמטרי תחריט מפורטים בטבלה 3).
    2. חזור על השלב 10.4.1 עם הישבן של הפרוסת.
    3. עברו ניקוי פיראניה של הפרוסת וופל בספסל הרטוב במשך 10 דקות כדי להסיר מזהמים פולימריים שהופקדו מתהליך החריטה, המבטיח שיעורי תחריט אחיד.
    4. חזור על שלבים 10.4.1 – 10.4.3 להבין דרך הנקבוביות (אשר יכול להיות מדמיין על ידי עיניים עירומות תחת מקור אור) בתוך וופל שיש relets ושקעים מחדש.
  6. לטבול את וופל באמבטיה 100 ml של etchant כרום עבור 60 s כדי להסיר כרום משני הצדדים של וופל.
פרמטר סיליקה תחריט איכול אנאיזוטרופי/מחזור סיליקון תצריב סיליקון איזוטרופי
תצהיר תחריט
הכוח RF (W) 100 מיכל 5 30 20
הזרם הקאמרי החשמלי (W) 1500 1300 1300 1800
לחץ תחריט (mTorr) 10 30 30 35
טמפרטורה (° צ') 10 15 15 15
C4F8 זרימה (sccm) 40 100 מיכל 5 -
O2 זרימה (sccm) מיכל 5 - - -
SF6 זרימה (sccm) - מיכל 5 100 110
תצריב זמן (ים) 960 מיכל 5 7 165

שולחן 3: פרמטרים עבור SiO2/סי תחריט יבש.

11. ניקוי סופי

  1. לאחר תהליך מיקרוייצור, לנקות את וופל עם 100 mL של הפתרון הטרי מוכנים פיראניה (H2SO4: h2O 2 = 3:1 על ידי נפח; T = 388 K) במיכל זכוכית עבור 10 דקות, ואז עוד לפוצץ-יבש עם 99% טהור N2 אקדח לחץ.
  2. מניחים את הדגימות בצלוחית זכוכית פטרי בתוך תנור ואקום נקי ב T = 323 K עד זווית מגע פנימית של מים על החלקה SiO2 מיוצב ב θo ≈ 40 ° (אחרי 48 h).
  3. לאחסן את הדגימות היבשות שהושגו (אבני חן סיליקה) בארון N2 .
    הערה: כל זרימת העבודה בייצור מתוארת באיור 4.

Figure 4

איור 4: איור סכמטי של תהליך מיקרוייצור פנינה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Representative Results

סעיף זה מציג את ביצועי מתחת למים של סיליקה פנינים מיקרופוברק באמצעות הפרוטוקול הנ. הנקבוביות של אבני חן אלה היו מיושרים באופן אנכי, הקטרים לשקע/העודפים היו D = 100 יקרומטר, את המרחק מרכז למרכז בין הנקבוביות (גובה) היה L = 400 יקרומטר, ההפרדה בין הקצוות re, הקיר היה w = 18 יקרומטר, ואורכו של הנקבוביות היה h = 300 יקרומטר (איור 5). בשל הקשר המחלחל שנגרמו במהלך שלבי החריטה והיישור הקטין במהלך מיקרוייצור, החלק האמצעי של הנקבוביות היה צר מעט לעומת החלק מתחת לפני הזרם והשקעים של הנקבוביות, אולם, זה לא השפיע על השטף ההמוני באופן משמעותי.

Figure 5

איור 5: סריקת מיקרוגרפים אלקטרונים של סיליקה-אבני חן. מוצגים הם (א) תצוגה חוצת-חתך מוטה של סיליקה-אבני חן, (ב) נוף מוגדל מוגדלת של נקבובית אחת, ו (C, D) מוגדלים צפיות של קצוות מחדש בתוך הבישופטים של נקבובית. פאנלים (C) ו-(ד) הודפסה מודפס מ-Das et al.37. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

אישיר סיליקה-אבני חן במים
סיליקה (SiO2) הוא hydrophilic, כפי שמאופיין זווית המגע הפנימית של טיפות מים על זה תחת אדי מים רוויים, θo ≈ 40 °. לפיכך, אם הנקבוביות הגליליות נוצרות על גבי משטח סיליקה, המים היו שתיית אותם, מגיעים לשלמות המלאה, או למדינת ונצל32. כדי לבדוק את זה, מודול מותאם אישית הועסק שיכול לאבטח את הקרום מבחן בין מאגר של מים מלוחים צבועים (~ 0.6 M הנאגל עם צביעה מזון) ו מים מוהים (T = 293 K ו- p = 1 כספומט). הוא גם מחבר את המוליכות החשמלית של מאגר המים הדימוס לתוך מחשב כדי לפקח על מילוי נקבובית באתרו (איור 6א). כאן, ממברנות סיליקה עם חורים גליליים פשוטים לא הצליחו למנוע ערבוב של שני מאגרים, מאז המים חדרו מיידי כפי שניתן לראות על ידי שחרורו של הצבע (סרט משלים). בניגוד חדה, כאשר סיליקה-אבני חן נבדקו תחת אותם תנאים, הם מכבש לכוד באוויר והחזיק אותו ללא פגע במשך 6 שבועות, אישר על ידי מדידות מוליכות חשמלית (זיהוי מגבלת = ± 0.01 μs/cm), שלאחר מכן הניסוי הופסק (איור 6ב). ממצאים אלה קובעים כי ארכיטקטורת אבני החן יכולה לאפשר לחומרים הידרופיליים להיות באוויר באמצעות טבילה במים. גם, ברמה הנקבובית תרחיש הוצג שבו מסיסות נמוכה של האוויר לכוד במים והעקמומיות של ממשק מים האוויר מנעו מניסקוס נוזלי מפריעה עוד לתוך הנקבובית (איור 6ג).

Figure 6

איור 6: בדיקת חוסן ממברנה. (א) סכימטי של תא מודפס תלת-ממד מותאם אישית לבדיקת החוסן של ממברנות על הפרדה מים מלוחים צבועים (~ 0.6 M הרוג עם צביעה מזון) מן המים הטהור מוהים (T = 293 K, p = 1 כספומט), תוך שהוא במקביל לרישום מוליכות חשמלית של מאגר מים DI למחשב. (ב) מגרש לוגריתמי למחצה של מוליכות חשמלית של שעות נוספות של מאגר המים של DI כאשר סיליקה-אבני חן שימשו כדי להפריד את שני המאגרים. באופן מדהים, סיליקה-אבני חן לכוד באוויר בכל נקבובית, כך המים לא יכול לחדור אפילו נקבובית אחת במשך 6 שבועות, המעידים על ידי נתוני מוליכות חשמלית. (C) הנקבובית התרשים סכימטי, מציג את ממשק מי האוויר בכל קצה. פאנלים (A) ו-(ב) הודפסה מודפס מ-Das et al.37. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

כדי לקבל תובנה עמוקה יותר את ההצמדה ואת displacements של ממשק מים האוויר על אינלטס ושקעים של סיליקה-אבני חן מתחת למים (~ 5 מ"מ עמודה), מיקרוסקופ קונפוקלית וקד היה מנוצל. הוא ידוע כי הלייזר המשמש לתאורה במיקרוסקופיה קונפוקלית גם מחמם את המערכת39, אשר יכול להאיץ מעברים הרטבה. אף על פי כן, הרזולוציה המרחבית הגבוהה יכולה להניב תובנה שימושית. לצורך השוואה, ההתנהגות של משטחי סיליקה עם חללים reנכנס נחקרו גם29,40. בשני התרחישים, החום הנוסף המסופק למאגר המים לעיל מגביר את עיבוי הנימים של אדי המים בתוך מרקם המיקרו. במקרה של חללים מחדש, העיבוי של אדי מים העקורים את האוויר לכוד, אשר גרם בולטות של ממשק מי האוויר כלפי מעלה ביציבות המערכת (איור 7א, ג). בתנאים הניסיוניים האלה, המים. הפכו לחללים בפחות מ -2 שעות לעומת זאת, סיליקה-אבני חן נשארו ללא בולטות לתקופה ארוכה יותר, למרות שקצב החימום היה דומה. תוצאות אלה היו מנימוקים על בסיס עיבוי מועדפים של אדי מים מתוך מאגר לייזר מחומם אל ממשק מים קריר אוויר בצדו השני של הנקבובית (איור 7B, D). עם זאת, לא ניתן היה למדוד את קצב ההעברה ההמונית בתצורה ניסיונית זו.

Figure 7

איור 7: ממשקי מים אוויריים. (A)-מחשב משופר3d שחזורים של ממשק מים אוויר בתוך אינלטס של סיליקה-אבני חן מתחת למים (גובה עמודה, z ≈ 5 מ"מ; כוח לייזר = 0.6 mW) יחד עם תצוגות צולבות לאורך קווים מנוקדים לבן (בצד שמאל וימין של התמונה המרכזית). בשל חימום מן הלייזר בצד העליון, אדי מים דחוס בתוך חללים, החוצה את האוויר לכוד. זה גרם למנסקוס מי האוויר. לבליטה כלפי מעלה ולהפוך לבלתי יציב לאחר 1.5 h, רוב החללים נורו על ידי מים. (ב) מיקרוגרפים של סיליקה-אבני חן בתנאים דומים כמו ב (א). (ג) סכמטי של בולטות של מניסקוס מי האוויר במקרה של חללים מתחת למים מתחת למים. (ד) סכימטי לנקבובית ב סיליקה-אבני חן בתנאים דומים. אדי מים חמים מתעבה בכל מקום, בעיקר על ממשק מים קריר אוויר בצד הרחוק יותר מלייזר. כתוצאה מכך העברה המונית, יש הצטברות לחץ מינימלי בנקבובית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

ממברנה מגע ישירה זיקוק עם אבני חן
לאחר שהוקמה כי סיליקה-אבני חן יכול מכבש להפריד שתי מאגרי מים משני הצדדים, תצורה סטטית dcmd נבדק, שבו בצד ההזנה מלוחים (0.6 M הנאל at T = 333 K) ומלא להיות בצד החדיר (T = 288 K) היו מאגרים סטטיים. למרות סיליקה-אבני חן מנעו חדירה למים, פלוסים מדידה לא נצפו. זה היה בשל העובדה כי מוליכות תרמית של סיליקון (k = 149 W-m-1 k-1)41 הוא הזמנות של סדר גודל גבוה יותר מאשר זה של ממברנות dcmd אופייני (כלומר, k < 1 W-m-1-k-1)2. כך, הניסוי הנסיוני עם סיליקה-אבני חן סבלה מה שמכונה הטמפרטורה polarization, שבו הצד החם מאבד חום בצד הקר, הפחתת שטף31.

ייתכן שניתן יהיה להקטין את המוליכות התרמית של הסיליקון באמצעות ננו-מבנה42 (למשל, כדי לשפר את תכונות התרמואלקטריים שלה43), אבל השדרות האלה לא נחקרו. במקום, עקרונות העיצוב מ סיליקה-אבני חן תורגמו לגיליונות פולימתיציאקריל (PMMA) גליונות (θo ≈ 70 ° עבור מים, k = 0.19 W-m-1-k-1)40 כדי ליצור pmma-אבני חן37. ואכן, הראשון (הוכחת המושג) אצווה של PMMA-אבני חן עם פורמי נמוך (של 0.08) הציגו הפרדה חזקה של צד הזנה החדיר והניב שטף של 1 ל-m2-h-1 מעל 90 h. כך, ניתן לתרגם אלה סיליקה-אבני חן מבוססי לימודי באמצעות חומרים נפוצים יותר עבור הדור של ירוק, ממברנות עלות נמוכה יותר עבור התפלה.

סרט משלים. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד).

Discussion

עבודה זו מציגה את העיצוב והייצור של סיליקה אבני חן, הראשון-אי פעם DCMD ממברנות הנגזרים חומרים הידרופילי. מיקרוייצור עם מערכת SiO2/si מספק גמישות עצומה כדי ליצור מיקרוטקסטורות כדי לבדוק רעיונות יצירתיים. כמובן, היקף העבודה הזאת מוגבל להוכחה-של-קונספט של אבני חן, כי SiO2/si/sio2 ומלא מעשי הייצור של החדר נקי מעשית עבור ממברנות התפלה.

יש לציין כי, למרות אבני חן האדריכלות יכול למנוע את החדירה של מים על הטבילה כאשר זווית המגע הפנימי הוא θo ≥ 40 °, אסטרטגיה זו נכשלת אם המשטח נעשה superhydrophilic. לדוגמה, לאחר החשיפה פלזמה חמצן, משטחי סיליקה התערוכה θo ≈ 5 °, ואלה סיליקה-פנינים לאבד אוויר כי הוא לכוד בתוך הנקבוביות באופן ספונטני כמו בועות, כי מניסקוס הנוזל הוא כבר לא מוצמד בקצוות re,. עם זאת, פלסטיק נפוץ, כגון פוליוויניל אלכוהול (θo ≈ 51 °) ו פולי (אתילן terאפרון) (θo ≈ 72 °), צריך להיות קלה לגישה זו. כך, עקרונות עיצוב למדו מסיליקה אבני חן ניתן לשנות באמצעות הדפסה תלת-ממדית44, תוסף ייצור45, מיקרומטר לייזר46, ו CNC כרסום37, וכו '.

בשלב הבא, מספר היבטים קריטיים של המיקרו-בנייה של סיליקה-אבני חן, אשר דורשים תשומת לב מיוחדת. את היישור האחורי ידני (סעיף 8) של התכונות צריך להתבצע עם טיפול הרבה ככל האפשר כדי להשיג נקבוביות אנכית מיושר. הסטות עלול לגרום לגרון, ובמקרה הגרוע ביותר, חוסר יישור עלול להוביל רק חללים משני הצדדים (אין נקבוביות). לפיכך, הוא הציע להשתמש בסימני יישור בקנה מידה רב, כאשר סימן היישור הקטן ביותר הוא לפחות פי ארבע מקוטר הנקבובית.

במהלך החריטה של שכבת סיליקה עם C4F8 ו O2 (שלב 10.1), השימוש הקודם (כלומר, ניקיון) של חדר התגובות יכול להשפיע על שיעורי תחריט. זאת בשל נוכחותם של מזהמים בחדר התגובות, מופע נפוץ במתקני משתמש משותפים כגון אוניברסיטאות. לפיכך, מומלץ ששלב זה יבוצע תחילה על וופל בובה כדי לוודא שהמערכת נקיה ויציבה. כמו כן, מומלץ להשתמש בתקופות קצרות לחריטה (למשל, לא יותר מ -5 דקות בזמן ניטור העובי של שכבת סיליקה באמצעות השתקפות). לדוגמה, אם זה לוקח 16 דקות כדי להסיר לחלוטין 2 יקרומטר SiO2 שכבה מ-SiO2/si/sio2 וופל, אז תהליך התחריט צריך להיות מחולק לארבעה שלבים המרכיבים שלוש מחזורי 5 דקות ואחריו השתקפות, ואחד 1 דקות (אופציונלי) החריטה התוצאות, מבוסס על התוצאה של השתקפות.

כדי לשמר את התכונות של סיליקה re, במהלך התהליך בוש המשמש לחרוט את שכבת הסיליקון (שלב 10.4), זה חיוני כי מסכה קשה כרום משמש. תהליך בוש כרוך בתצהיר של C4F8 כדי להבטיח את הפרופיל אנאיזוטרופי. עם זאת, לאורך מחזורי תחריט ארוכים, שכבה זו יכולה להיות עבה מאוד וקשה להסרה. כך, מומלץ כי תהליך בוש לא צריך להיות מופעל עבור יותר מ-~ 200 מחזורים, והוא צריך להיות אחריו ניקוי פיראניה. זה גם נצפתה כי מחזורים ארוכים של תחריט עמוק גם להפחית את עובי שכבת סיליקה, למרות הנוכחות של מסכה קשה כרום.

רוב כלי התחריט היבשים אינם מצליחים להשיג אחידות מרחבית במונחים של שיעורי תחריט. כך, התכונות המתקבלות במרכז של SiO2/Si/sio2 וופל לא יכול להיות זהה לאלה בגבול של וופל. כאן, תכונות באיכות גבוהה התממשו במרכז 4 "וופלים, ודגימות נצפו מעת לעת תחת מיקרוסקופ. במקרה שאזורים מסוימים נחרבים יותר מאחרים, יש לשבור את הרקיק לחתיכות שיש לחרוט בנפרד.

זה פרוטוקול הייצור ניתן להחיל על SiO2/Si/sio2 ופלים של עובי כל; עם זאת, שכבה עבה יותר פירושה שנדרש מספר גבוה יותר של מחזורי חריטה. הוא הציע להשתמש ומוצרי סיליקון של < 300 יקרומטר עובי, כל עוד זה לא לסכן את השלמות המכנית של וופל במהלך הטיפול והאפיון.

Disclosures

ר לוך, דרום אמריקה, ו-hm. הגישו פטנט בינלאומי, יישום No. PCT/IB2019/054548.

Acknowledgments

בעלת הבית מכירה מימון של המלך עבדאללה אוניברסיטת המדע והטכנולוגיה תחת BAS/1/1070-01-01 וכמובן גישה מתקני מעבדה nanofabהליבה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D Printer BCN3D 020.180510.3103 BCN3D Sigma 3D printer for printing test module with PLA (polylactic acid) filament.
Acetone BASF
AZ-5214 E photoresist Merck
AZ-726 MIF developer Merck
Chrome Etchant MicroChemicals TechniEtch Cr01 To remove chromium from silicon wafer and mask
Conductivity Meter Hanna HI98192 To measure conductivity of pure water during leak testing.
Confocal microscope Zeiss ZEISS LSM 710 For fluorescence imaging of water.
Contact Aligner EVG EVG6200 Mask aligner
Deep ICP-RIE Oxford Instruments Plasmalab system100
DI water
Direct writer Heidelberg Instruments µPG501 direct-writing system UV exposure
Food Dye Kroger Green food dye to label salty water.
Glass Petri dish VWR
HMDS vapor prime Yield Engineering systems
Hot plate Cost effective equipments Model 1300
Hydrogen peroxide 30% VWR chemicals To prepare piranha solution.
Imaris software Bitplane Version 8 Postprocess confocal microscopy images
Nitrogen gas
Optical surface profiler Zygo Zygo newview 7300
Photomask Nanofilm 5-inch soda lime glass mask
Profilometer Veeco Detak 8 Stylus profilometer
Reactive Sputter Equipment Support Company Ltd Chromium sputtering
Reactive-Ion Etching (RIE) Oxford Instruments Plasmalab system100
Reflectometer Nanometrics Nanospec 6100 To check remaining oxide layer thickness.
Rhodamine B Merck 81-88-9 Dye for imaging water meniscus under confocal microscope.
SEM stub Electron Microscopy Sciences
SEM-Quanta 3D FEI Quanta 3D FEG Dual Beam (SEM/FIB)
Silicon wafer Silicon Valley Microelectronics Double side polished, 4" diamater, 300 µm thickness, 2 µm thick oxide layer, p-doped, <100> orientation.
Sodium Chloride Merck 7647-14-5 For preparing NaCl solution
Sonicator Branson 1510
Spin coater Headway Research,Inc.
Spin dryer MicroProcess Avenger Ultra Pure 6 Spin drying in Nitrogen environment.
Sputter Quorum Technologies Q150T S Iridium sputter for SEM.
Sulfuric acid 96% Technic 764-93-9 To prepare piranha solution.
Tanner EDA L-Edit software Tanner EDA, Inc. For designing photomask
Tweezers Excelta
UV Cure Tamarack Scientific Co. Inc. PRX-2000-20 For flood exposure of wafer and photomask
Vaccum oven Thermo Scientific 13-258-13 Lindberg/Blue M
Wet bench JST Manufacturing Inc. 17391-015-00 Wet bench used for piranha cleaning

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fisher, J. B., et al. The future of evapotranspiration: Global requirements for ecosystem functioning, carbon and climate feedbacks, agricultural management, and water resources. Water Resources Research. 53 (4), 2618-2626 (2017).
  2. Deshmukh, A., et al. Membrane distillation at the water-energy nexus: limits, opportunities, and challenges. Energy & Environmental Science. 11 (5), 1177-1196 (2018).
  3. Ali, A., Tufa, R. A., Macedonio, F., Curcio, E., Drioli, E. Membrane technology in renewable-energy-driven desalination. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 81, 1-21 (2018).
  4. Ghaffour, N., et al. Renewable energy-driven innovative energy-efficient desalination technologies. Applied Energy. 136, 1155-1165 (2014).
  5. Chen, J., et al. Recovery of dilute aqueous butanol by membrane vapor extraction with dodecane or mesitylene. Journal of Membrane Science. 528, 103-111 (2017).
  6. Wang, P., Chung, T. -S. Recent advances in membrane distillation processes: Membrane development, configuration design and application exploring. Journal of Membrane Science. 474, 39-56 (2015).
  7. Khayet, M. Membranes and theoretical modeling of membrane distillation: A review. Advances in Colloid and Interface Science. 164 (1-2), 56-88 (2011).
  8. Drioli, E., Ali, A., Macedonio, F. Membrane distillation: Recent developments and perspectives. Desalination. 356, 56-84 (2015).
  9. Souhaimi, M. K., Matsuura, T. Membrane Distillation. 1st edn. , Elsevier. (2011).
  10. Janssen, D., De Palma, R., Verlaak, S., Heremans, P., Dehaen, W. Static solvent contact angle measurements, surface free energy and wettability determination of various self-assembled monolayers on silicon dioxide. Thin Solid Films. 515 (4), 1433-1438 (2006).
  11. Hendren, Z. D., Brant, J., Wiesner, M. R. Surface modification of nanostructured ceramic membranes for direct contact membrane distillation. Journal of Membrane Science. 331 (1-2), 1-10 (2009).
  12. Verho, T., et al. Mechanically Durable Superhydrophobic Surfaces. Advanced Materials. 23, 673-678 (2011).
  13. Boinovich, L., Emelyanenko, A. M., Pashinin, A. S. Analysis of Long-Term Durability of Superhydrophobic Properties under Continuous Contact with Water. ACS Applied Materials & Interfaces. 2 (6), 1754-1758 (2010).
  14. Lindstrom, A. B., Strynar, M. J., Libelo, E. L. Polyfluorinated compounds: past, present, and future. Environmental Science & Technology. 45 (19), 7954-7961 (2011).
  15. Gryta, M. Influence of polypropylene membrane surface porosity on the performance of membrane distillation process. Journal of Membrane Science. 287 (1), 67-78 (2007).
  16. An, A. K., et al. Enhanced vapor transport in membrane distillation via functionalized carbon nanotubes anchored into electrospun nanofibres. Scientific Reports. 7, (2017).
  17. Hammami, M. A., et al. Engineering Hydrophobic Organosilica Nanoparticle-Doped Nanofibers for Enhanced and Fouling Resistant Membrane Distillation. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (2), 1737-1745 (2017).
  18. Shi, Y., et al. A 3D Photothermal Structure toward Improved Energy Efficiency in Solar Steam Generation. Joule. 2 (6), 1171-1186 (2018).
  19. Wang, W., et al. Simultaneous production of fresh water and electricity via multistage solar photovoltaic membrane distillation. Nature Communications. 10 (1), 3012 (2019).
  20. Hensel, R., Neinhuis, C., Werner, C. The springtail cuticle as a blueprint for omniphobic surfaces. Chemical Society Reviews. 45 (2), 323-341 (2016).
  21. Helbig, R., Nickerl, J., Neinhuis, C., Werner, C. Smart Skin Patterns Protect Springtails. PLoS ONE. 6 (9), 25105 (2011).
  22. Andersen, N. M., Cheng, L. The marine insect Halobates (Heteroptera: Gerridae): biology, adaptations, distribution, and phylogeny. Oceanography and Marine biology: an Annual Review. 42, 119-180 (2004).
  23. Cheng, L. Marine and Freshwater Skaters: Differences in Surface Fine Structures. Nature. 242, 132 (1973).
  24. Gao, X., Jiang, L. Water-repellent legs of water striders. Nature. 432 (7013), 36 (2004).
  25. Golovin, K. B., Gose, J., Perlin, M., Ceccio, S. L., Tuteja, A. Bioinspired surfaces for turbulent drag reduction. Philosophical Transactions of the Royal Society A - Mathematical Physical and Engineering Sciences. 374 (2073), (2016).
  26. Liu, T. Y., Kim, C. J. Turning a surface superrepellent even to completely wetting liquids. Science. 346 (6213), 1096-1100 (2014).
  27. Domingues, E. M., Arunachalam, S., Mishra, H. Doubly Reentrant Cavities Prevent Catastrophic Wetting Transitions on Intrinsically Wetting Surfaces. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (25), 21532-21538 (2017).
  28. Arunachalam, S., Das, R., Nauruzbayeva, J., Domingues, E. M., Mishra, H. Assessing omniphobicity by immersion. Journal of Colloid and Interface Science. 534, 156-162 (2019).
  29. Domingues, E. M., Arunachalam, S., Nauruzbayeva, J., Mishra, H. Biomimetic coating-free surfaces for long-term entrapment of air under wetting liquids. Nature Communications. 9 (1), 3606 (2018).
  30. Gonzalez-Avila, S. R., Nguyen, D. M., Arunachalam, S., Domingues, E. M., Mishra, H., Ohl, C. D. Mitigating cavitation erosion using biomimetic gas-entrapping microtextured surfaces. Science Advances. , in press (2020).
  31. Subramanian, N., et al. Evaluating the potential of superhydrophobic nanoporous alumina membranes for direct contact membrane distillation. Journal of Colloid and Interface Science. 533, 723-732 (2019).
  32. Wenzel, R. N. Resistance of solid surface to wetting by water. Industrial and Engineering Chemistry. 28 (8), 7 (1936).
  33. Cassie, A. B. D., Baxter, S. Wettability of porous surfaces. Transactions of the Faraday Society. 40, 0546-0550 (1944).
  34. Kaufman, Y., et al. Simple-to-Apply Wetting Model to Predict Thermodynamically Stable and Metastable Contact Angles on Textured/Rough/Patterned Surfaces. The Journal of Physical Chemistry C. 121 (10), 5642-5656 (2017).
  35. Mishra, H., et al. Time-Dependent Wetting Behavior of PDMS Surfaces with Bioinspired, Hierarchical Structures. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (12), 8168-8174 (2016).
  36. Seo, D., et al. Rates of cavity filling by liquids. Proceedings of the National Academy of Sciences. , (2018).
  37. Das, R., Arunachalam, S., Ahmad, Z., Manalastas, E., Mishra, H. Bio-inspired gas-entrapping membranes (GEMs) derived from common water-wet materials for green desalination. Journal of Membrane Science. 588, 117185 (2019).
  38. Tanner Research. Manual, L.-E.U. , Tanner Research, Inc. (1996).
  39. Xu, M. C., Sun, G. U., Kim, C. J. Infinite Lifetime of Underwater Superhydrophobic States. Physical Review Letters. 113 (13), (2014).
  40. Arunachalam, S., Domingues, E. M., Das, R., Nauruzbayeva, J., Buttner, U., Syed, A., Mishra, H. Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars. Journal of Visualized Experiments. , e60403 (2020).
  41. Dean, J. A. Lange's Handbook of Chemistry. , McGraw-Hill, Inc. New York; London. (1999).
  42. Yu, J. K., Mitrovic, S., Tham, D., Varghese, J., Heath, J. R. Reduction of thermal conductivity in phononic nanomesh structures. Nature Nanotechnology. 5 (10), 718-721 (2010).
  43. Mishra, H., et al. Thermomechanical and Thermal Contact Characteristics of Bismuth Telluride Films Electrodeposited on Carbon Nanotube Arrays. Advanced Materials. 21 (42), 4280 (2009).
  44. Liu, X., et al. 3D Printing of Bioinspired Liquid Superrepellent Structures. Advanced Materials. 0 (0), 1800103 (2018).
  45. Jafari, R., Cloutier, C., Allahdini, A., Momen, G. Recent progress and challenges with 3D printing of patterned hydrophobic and superhydrophobic surfaces. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. , 1-14 (2019).
  46. Vorobyev, A., Guo, C. Multifunctional surfaces produced by femtosecond laser pulses. Journal of Applied Physics. 117 (3), 033103 (2015).

Tags

הנדסה סוגיה 157 התפלת מים מגע ישיר ממברנה זיקוק הופעת ממברנות ללא פחמן פוטוגרפיה איכול התגובתית הרטבה תכונות re מסכת כרום חזרה לאחור תחריט אנאיזוטרופי הובלה אדי
הוכחת הרעיון עבור ממברנות גז-הראפ נגזר מהמים אוהבי מים<sub>2</sub>/Si/sio<sub>2</sub> וופלים עבור התפלה ירוק
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Das, R., Arunachalam, S., Ahmad, Z., … More

Das, R., Arunachalam, S., Ahmad, Z., Manalastas, E., Syed, A., Buttner, U., Mishra, H. Proof-of-Concept for Gas-Entrapping Membranes Derived from Water-Loving SiO2/Si/SiO2 Wafers for Green Desalination. J. Vis. Exp. (157), e60583, doi:10.3791/60583 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter