Protokol, havada bulunan damlacıklar ve süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşimi araştırmayı amaçlamaktadır. Bu, ölçüm sistemini kalibre etmek ve farklı ızgara fraksiyonları ile süper hidrofobik substratlar etkileşim gücünü ölçmek içerir.
Yöntem makalesi
Protokol, havada bulunan damlacıklar ve süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşimi araştırmayı amaçlamaktadır. Bu, ölçüm sistemini kalibre etmek ve farklı ızgara fraksiyonları ile süper hidrofobik substratlar etkileşim gücünü ölçmek içerir.
Bu makalenin amacı, havada damlacıklar ve süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim gücünü araştırmaktır. Optik kol yöntemine dayanan bir ölçüm sistemi tasarlanmıştır. Milimetre konsol, ölçüm sisteminde kuvvet duyarlı bir bileşen olarak kullanılır. Öncelikle, optik kolun kuvvet duyarlılığı, etkileşim gücünün ölçülmesi açısından kritik bir adım olan Elektrostatik kuvvet kullanılarak kalibre edilir. İkincisi, nanopartiküller ve bakır Izgaralar ile farklı ızgara fraksiyonları ile üç süper hidrofobik substrat hazırlanır. Son olarak, farklı ızgara fraksiyonları ile damlacıklar ve süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim güçleri sistem tarafından ölçülür. Bu yöntem, nanonewton ölçeği üzerinde bir çözünürlük ile sub-micronewton ölçeği üzerinde kuvvet ölçmek için kullanılabilir. Damlacıklar ve süper hidrofobik yapıların temas sürecinin derinlemesine çalışması, kaplama, film ve baskıda üretim verimliliğini artırmaya yardımcı olabilir. Bu yazıda tasarlanan Kuvvet ölçüm sistemi, mikrokuvvet ölçümünün diğer alanlarında da kullanılabilir.
Bir damlacık ve süper hidrofobik yüzey arasındaki temas günlük yaşam ve endüstriyel üretimde çok yaygındır: Lotus Leaf1,2yüzeyinden kayar su damlacıkları ve su üzerinde hızla seyahat su Strider3 ,4,5,6. Bir geminin dış yüzeyinde süper hidrofobik kaplama, geminin korozyon derecesini azaltmaya ve navigasyon7,8,9,10direncini azaltmanıza yardımcı olabilir. Bir damlacık ile süper hidrofobik yüzey arasındaki temas sürecini inceleyerek endüstriyel üretim ve biyonik araştırmalar için büyük değer vardır.
Katı bir yüzeyde damlacıklar yayılma sürecini gözlemlemek için, Biance iletişim sürecini fotoğraf için yüksek hızlı bir kamera kullandı ve atalet rejimi süresinin ağırlıklı olarak damla boyutu11ile sabit olduğunu bulundu. Eddi bir yüksek hızlı kamera kullanarak damlacık ve şeffaf plaka arasındaki temas sürecini fotoğrafladı, hangi kapsamlı zaman12ile viskoz damlacık temas yarıçapı varyasyonu ortaya. Paulsen yüksek hızlı kamera gözlem ile bir elektrik yöntemi kombine, böylece 10 ns13,14yanıt süresini azaltır.
Atom kuvveti mikroskopisi (AFM) aynı zamanda damlacık/kabarcık ve katı yüzeyler arasındaki etkileşim gücünü ölçmek için de kullanılmıştır. Vakarelski, mikrometre ölçeği üzerinde kontrollü çarpışmalar sırasında 2 küçük kabarcıklar (yaklaşık 80-140 μm) arasındaki etkileşim güçlerini ölçmek için bir AFM konsol kullanılmış nanometreler15. Shi aynı anda etkileşim kuvveti ve farklı hidrophobicity bir hava balonu ve Mika yüzeyleri arasında ince su filmin zamanmekansal evrim ölçmek için AFM ve yansıma girişim kontrast mikroskopisi (ricm) bir kombinasyonu kullandı 16,17.
Ancak, AFM kullanılan ticari atölyeler çok küçük olduğundan, konsol üzerinde ışınlanmış lazer spot damlacıklar veya kabarcıklar tarafından batık olacaktır. AFM, havada damlacıklar ve damlacıklar/substratlar arasındaki etkileşim gücünün ölçülmesi konusunda zorluklara sahiptir.
Bu yazıda, optik kol yöntemine dayanan bir ölçüm sistemi, damlacıklar ile süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim gücünü ölçmek için tasarlanmıştır. Optik kolu (Sol) kuvvet hassasiyeti elektrostatik kuvvet18ile kalibre edilir ve sonra damlacıklar ve farklı süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim güçleri ölçüm sistemi ile ölçülür.
Ölçüm sisteminin şematik şeması Şekil 1' de gösterilir. Lazer ve pozisyon duyarlı dedektör (PSD) optik kolu sistemi oluşturur. Sistemde hassas bir bileşen olarak milimetrik silikon konsol kullanılır. Substrat, dikey yönde hareket edebilir Nanopositioning z-aşama üzerinde sabit. Substrat damlacık yaklaştığında, etkileşim kuvveti, konsol viraj neden olur. Böylece, PSD 'de lazer noktanın konumu değişecek ve PSD 'nin çıkış voltajı değişecek. PSD Vp 'Nin çıkış voltajı, EQ 'da gösterildiği gibi, etkileşim kuvveti Fıile orantılıdır (1).
1
Etkileşim gücünü elde etmek için, Sol ilk kalibre edilmelidir. Elektrostatik kuvvet, Solkalibrasyonunda standart kuvvet olarak kullanılır. Şekil 2' de gösterildiği gibi, konsol ve elektrot dikey yönde elektrostatik kuvvet üretebilir bir paralel plaka kondansatör, makyaj. Elektrostatik kuvvet F'ler , EQ. (2)19,20,21' de gösterildiği gibi, DC güç kaynağı Vsvoltajı ile belirlenir.
2
C , paralel plaka kondansatörünün kapasitans olduğunu, z , konsol serbest ucunu yer değiştirmesi ve dC/dz kondansitance gradyan denir. Kapasitans, kapasitans Köprüsü ile ölçülmüştür. C ve z arasındaki matematiksel ilişki, EQ 'da gösterildiği gibi, ikinci dereceden bir polinom ile monte edilebilir (3).
3
Burada Q, P ve CT ikinci dereceden terim, birincil terim ve sırasıyla sabit terim katsayıları vardır. Bu nedenle, elektrostatik kuvvet Fes EQ olarak ifade edilebilir (4).
4
Kondansatörün iki plakasının örtüşme alanı çok küçük olduğundan, konsol üzerinde hareket eden elastik kuvvet EQ olarak ifade edilebilir (5), Hooke kanununa göre:
5
Burada k , konsol sertliği.
Konsol üzerinde uygulanan elastik kuvvet ve elektrostatik kuvvet eşit olduğunda (örn. fi = fes), konsol denge içindedir. EQ. (6) EQS 'den elde edilebilir. (1), (2) ve (5):
6
Kalibrasyon sonuçlarının belirsizliğini azaltmak için Solhesaplamak için bir fark yöntemi kullanılır. İki deneylerin sonuçları VS1, vP1 ve vS2, vP2olarak alınır ve EQ. (6) olarak değiştirilir:
7
Denklemleri dönüştürerek ve alt denklemin EQ 'daki üst denklemden çıkartıldığı (7), Q ve k parametreleri ortadan kaldırılmıştır. Ardından, EQ 'da gösterildiği gibi Sol 'un kalibrasyon formülü elde edilir. (8):
8
Bir dizi deney gerçekleştirirken, eğri, Ordinat ve 2 (1/vS12-1/vS22) olarak abscissa olarak P (1/vP1-1/vP2) ile çizilir. Eğri eğim Sol.
Solaldıktan sonra, elektrot farklı süper-hidrofobik substratlar ile değiştirilir. Damlacıklar ile süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim güçleri Şekil 1' de gösterilen sistem tarafından ölçülecektir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Sol kalibrasyon sisteminin montajı
2. kapasitans degradesi ölçümü
3. optik kol kalibrasyonu
4. süper hidrofobik substratlar hazırlanması
5. damlacıklar ve süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim gücünün ölçümü
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Plaka elektrodunun yer değiştirmesi ve tek bir deneyde ölçülen elektrot ile ilgili Kondansat ile Tablo 1' de gösterilir. Kapasitans C ve deplasman z arasındaki ilişki, Şekil 4' te gösterildiği gibi MATLAB 'deki polyfit fonksiyonunu kullanarak ikinci dereceden polinomial ile donatılmıştır. İlk sipariş katsayısı P sığdırma fonksiyonu ile elde edilebilir. P son değeri 0,2799 pF/mm, hangi ortalama on deneysel sonuçları hesaplanır.
Bi...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu protokolde, optik kol yöntemine dayanan bir ölçüm sistemi monte edilmiş ve kalibre edilmiş olup, damlacıklar ile süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim gücünü ölçmek için tasarlanmıştır. Tüm adımlar arasında, Sol kullanarak elektrostatik kuvvet kalibre etmek önemlidir. Kalibrasyon denemenin sonuçları EQ. (8): P (1/vP1-1/vP2) 2 (1/vS12-1/vS22) ile orantılıdır ve bunun değeri elde etmek mümkün hale...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarın ifşa etmesi gereken bir şey yok.
Yazarlar Tianjin doğal Bilim Vakfı (No. 18JCQNJC04800), Tribology devlet anahtar Laboratuvarı Tribology Bilim Fonu teşekkür ederiz (Hayır. SKLTKF17B18) ve Ulusal Doğal Bilim Vakfı Çin (Grant No. 51805367) onların destek için.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Kamera | Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd | dijital mikroskop A1 | Kare hızı: 30 kare/sn; Odak uzaklığı: 5 mm - 30 mm |
| Kapasitif köprü | Andeen-Hagerling | AH2550A | Kapasitif köprü, konsol ile plaka elektrodu arasındaki kapasitansı ölçmek için kullanılır. |
| Veri toplama cihazı | National Instruments | USB-4431 | Veri toplama cihazı, çıkış voltajı verilerini okumak için kullanılır. |
| DC güç kaynağı | Keithley | 2410 | Voltaj aralığı: ± 5 μ V; Doğruluk: % 0.012 |
| Izgara Elektron | Mikroskobu Çin | AGH100, AGH150, AGH300 | AGH100, AGH150 ve AGH300'ün ızgara fraksiyonları sırasıyla% 46.18,% 51.39 ve% 58.79'dur |
| Lazer | Shenzhen Kızılötesi Lazer Technology Co., Ltd. | HW650AD100-10BD | Lazer dalga boyu: 650 nm |
| Nanopartikül | Rust-Oleum | 274232 | NeverWet Çok Yüzeyli Sıvı İtici Tedavi, devrim niteliğinde bir süper hidrofobik kaplamadır. |
| Nano konumlandırma z-stage | Physik Instrumente | P622. ZCD | Seyahat aralıkları 50 ve mikro; m'den 250'ye ve mikro; m (350 & mikro; m açık döngü); 0,1 nm'ye kadar çözünürlük; Yalnızca doğrusallık hatası %0,02 |
| Konuma duyarlı dedektör | Hamamatsu Photonics K.K. | S1880 | İki boyutlu PSD, optik sinyalleri elektrik sinyallerine çevirmek için kullanılır. |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste