Fabricação e Visualização de Pontes Capilares em Geometria de Poros Cortados
Summary
Um procedimento para criar e imagem pontes capilares na geometria de fenda-poros é apresentado. A criação de pontes capilares conta com a formação de pilares para proporcionar uma heterogeneidade física e química direcional para fixar o fluido. Pontes capilares são formadas e manipuladas usando microestálulas e visualizadas usando uma câmera CCD.
Abstract
Um procedimento para criar e imagem pontes capilares na geometria de fenda-poros é apresentado. Pilares hidrofóbicos de alta proporção são fabricados e funcionalizados para tornar suas superfícies superiores hidrofílicas. A combinação de uma característica física (o pilar) com um limite químico (o filme hidrofílico no topo do pilar) fornece uma heterogeneidade física e química que fixa a linha de contato triplo, uma característica necessária para criar pontes capilares longas e estreitas estáveis. Os substratos com os pilares são anexados a lâminas de vidro e fixados em suportes personalizados. Os suportes são então montados em microestácções de quatro eixos e posicionados de tal forma que os pilares são paralelos e voltados uns para os outros. As pontes capilares são formadas pela introdução de um fluido na distância entre os dois substratos, uma vez que a separação entre os pilares voltados foi reduzida a algumas centenas de micrômetros. O microestálula personalizado é então empregado para variar a altura da ponte capilar. Uma câmera CCD está posicionada para visualizar o comprimento ou a largura da ponte capilar para caracterizar a morfologia da interface do fluido. Pilares com larguras até 250 μm e comprimentos de até 70 mm foram fabricados com este método, levando a pontes capilares com proporções (comprimento/largura) de mais de 1001.
Introduction
O estudo da forma e das forças resultantes causadas por pontes capilares tem sido objeto de extensos estudos2-7. Inicialmente, a maioria dos esforços foi focada, devido à sua simplicidade, em pontes capilares capilares de eixos. Muitas vezes pontes capilares que ocorrem em sistemas naturais, como as encontradas em mídias granulares e porosas8,9 e pontes empregadas em aplicações tecnológicas, como para automontagem capilar em tecnologias de flip chip10-15 são assimétricas com propriedades de molhar não uniforme nas superfícies interativas. A combinação de técnicas aprimoradas de litografia, juntamente com a acessibilidade de ferramentas numéricas simples para modelar interfaces fluidas permite a criação e modelagem de pontes capilares com crescente complexidade.
Pontes capilares na geometria de porose oferecem um compromisso interessante: as propriedades de molhar direcionais levam a pontes nãoximétricas que retêm alguns planos de simetria (o que simplifica a análise). Eles têm sido estudados teoricamente e numericamente como um estudo de caso para a mídia porosa. Estudos experimentais sistemáticos de pontes capilares na geometria de poros cortados têm, no entanto, sido limitados. Aqui apresentamos um método para criar e caracterizar pontes capilares na geometria dos poros cortados. Resumidamente, o método consiste em 1) a fabricação de pilares para criar uma heterogeneidade química e física, 2) o desenho de um microestácia para alinhar e manipular as pontes, e 3) a imagem das pontes capilares tanto da frente quanto das laterais para caracterizar sua morfologia. A caracterização da morfologia da ponte, juntamente com comparações com simulações de evoludores de superfície são fornecidas em uma publicação separada1.
Protocol
Representative Results
Discussion
O método aqui apresentado fornece uma maneira de criar pontes capilares na geometria dos poros cortados, e também um método para a imagem dessas pontes para que sua morfologia possa ser analisada e comparada com simulação e teoria.
Este método incorpora alívio físico, bem como padronização química seletiva para criar propriedades de molhar assimétricas. Se apenas uma heterogeneidade química estiver presente, uma gota líquida permanecerá presa na heterogeneidade até que o ângul…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem o apoio da Fundação Nacional de Ciência sob o Grant No. CMMI-00748094 e onr n000141110629.
Materials
| 99.999% Gold wire | Kurt J. Lesker | EVMAU40040 | |
| Acetone | Pharmco-AAPER | C1107283 | |
| Dimethyl sulfoxide | Fisher | D128-500 | |
| Ethanol (200 proof) | Pharmco-AAPER | 111000200 | |
| Hydrochloric acid | EMD | HX0603-4 | |
| Hydrogen peroxide (30%) | EMD | HX0635-3 | |
| Isopropyl alcohol | Fisher | L-13597 | |
| Mercapto hexadecanoic acid (90%) | Sigma-Aldrich | 448303-1G | |
| Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS) | Gelest | Sim6476-O-100GM | |
| Milli-Q DI water | Millipore | Milli-Q | |
| Nitrogen (gas) | Airgas | UN1066 | |
| Oxygen (gas) | Airgas | UN1072 | |
| Silicon wafers (4 in) | WRS Materials | CC8506 | |
| SU-8 2002 (negative photo resist) | MicroChem | SU82002 | |
| SU-8 2050 (negative photoresist) | MicroChem | SU82050 | |
| SU-8 Developer solution | MicroChem | Y020100 4000L1PE | |
| Sulfuric acid | J.T. Baker | 9681-03 | |
| Poly dimethy sulfoxide (PDMS) | Dow Corning | Sylgard -184 | |
| Toluene | Omnisolv | TX0737-1 |
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