Изготовление и визуализация капиллярных мостов в slit Pore геометрии
Summary
Представлена процедура создания и визуализации капиллярных мостов в геометрии щеле-поры. Создание капиллярных мостов опирается на образование столбов, чтобы обеспечить направленную физическую и химическую неоднородность для того, чтобы закрепить жидкость. Капиллярные мосты образуются и манипулируются с помощью микроступенчат и визуализируются с помощью камеры CCD.
Abstract
Представлена процедура создания и визуализации капиллярных мостов в геометрии щеле-поры. Высокое соотношение аспектов гидрофобных столбов изготовлены и функционализированы, чтобы сделать их верхние поверхности гидрофильные. Сочетание физической функции (столб) с химической границей (гидрофильная пленка в верхней части столба) обеспечивает как физическую, так и химическую неоднородность, которая связывает тройную линию соприкосновения, необходимую функцию для создания стабильных длинных, но узких капиллярных мостов. Субстраты со столбами прикрепляются к стеклянным слайдам и закреплены в пользовательских держателях. Держатели затем устанавливаются на четыре оси микроступенчат и расположены так, что столбы параллельны и обращены друг к другу. Капиллярные мосты образуются путем введения жидкости в зазор между двумя субстратами после того, как разделение между облицовованиями столбов было сокращено до нескольких сотен микрометров. Пользовательские микроступенчатые затем используется для меняются высоты капиллярного моста. Камера CCD расположена для изображения длины или ширины капиллярного моста для характеристики морфологии жидкого интерфейса. Столбы шириной до 250 мкм и длиной до 70 мм были изготовлены с помощью этого метода, что привело к капиллярных мостов с аспектом отношения (длина / ширина) более 1001.
Introduction
Изучение формы и в результате силы, вызванные капиллярных мостов был предметом обширныхисследований 2-7. Первоначально большинство усилий было сосредоточено, из-за их простоты, на осиметрических капиллярных мостах. Часто капиллярные мосты, возникающие в естественных системах, таких как найденные в гранулированныхи пористых средствах массовой информации 8,9 и мосты, используемые в технологических приложениях, таких как капиллярная самосвечениев технологиях флип-чипа 10-15, асимметричны с неуниформными смачивающими свойствами на взаимодействующих поверхностях. Сочетание усовершенствованных методов литографии наряду с доступностью простых численных инструментов для моделирования жидких интерфейсов позволяет создавать и моделировать капиллярные мосты с возрастающей сложностью.
Капиллярные мосты в геометрии щели-поры предлагают интересный компромисс: направленные смачивание свойства приводят к неаксисимметрическим мостам, которые сохраняют некоторые плоскости симметрии (что упрощает анализ). Они были изучены теоретически и численно в качестве примера для пористых средств массовой информации. Однако систематические экспериментальные исследования капиллярных мостов в геометрии щеле-поры были ограничены. Здесь мы представляем метод создания и характеристики капиллярных мостов в геометрии щелей поры. Короче говоря, метод состоит из 1) изготовление столбов для создания химической и физической неоднородности, 2) дизайн микроступенчатой для выравнивания и управления мостами, и 3) изображение капиллярных мостов либо спереди или сбоку, чтобы охарактеризовать их морфологии. Характеристика морфологии моста, наряду с сравнением с моделированием поверхностных эволюционаторов, представлена в отдельной публикации1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Представленный здесь метод позволяет создавать капиллярные мосты в геометрии щелейных пор, а также метод визуализации этих мостов, чтобы их морфологию можно было анализировать и сравнивать с симуляцией и теорией.
Этот метод включает в себя физическое облегчение, а такж?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарны за поддержку Национального научного фонда в рамках гранта No. CMMI-00748094 и 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 |
Riferimenti
- Broesch, D. J., Frechette, J. From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry. Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).
- Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, A. P. Pendular rings between solids – meniscus properties and capillary force. J. Fluid Mech. 67, 723-742 (1975).
- Rose, W. Volumes and surface areas of pendular rings. J. Appl. Phys. 29, 687-691 (1958).
- Erle, M. A., Dyson, D. C., Morrow, N. R. Liquid bridges between cylinders, in a torus, and between spheres. Aiche J. 17, 115-121 (1971).
- Lambert, P., Chau, A., Delchambre, A., Regnier, S. Comparison between two capillary forces models. Langmuir. 24, 3157-3163 (2008).
- Mason, G., Clark, W. C. . Liquid Bridges Between Spheres. Chem. Eng. Sci. 20, 859-866 (1965).
- De Souza, E. J., Brinkmann, M., Mohrdieck, C., Arzt, E. Enhancement of capillary forces by multiple liquid bridges. Langmuir. 24, 8813-8820 (2008).
- Hornbaker, D. J., Albert, R., Albert, I., Barabasi, A. L., Schiffer, P. What keeps sandcastles standing. Nature. 387, 765-765 (1997).
- Scheel, M., et al. Morphological clues to wet granular pile stability. Nat. Mater. 7, 189-193 (2008).
- Mastrangeli, M., Ruythooren, W., Celis, J. -. P., Van Hoof, C. Challenges for Capillary Self-Assembly of Microsystems. IEEE T. Compon. Pack. 1, 133-149 (2011).
- Josell, D., Wallace, W. E., Warren, J. A., Wheeler, D., Powell, A. C. Misaligned flip-chip solder joints: Prediction and experimental determination of force-displacement curves. J. Electron. Pack. 124, 227-233 (2002).
- Lin, W., Patra, S. K., Lee, Y. C. Design of Solder Joints for Self-Aligned Optoelectronic Assemblies. IEEE T. Compon. Pack. B. 18, 543-551 (1995).
- Berthier, J., et al. Capillary self-alignment of polygonal chips: a generalization for the shift-restoring force. Microfluid. Nanofluid. 14, 845-858 (2013).
- Lambert, P., Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Degrez, G. Spectral analysis and experimental study of lateral capillary dynamics for flip-chip applications. Microfluid. Nanofluid. 9, 797-807 (2010).
- Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Van Hoof, C., Celis, J. P., Lambert, P. Lateral capillary forces of cylindrical fluid menisci: a comprehensive quasi-static study. J. Micromech. Microeng. 20, 10-1088 (2010).
- Childs, W. R., Nuzzo, R. G. Large-area patterning of coinage-metal thin films using decal transfer lithography. Langmuir. 21, 195-202 (2005).
- Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microfluidic devices. Anal. Chem. 75, 6544-6554 (2003).
- Olivier, G. K., Shin, D., Gilbert, J. B., Monzon, L. A. A., Frechette, J. . Supramolecular Ion-Pair Interactions To Control Monolayer Assembly. Langmuir. 25, 2159-2165 (2009).
- Ferraro, D., et al. Morphological Transitions of Droplets Wetting Rectangular Domains. Langmuir. 28, 13919-13923 (1021).
