Fabricación Y Visualización De Puentes Capilares En Geometría De Poro Hendidura
Summary
Un procedimiento para crear y los puentes capilares de la proyección de imagen en geometría del rajar-poro se presenta. La creación de puentes capilares se basa en la formación de pilares para proporcionar una heterogeneidad física y química direccional para fijar el fluido. Los puentes capilares se forman y manipulan mediante microetapas y se visualizan mediante una cámara CCD.
Abstract
Un procedimiento para crear y los puentes capilares de la proyección de imagen en geometría del rajar-poro se presenta. Los pilares hidrofóbicos de alta relación de aspecto se fabrican y funcionalizan para hacer que sus superficies superiores sean hidrófilas. La combinación de una característica física (el pilar) con un límite químico (la película hidrofílica en la parte superior del pilar) proporciona una heterogeneidad física y química que fija la línea de triple contacto, una característica necesaria para crear puentes capilares largos pero estrechos estables. Los sustratos con los pilares se unen a portaobjetos de vidrio y se aseguran en soportes personalizados. Los soportes se montan en microetapas de cuatro ejes y se colocan de tal manera que los pilares son paralelos y uno frente al otro. Los puentes capilares se forman introduciendo un fluido en el espacio entre los dos sustratos una vez que la separación entre los pilares orientados se ha reducido a unos pocos cientos de micrómetros. El microetapa personalizado se emplea para variar la altura del puente capilar. Una cámara CCD se coloca para obtener imágenes de la longitud o la anchura del puente capilar para caracterizar la morfología de la interfaz del fluido. Los pilares con anchos de hasta 250 μm y longitudes de hasta 70 mm se fabricaron con este método, lo que llevó a puentes capilares con relaciones de aspecto (longitud / anchura) de más de 1001.
Introduction
El estudio de la forma y las fuerzas resultantes causadas por los puentes capilares ha sido objeto de amplios estudios2-7. Inicialmente la mayoría de los esfuerzos se centraron, debido a su simplicidad, en puentes capilares axisimétricos. A menudo, los puentes capilares que ocurren en sistemas naturales, como los que se encuentran en medios granulares y porosos8,9 y los puentes empleados en aplicaciones tecnológicas, como para el autoensamblaje capilar en tecnologías de flip chip10-15 son asimétricos con propiedades de humectación no uniformes en las superficies que interactúan. La combinación de técnicas de litografía mejoradas junto con la accesibilidad de herramientas numéricas simples para modelar interfaces de fluidos permite la creación y modelado de puentes capilares con una complejidad cada vez mayor.
Los puentes capilares en geometría de hendidura-poro ofrecen un compromiso interesante: las propiedades de humectación direccional conducen a puentes noaxisimétricos que conservan algunos planos de simetría (lo que simplifica el análisis). Se han estudiado teórica y numéricamente como un estudio de caso para medios porosos. Sin embargo, los estudios experimentales sistemáticos de puentes capilares en geometría de hendidura-poro han sido limitados. Aquí presentamos un método para crear y caracterizar puentes capilares en geometría de poro de hendidura. Brevemente, el método consiste en 1) la fabricación de pilares para crear una heterogeneidad química y física, 2) el diseño de un microestage para alinear y manipular los puentes, y 3) la imagen de los puentes capilares ya sea desde el frente o los lados para caracterizar su morfología. La caracterización de la morfología del puente, junto con las comparaciones con las simulaciones de evolucionistas de superficie se proporcionan en una publicación separada1.
Protocol
Representative Results
Discussion
El método presentado aquí proporciona una manera de crear puentes capilares en la geometría de poros de hendidura, y también un método para obtener imágenes de estos puentes para que su morfología pueda ser analizada y comparada con la simulación y la teoría.
Este método incorpora el alivio físico, así como patrones químicos selectivos para crear propiedades de humectación asimétricas. Si solo hay una heterogeneidad química, una gota de líquido permanecerá anclada en la heter…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen el apoyo de la Fundación Nacional para la Ciencia en virtud de la Subvención No. CMMI-00748094 y la 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
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