Förberedelse och hög temperatur anti vidhäftning beteende av en hal yta på rostfritt stål
Summary
Hala ytor ger ett nytt sätt att lösa Vidhäftningsproblemet. Det här protokollet beskriver hur man fabricerar hala ytor vid höga temperaturer. Resultaten visar att de hala ytorna visade anti vätning för vätskor och en anmärkningsvärd anti vidhäftning effekt på mjukdelar vid höga temperaturer.
Abstract
Anti vidhäftning ytor med hög-temperaturbeständighet har ett brett program som potentiella i elektrokirurgiska instrument, motorer och rörledningar. En typisk anti vätning superhydrofobt beläggningen inte enkelt när de utsätts för en hög temperatur vätska. Nyligen, Nepenthes-inspirerad hala ytor visat ett nytt sätt att lösa Vidhäftningsproblemet. Ett smörjmedel lager på den hala ytan kan fungera som en barriär mellan drevs tillbaka materialet och ytstrukturen. De hala ytorna i tidigare studier visade dock sällan hög-temperaturbeständighet. Här beskriver vi ett protokoll för beredning av hala ytor med hög-temperaturbeständighet. En photolithography-assisted metod användes för att fabricera pelaren strukturer på rostfritt stål. Av funktionaliserar ytan med koksaltlösning, förbereddes en hal yta genom att lägga till silikonolja. Beredd hala ytan vidhöll egenskapen anti vätning för vatten, även när ytan värms upp till 300 ° C. Också, den hala ytan uppvisade stora anti vidhäftning effekter på mjukdelar vid höga temperaturer. Denna typ av hal yta på rostfritt stål har tillämpningar inom medicinsk utrustning, mekanisk utrustning, etc.
Introduction
Vid höga temperaturer för användning med vätskor och mjukdelar ytor på anti friktion har fått stort intresse på grund av deras omfattande tillämpningen potential i elektrokirurgiska instrument, motorer, rörledningar etc. 1 , 2 , 3 , 4. Bioinspired ytor, särskilt superhydrofobt ytor, anses det idealiska valet för sin Utmärkt anti vätning förmågor och självrengörande egenskaper5. I superhydrofobt ytor, bör anti vätning förmåga tillskrivas låst luften i ytstrukturen. Superhydrofobt staten är dock instabil eftersom det är i Cassie-Baxter staten6,7. Även vid höga temperaturer, kan den anti vätning för flytande droppar misslyckas på grund av vätning tillstånd övergången från den Cassie-Baxter till Wenzel staten8. Denna vätning övergång framkallas av små flytande droplet vätning i strukturer, vilket resulterar i misslyckandet att låsa luften på plats.
Nyligen, inspirerad av peritome av anläggningen pitcher, Nepentheshala egenskaper, finns Wong et al. rapporterade ett koncept att konstruera hala ytor genom infusion ett smörjmedel i ytstrukturer9,10 ,11. På grund av kapillär kraft, kan strukturerna som håller smörjmedlet på plats, precis som i den låsta luftficka på superhydrofobt ytor. Således kan det bildas en stabil fast/flytande yta de smörjmedel och ytstrukturer. När smörjmedel har förmånliga affinitet för ytstrukturen, flytande droplet-programmet på sammansatta ytan kan glida lätt, med endast en mycket låg kontaktvinkel hysteres (t.ex. ~ 2 °)12. Detta smörjmedel skikt kan också ytan som har märkliga anti vätning kapacitet13, visar stor potential för medicintekniska14,15. Dock tidigare studier på hala ytor främst inriktad på förberedelserna för ansökan vid rumstemperatur eller låga temperaturer. Det finns mycket få studier om förberedelse av hala ytor med hög-temperaturbeständighet. Zhang et al. visade till exempel att snabb avdunstning av smörjmedel snabbt orsakar felet av egenskapen hala även något höga temperaturer16.
Hala ytor med hög temperatur motstånd kan bredda programmet potentiella; exempelvis kan de användas som flytande barriärer för att minska mjukvävnad vidhäftning till elektrokirurgiska instrument tips. Under det kirurgiska ingreppet uppstår svår mjukvävnad vidhäftning på grund av den höga temperaturen av elektrokirurgiska instrument tips. Den mjuka vävnaden kan vara förkolnade, orsakar det att följa instrument spets, som sedan tårar den mjuka vävnaden runt tip17,18,19. Klibbade mjukdelar på den elektrokirurgiska instrument spetsen påverkar negativt verksamheten och också kan framkalla felet av hemostas19,20. Dessa effekter påtagligt skada människors hälsa och ekonomiska intresse. Det är därför mycket brådskande att lösa frågan om mjuk vävnad vidhäftning till elektrokirurgiska instrument. Faktum, erbjuder hala ytor en möjlighet att lösa detta problem.
Här presenterar vi ett protokoll för att fabricera hala ytor tillgängliga vid höga temperaturer. Rostfritt stål valdes som ytmaterialet på grund av dess hög-temperaturbeständighet. Det rostfria stålet var ruggas upp av photolithography-assisted kemisk etsning. Då ytan var functionalized med ett biokompatibelt material, saltlösning octadecyltrichlorosilane (OTS)21,22,23,24. En hal yta förbereddes genom att lägga till silikonolja. Dessa material aktiverad hala ytan för att uppnå hög-temperaturbeständighet. Egenskapen anti vätning vid höga temperaturer och anti vidhäftning effekterna på mjuk vävnad undersöktes. Resultaten visar möjligheten att använda hala ytor på anti vidhäftning problemet vid höga temperaturer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Detta manuskript Detaljer protokoll för fabricera en hal yta med hög-temperaturbeständighet. Egenskapen hala av våra förberedda ytan demonstrerades genom att observera beteendet lätt-glidande med en vatten droplet. Sedan undersöktes den anti vätning av beredd hala ytan på olika temperaturer genom att deponera en vatten droplet på den heta ytan. Resultaten visar att beredd hala ytan vidhöll sin hala egendom även när det var uppvärmd till över 300 ° C. Vi har också konstaterat anti vidhäftning effekterna …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av den nationella naturvetenskap Foundation i Kina (Grant nr 51290292) och stöddes också av den akademiska Excellence Foundation av BUAA för doktorander.
Materials
| Stainless steel | Hongtu Corporation | 316 | Use as received |
| Octadecyltrichlorosilane | Huaxia Reagent | 112-04-9 | Use as received |
| Photoresist | Kempur Microelectronic Corporation | 317S | Use as received |
| Silicone oil | Beijing Chemical Works | 350 cst | Use as received |
| Anhydrous toluene | Beijing Chemical Works | 108-88-3 | Use as received |
| Phosphoric acid (H3PO4) | Tianjin Chemical Corporation | 7664-38-2 | Use as received |
| Hydrochloric acid (HCl) | Tianjin Chemical Corporation | 7647-01-0 | Use as received |
| Ferric chloride (FeCl3) | Tianjin Chemical Corporation | 7705-08-0 | Use as received |
| Optical upright microscope | Olympus | BX51 | |
| Optical stereo microscope | Olympus | SZX16 | |
| High speed camera | Olympus | i-SPEED LT | |
| Ultrasonic cleaner | KUNSHAN ULTRASONIC INSTRUMENTS CO. LTD | KQ-500E | |
| Dynamometer | Yueqing Handapi Instruments Co. Ltd | HP-5 | |
| Manipulator | Yueqing Handapi Instruments Co. Ltd | HLD | |
| Hot plate | Shenzhen Jingyihuang Corporation | DRB-1 |
References
- Liu, Y., Chen, X., Xin, J. H. Can superhydrophobic surfaces repel hot water?. J Mater Chem. 19 (31), 5602-5611 (2009).
- Urata, C., Masheder, B., Cheng, D. F., Hozumi, A. A thermally stable, durable and temperature-dependent oleophobic surface of a polymethylsilsesquioxane film. Chem Commun. 49, 3318-3320 (2013).
- Daniel, D., Mankin, M. N., Belisle, R. A., Wong, T. -. S., Aizenberg, J. Lubricant-infused micro/nano-structured surfaces with tunable dynamic omniphobicity at high temperatures. Appl Phys. Lett. 102 (23), 231603 (2013).
- Zhang, P., Chen, H., Zhang, L., Zhang, D. Anti-adhesion effects of liquid-infused textured surfaces on high-temperature stainless steel for soft tissue. Appl Surf Sci. 385, 249-256 (2016).
- Barthlott, W., Neinhuis, C. Purity of the sacred lotus,or escape from contamination in biological surfaces. Planata. 202 (1), 1-8 (1997).
- Feng, L., et al. Super-hydrophobic surfaces: from natural to artificial. Adv Mater. 14 (24), 1857-1860 (2002).
- Li, X. M., Reinhoudt, D., Crego-Calama, M. What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces. Chem Soc Rev. 36 (8), 1350-1368 (2007).
- Roach, P., Shirtcliffe, N. J., Newton, M. I. Progess in superhydrophobic surface development. Soft Matter. 4, 224-240 (2008).
- Park, K. C., et al. Condensation on slippery asymmetric bumps. Nature. 531 (7592), 78-82 (2016).
- Wong, T. S., et al. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity. Nature. 477 (7365), 443-447 (2011).
- Chen, H., et al. Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata. Nature. 532 (7597), 85-89 (2016).
- Zhang, P., Chen, H., Zhang, L., Ran, T., Zhang, D. Transparent self-cleaning lubricant-infused surfaces made with large-area breath figure patterns. Appl Surf Sci. 355, 1083-1090 (2015).
- Lafuma, A., Quéré, D. Slippery pre-suffused surfaces. EPL. 96, 56001 (2011).
- Epstein, A. K., et al. Liquid-infused structured surfaces with exceptional anti-biofouling performance. P Natl Acad Sci USA. 109 (33), 13182-13187 (2012).
- MacCallum, N., et al. Liquid-infused silicone as a biofouling-free medical material. ACS Biomater Sci Eng. 1, 43-51 (2015).
- Zhang, J., Wu, L., Li, B., Li, L., Seeger, S., Wang, A. Evaporation-induced transition from Nepenthes pitcher-inspired slippery surfaces to lotus leaf-inspired superoleophobic surfaces. Langmuir. 30 (47), 14292-14299 (2014).
- Sutton, P. A., Awad, S., Perkins, A. C., Lobo, D. N. Comparison of lateral thermal spread using monopolar and bipolar diathermy the Harmonic Scalpel™ and the Ligasure™. Brit J Surg. 97 (3), 428-433 (2010).
- Koch, C., Friedrich, T., Metternich, F., Tannapfel, A., Reimann, H. P., Eichfeld, U. Determination of temperature elevation in tissue during the application of the harmonic scalpel. Ultrasound Med Biol. 29 (2), 301-309 (2003).
- Sinha, U. K., Gallagher, L. A. Effects of steel scalpel, ultrasonic scalpel, CO2 laser, and monopolar and bipolar electrosurgery on wound healing in guinea pig oral mucosa. Laryngoscope. 113 (2), 228-236 (2003).
- Lee, J. H., Go, A. K., Oh, S. H., Lee, K. E., Yuk, S. H. Tissue anti-adhesion potential of ibuprofen-loaded PLLA-PEG diblock copolymer films. Biomaterials. 26 (6), 671-678 (2005).
- Ding, J. N., Wong, P. L., Yang, J. C. Friction and fracture properties of polysilicon coated with self-assembled monolayers. Wear. 260 (1-2), 209-214 (2006).
- Kulkarni, S. A., Mirji, S. A., Mandale, A. B., Vijayamohanan, K. P. In vitro stability study of organosilane self-assemble monolayers and multilayers. Thin Solid Films. 496, 420-425 (2006).
- Meth, S., Savchenko, N., Viva, F. A., Starosvetsky, D., Groysman, A., Sukenik, C. N. Siloxane-based thin films for corrosion protection of stainless steel in chloride media. J Appl Electrochem. 41 (8), 885-890 (2011).
- Zhang, P., Chen, H., Zhang, L., Zhang, Y., Zhang, D., Jiang, L. Stable slippery liquid-infused anti-wetting surface at high temperatures. J Mater Chem A. 4 (31), 12212-12220 (2016).
- Smith, J. D., et al. Droplet mobility on lubricant-impregnated surfaces. Soft Matter. 9 (6), 1772-1780 (2013).
- Tran, T., Staat, H. J. J., Prosperetti, A., Sun, C., Lohse, D. Drop impact on superheated surfaces. Phys Rev Lett. 108 (3), 036101 (2012).
- Donzelli, J., Leonetti, J. P., Wurster, R. D., Lee, J. M., Young, M. R. I. Neuroprotection due to irrigation during bipolar cautery. Arch Otolaryngol. 126 (2), 149-153 (2000).
