Summary

Comportamiento de anti-adherencia preparación y alta temperatura de una superficie resbaladiza en acero inoxidable

Published: March 29, 2018
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Summary

Superficies resbaladizas proporcionan una nueva forma de resolver el problema de adherencia. Este protocolo describe cómo fabricar superficies resbaladizas a altas temperaturas. Los resultados demuestran que las superficies resbaladizas demostraron la adherencia de soldadura para líquidos y un notable efecto anti-adherencia en los tejidos blandos a altas temperaturas.

Abstract

Anti-adherencia superficies con resistencia de alta temperatura tienen una amplia aplicación en tuberías, motores e instrumentos electroquirúrgicos. Una típica superficie superhidrófobos anti-humectante falla fácilmente cuando se expone a un líquido de alta temperatura. Recientemente, Nepenthes-superficies resbaladizas inspiradas demostraron una nueva forma de resolver el problema de adherencia. Una capa de lubricante en la superficie resbaladiza puede actuar como una barrera entre el material rechazado y la estructura superficial. Sin embargo, las superficies resbaladizas en estudios anteriores raramente demostraron resistencia a alta temperatura. Aquí, describimos un protocolo para la preparación de superficies resbaladizas con resistencia de alta temperatura. Un método asistido por la fotolitografía se utilizó para fabricar las estructuras de la columna en acero inoxidable. Funcionales de la superficie con una solución salina, una superficie resbalosa fue preparada mediante la adición de aceite de silicona. La superficie resbalosa preparada mantuvo la propiedad anti-humectante agua, incluso cuando la superficie fue calentada a 300 ° C. También, la superficie resbaladiza exhibió grandes efectos de la adherencia en los tejidos blandos a altas temperaturas. Este tipo de superficie resbaladiza en el acero inoxidable tiene aplicaciones en dispositivos médicos, equipos mecánicos, etcetera.

Introduction

Anti-adherencia superficies a altas temperaturas para su uso con los líquidos y los tejidos blandos han recibido un gran interés debido a su amplia aplicación en instrumentos electroquirúrgicos, motores, tuberías etc. 1 , 2 , 3 , 4. las superficies Bioinspirados, superficies particularmente superhidrófobos, consideran la opción ideal debido a su excelente capacidad anti-adherencia de soldadura y limpieza de propiedades5. En superficies superhidrófobos, la capacidad anti-humectante debe atribuirse al aire bloqueado en la estructura superficial. Sin embargo, el estado superhidrófobos es inestable porque está en el estado de Cassie-Baxter6,7. También, a altas temperaturas, la adherencia de anti-soldadura gotitas de líquido puede fallar debido a la transición de estado mojado de Cassie-Baxter a la Wenzel estado8. Esta transición de adherencia de soldadura es inducida por adherencia de soldadura de pequeñas gotas de líquido en las estructuras, que se traduce en la falta de aire en lugar de la cerradura.

Inspirado en las propiedades deslizadizas de peritome de la planta de jarra, Nepenthes, Wong et al informó recientemente un concepto para construir superficies resbaladizas por infundir un lubricante en las estructuras superficiales9,10 ,11. Debido a la fuerza capilar, las estructuras pueden sostener firmemente el lubricante en el lugar, al igual que en el bolsillo de aire bloqueado en superficies superhidrófobos. Así, el lubricante y estructuras superficiales pueden formar una superficie sólido/líquido estable. Cuando el lubricante tiene una afinidad preferente por la estructura superficial, la gota de líquido sobre la superficie compuesta puede deslizarse fácilmente, con sólo una histéresis del ángulo de contacto muy baja (por ejemplo, ~ 2 °)12. Esta capa lubricante también permite que la superficie que tienen notables capacidades anti-humectantes13, demostrando el gran potencial de dispositivos médicos14,15. Sin embargo, estudios anteriores realizados sobre superficies resbaladizas se centraron principalmente en la preparación para la aplicación a temperatura ambiente o temperaturas bajas. Existen muy pocos estudios sobre la preparación de superficies resbaladizas con resistencia de alta temperatura. Por ejemplo, Zhang et al. , demostraron que la rápida evaporación del lubricante rápidamente causa el fracaso de la propiedad resbaladizo en incluso las temperaturas ligeramente altas16.

Superficies resbaladizas con resistencia de alta temperatura pueden ampliar la aplicación potencial; por ejemplo, pueden ser utilizados como barreras de líquidos para disminuir la adherencia de tejidos blandos a puntas de instrumento electroquirúrgico. Durante la operación quirúrgica, adherencia de tejido suave severo se produce debido a la alta temperatura de las puntas del instrumento electroquirúrgico. El tejido blando puede ser carbonizado, causando que se adhieren a la punta del instrumento, que luego se rasga el tejido blando alrededor de la punta17,18,19. El tejido blando adherido a la punta del instrumento electroquirúrgico influye negativamente en el funcionamiento y también puede provocar el fracaso de la hemostasia19,20. Estos efectos significativamente dañan la salud de las personas y el interés económico. Por lo tanto, es muy urgente para resolver la cuestión de la adhesión del tejido blando a instrumentos electroquirúrgicos. De hecho, superficies resbaladizas ofrecen una oportunidad para resolver este problema.

Aquí, presentamos un protocolo para fabricar superficies resbaladizas disponibles a altas temperaturas. Acero inoxidable fue seleccionado como el material de la superficie debido a su resistencia de alta temperatura. El acero inoxidable era rugosa por la aguafuerte química asistida por Fotolitografía. Entonces, la superficie era funcionalizada con un material biocompatible, octadecyltrichlorosilane salina (OTS)21,22,23,24. Una superficie resbaladiza se preparó agregando aceite de silicona. Estos materiales permitieron la superficie resbaladiza lograr resistencia a alta temperatura. La propiedad humectante contra altas temperaturas y los efectos de la adherencia en tejidos blandos fueron investigados. Los resultados muestran el potencial de usar superficies resbaladizas para resolver el problema de la adherencia a altas temperaturas.

Protocol

1. fotolitografía en acero inoxidable El photomask usando un software de dibujo mecánico de diseñamos y fabricamos el diseño presentando a un photomask impresora4. Colada del acero inoxidable (316 SS, ancho lengthx: 4 cm x 4 cm, grueso: 1 mm), aclarándolo en soluciones alcalinas (50 g/L de NaOH y Na2CO3de 40 g/L) a temperatura ambiente durante 15 min eliminar los contaminantes del aceite. Limpiar el acero inoxidable por la realización de li…

Representative Results

La superficie resbalosa se preparó agregando aceite de silicona recubierto de OTS, químicamente al ácido del acero inoxidable. Debido a sus propiedades químicas similares, la superficie estaba completamente mojada por aceite de silicona. El proceso de adherencia de soldadura se muestra en la Figura 1a. La línea punteada roja marca la línea de la adherencia de soldadura. Después de la humectación, podría distinguirse una capa de aceite visible de la s…

Discussion

Este manuscrito detalles de protocolos para la fabricación de una superficie resbalosa con resistencia de alta temperatura. La propiedad resbaladiza de la superficie preparada fue demostrada por observación del comportamiento de deslizamiento fácil de una gota de agua. Entonces, el anti-mojado de la superficie resbalosa preparado a diferentes temperaturas fue investigado por depositar una gota de agua sobre la superficie caliente. Los resultados muestran que la superficie deslizadiza preparada mantiene su propiedad re…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (Grant no. 51290292) y también fue apoyado por la Fundación de BUAA de la excelencia académica para estudiantes de doctorado.

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

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Zhang, P., Huawei, C., Liu, G., Zhang, L., Zhang, D. Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel. J. Vis. Exp. (133), e55888, doi:10.3791/55888 (2018).

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