확장 가능한 우표 인쇄 및 Hemiwicking 표면의 제조
Summary
간단한 프로토콜은 다양 한 크기, 모양 및 물자의 hemiwicking 구조체의 제작을 위해 제공 됩니다. 프로토콜 물리적 스탬프, 성형, PDMS 및 일반적인 재료 증 착 기술을 통해 박막 표면 수정의 조합을 사용 합니다.
Abstract
Hemiwicking 액체의 정상적인 일로 길이 모 세관 작용 및 imbibition의 조합 넘어 패턴화 된 표면을 늦으면 과정 이다. 이 일로 현상 생리학에서 항공 우주 공학에 이르기까지 많은 기술 분야에서 중요 하다. 현재, 몇 가지 다른 기술을 hemiwicking 구조를 날조를 위한 존재 한다. 그러나 이러한 전통적인 방법,, 시간이 소모 되는 고 어려운 넓은 영역에 대 한 최대 규모 또는 특정, nonhomogeneous 패턴 형상에 대 한 사용자 지정 하기가 어렵습니다. 제시 프로토콜에는 간단한, 확장 가능한, 연구자 및 마이크로 패턴 hemiwicking 표면 날조를 위한 비용 효율적인 방법을 제공 합니다. 메서드를 통해 우표 인쇄,입니다 (PDMS) 성형, 및 박막 표면 코팅 wicking 구조 제조. 프로토콜은 hemiwicking는 70 nm 두께 알루미늄 박막으로 코팅 된 PDMS micropillar 배열에 에탄올에 대 한 설명 했다.
Introduction
최근 활발히 그리고 수 동적으로 젖 음, 증발, 조절할 수 있게 되 고 체액의 혼합에 대 한 관심 증가 되었습니다. 독특한 질감된 hemiwicking 표면 질감된 표면 이동 부분 없이 액체 (또는 열) 펌프 역할을 하기 때문에 기술을 냉각을 위한 새로운 솔루션을 제공 합니다. 이 움직임은 액체 얇은 필름의 동적 곡률와 관련 된 모 세관 작업 이벤트의 의해 구동 됩니다. 일반적으로 때 액체 단단한 표면 늦으면, 곡선된 액체 얇은-영화 (즉, 액체 초승달 모양) 급속 하 게 형성 한다. 유체 두께 곡률 프로필 무료 에너지 최소값에 도달할 때까지 진화. 참고로,이 동적 일로 프로필 수 급속 하 게 수십 나노미터의 두께 수십 마이크로미터의 스패닝 (유체-젖 음) 길이 규모 내에 붕괴 됩니다. 따라서,이 전환 (액체 필름) 지역 액체 인터페이스 곡률에 상당한 변화를 받을 수 있습니다. 과도 (박막) 지역은 거의 모든 동적 물리학 및 화학 유래입니다. 특히, 과도 (박막) 지역 최대 (1) 증발 비율, (2) 창피 가입 압력 기온 변화도, 및 (3) 액체 정역학 압력 기온 변화도1,2발견 되는. 그 결과, 곡선된 액체-영화 열 전송, 단계 분리, 유체 불안정성, 및 다 성분 액체의 혼합에 중요 한 역할을 재생 합니다. 예를 들어, 열 전달에 관하여 가장 높은 벽 열 플럭스가 높은 곡선, 과도 박막 지역3,4,5,,67에 관찰 되었습니다.
최근 hemiwicking 연구는 형상 (예를 들어, 높이, 직경, 등) 및 기둥 배치 결정 일로 전면 프로필과 구조8통해 실행 하는 액체의 속도으로 나타났습니다. 유체 전면 배열에서 마지막 구조 끝 증발, 증발된 액체 wicking 구조9에 저장 된 액체에 의해 대체 되는 일정 한 거리와 곡률, 유체 전면 유지 됩니다. Hemiwicking 구조 또한 사용 되었습니다 열 파이프에 끓는 표면에 분석 하 고 다른 열 전달 메커니즘을 강화. 10 , 11 , 12.
현재 wicking 구조를 만드는 데 사용 하는 한 가지 방법은 열 인쇄물 리소 그래피13입니다. 이 방법은 열가 소성 폴리머 스탬프 실리콘 몰드 샘플에 저항 층으로 원하는 레이아웃을 스탬프 다음은 마이크로 구조를 유지 하기 위해 스탬프를 제거 하 여 수행 됩니다. 일단 제거, 샘플 반응성 이온 에칭 초과 저항 레이어14,15중 하나를 제거 하는 과정을 통해 들어가게 된다. 그러나이 프로세스는, wicking 구조의 제조의 온도에 민감한 수 있으며 wicking 구조16의 정확도 보장 하기 위해 다양 한 코팅을 활용 하는 여러 단계를 포함. 그것은 또한 리소 그래피 기술 하지 않은 매크로 스케일 패턴;에 대 한 실용적인 케이스 그들은 여전히 제공 하는 표면에 마이크로 구조의 패턴을 만들 수 있는 방법,이 절차의 처리량 보다 훨씬 대규모 복제에 이상적입니다. 대규모, 재현 텍스처링, 회전 또는 딥 코팅 등을 고려 하면은 제어 패턴의 고유한 부족이 이다. 이러한 방법은 대상 표면에 마이크로 구조의 무작위 배열 만들지만 전통적인 리소 그래피 기술17보다 훨씬 더 큰 영역을 커버를 확장할 수 있습니다.
이 보고서에서 제시 된 프로토콜; 각각의 특정 약점을 동시에 제거 하는 동안 전통적인 텍스처링 방법의 힘을 결합 하려고 그것은 다양 한 높이, 모양, 방향, 및 매크로-규모와 잠재적으로 높은 처리량을 가진 자료의 사용자 지정 hemiwicking 구조를 조작 하는 방법을 정의 합니다. 다양 한 wicking 패턴 최적화 wicking 특성, 유체 속도, 전파, 및 다른 체액의 혼합의 방향 제어 등의 목적으로 신속 하 게 만들 수 있습니다. 다른 wicking 구조체의 사용 또한 다양 한 박막 두께 곡률 프로필 다른 두께와 열 및 대량 전송 사이의 커플링을 체계적으로 공부 하는 데 사용할 수 있습니다. 및 액체의 곡률 프로필을 제공할 수 있습니다. 초승달 모양입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hemiwicking 구조용; 꽃무늬 기둥 배열을 만드는 방법 도입 되었습니다. 이것은 각 인 조각 장치는 사용자가 만든 비트맵에서 패턴화 된 플라스틱 웨이퍼에 충 치에 의해 수행 됩니다. PDMS 혼합물은 부, 치료 그리고 박막 증 착을 통해 알루미늄으로 코팅 된. 기둥 배열 특성이이 프로토콜에 따라 비트맵에서 할당 된 그레이 스케일 값에 따라 사용자 지정할 수 있습니다. 패턴의 중요 한 측면 열 ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 자료는 부여 번호 아래 해군 연구 미국 사무실에 의해 부분적으로 후원 연구 기반 N00014-15-1-2481 고 보조금 번호 1653396에서 국립 과학 재단. 뷰 및 여기에 포함 된 결론 들 저자와 반드시 공식적인 정책 또는 보증, 명시적 또는 묵시적, 미국 오피스 해군 연구, 국립 과학 재단의 중을 나타내는으로 해석 해서는 안 또는 미국 정부입니다.
Materials
| NI-DAQ 9403 | National Instruments | 370466AE-01 | The communication interface between the camera and the control switch for the laser. |
| Control Switch | Crouzet | GN84134750 | A controller to use for the laser that activates the laser based on the voltage sent by the DAQ. |
| Flea Camera | FLIR | FL3-U3-120S3C-C | A flea camera used for imaging the drill bit on the plastic mold. |
| Flea Imaging Camera | Point Grey | FL3-U3-20E4M-C | A flea camera used for obtaining the side images of the pillars. |
| 200 Steps/rev, 12V-350mA Stepper Motor (x2) | AdaFruit | 324 | The stepper motors are used to control the depth and angle of the end mill. |
| 10x Infinity Corrected Long Working Distance Objective | Mitutoyo | #46-144 | The objective used to get the image of the side of the pillars. |
| 15x Infinite Conjugate, UV Coated, ReflX Objective | TechSpec | #58-417 | The objective used to get the image of the top of the pillars. |
| 72002 0.002D X 0.006 LOC Carbide SQ 2FL Miniature End Mill | Harvey Tools | 72002 | The drill bit that was used to create holes in the plastic mold. |
| DC Power Delivery at 1 kW | Advanced Energy | MDX-1K | Used to power the deposition sputterer. |
| Turbo-V 70LP Nacro Torr Pump | Varian | 9699336 | Turbo Pump used to reduce pressure inside deposition chamber. |
| 2000mw, 405nm High-Power Blue Light Focus Laser | WDLasers | KREE | Sample Heating Laser |
| 5.875" I.D. Dessicator w/ 0.25" Tube Connections | McMaster-Carr | 2204K5 | PDMS Dessicator |
| SYLGARD 184 Silicone Elastomer, 0.5kg Kit | Dow-Corning | 4019862 | The PDMS Kit used to make the base. |
| Diaphragm Air Compressor / Vacuum Pump | Gast | DOL-701-AA | Dessicator Vacuum Pump |
| Motorized Linear Stages (2x) | Standa | 8MT175 | The stepper motors used to control the sample plate in the x- and y- direction. |
| 2" Diameter Unmounted Poistive Achromatic Doublets, AR Coated: 400-700 nm | ThorLabs | AC508-150-A | The achromat was ued in order to obtain the images of the side of the pillars. |
| Flea 3 Mono Camera, 2448 X 2048 Pixels | Point Grey | FL3-GE-50S5M-C | A flea camera used for imiaging the top of the pillars. |
| Digital Vacuum Transducer | Thyrcont Vacuum Instruments | 4940-CF-212734 | Used for monitoring pressure inside deposition chamber. |
| Pressurized Argon Tank Resovoir | Airgas | AR RP300 | Gas used in deposition process. |
| 1-D Translation Stage | Newport Corporation | TSX-1D | A translation stage used to move the camera to focus on the end mill. |
| Cylindrical Laser Mount (x2) | Newport Corporation | ULM-TILT-M | The laser mount was used to move the camera to focus on the end mill. |
| Benchtop Chiller with Centrifugal Pump, 120V, 60Hz | Polyscience | LS51MX1A110C | A chiller used for the deposition assembly. |
| Alcatel Adixen 2010SD XP, Explosion Proof Motor, Rotary Vane Vacuum Pump, 1-Phase | Ideal Vacuum Products | 210SDMLAM-XP | A vacuum pump used for the deposition assembly. |
| Fan, 105 CFM, 115 V (x2) | Comair Rotron | MU2A1 | A fan used for cooling certain aspects of the deposition assembly. |
Referenzen
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