Comportement contre les adhérences préparation et haute température d’une Surface glissante sur acier inoxydable
Summary
Surfaces glissantes offrent une nouvelle façon de résoudre le problème de l’adhérence. Ce protocole décrit comment fabriquer des surfaces glissantes à haute température. Les résultats démontrent que les surfaces glissantes montraient anti-mouillage pour liquides et un effet anti-adhérence remarquable sur les tissus mous à haute température.
Abstract
Anti-coefficient d’adhérence avec la résistance à hautes températures ont une large application potentielle dans les pipelines, les moteurs et les instruments d’électrochirurgie. Une surface SUPERHYDROPHOBE typique de anti-mouillante échoue facilement lorsqu’ils sont exposés à un liquide de haute température. Récemment, Nepenthes-inspiré des surfaces glissantes a démontré une nouvelle façon de résoudre le problème de l’adhérence. Une couche de lubrifiant sur la surface glissante peut agir comme une barrière entre les matériaux repoussés et la structure de la surface. Toutefois, les surfaces glissantes dans des études antérieures montraient rarement résistance à hautes températures. Nous décrivons ici un protocole pour la préparation des surfaces glissantes avec résistance à hautes températures. Une méthode assistée par photolithographie servait à fabriquer des structures du pilier sur l’acier inoxydable. Par fonctionnalisation de la surface avec une solution saline, une surface glissante a été préparée en ajoutant l’huile de silicone. La surface glissante maintenu la propriété anti-mouillage pour l’eau, même quand la surface est chauffée à 300 ° C. En outre, la surface glissante exposé grands contre les adhérences effets sur les tissus mous à haute température. Ce type de surface glissante sur l’acier inoxydable possède des applications dans les dispositifs médicaux, équipements mécaniques, etc..
Introduction
Anti-coefficient d’adhérence à haute température pour une utilisation avec des liquides et des tissus mous ont reçu un intérêt considérable en raison de leurs nombreuses applications potentielles en instruments d’électrochirurgie, moteurs, pipelines, etc. 1 , 2 , 3 , 4. Bioinspired surfaces, surfaces superhydrophobes en particulier, sont considérés comme la solution idéale en raison de leurs excellentes capacités anti-mouillage et autonettoyant propriétés5. Dans les surfaces superhydrophobes, la capacité anti-mouillage doit être attribuée à l’air verrouillé dans la structure de la surface. Toutefois, l’État SUPERHYDROPHOBE est instable parce qu’il est dans l’état de Cassie-Baxter6,7. Aussi, à des températures élevées, l’anti-mouillage de gouttelettes de liquide peut échouer en raison de la transition d’état de mouillage de la Cassie-Baxter à l’ état de Wenzel8. Cette transition de mouillage est induite par les mouillant de petites gouttelettes de liquides dans les structures, qui se traduit par le défaut de verrouillage de l’air en place.
Récemment, inspiré par les propriétés glissantes de la peritome de la sarracénie, Nepenthes, Wong et al signalait un concept afin de construire des surfaces glissantes en infusant un lubrifiant dans les structures de surface9,10 ,11. En raison de la force capillaire, les structures peuvent Tenez fermement le lubrifiant en place, tout comme dans la poche d’air verrouillée sur surfaces superhydrophobes. Ainsi, le lubrifiant et les structures de surface peuvent former une surface solide/liquide stable. Lorsque le lubrifiant a une affinité préférentielle pour la structure de la surface, la goutte de liquide sur la surface composite peut glisser facilement, avec seulement une hystérésis de l’angle de contact très faible (par exemple, ~ 2 °)12. Cette couche de lubrifiant permet également à la surface avoir des capacités remarquables de anti-mouillant13, démontrer le grand potentiel pour les dispositifs médicaux14,15. Toutefois, des études antérieures sur les surfaces glissantes a surtout porté sur la préparation pour application à température ambiante ou à basses températures. Il y a très peu d’études sur la préparation des surfaces glissantes avec résistance à hautes températures. Par exemple, Zhang et coll. ont montré que l’évaporation rapide du lubrifiant entraîne rapidement l’échec de la propriété glissante à même température légèrement élevée16.
Les surfaces glissantes avec résistance à hautes températures peuvent élargir la demande potentielle ; par exemple, ils peuvent servir comme barrières liquides pour diminuer l’adhérence des tissus mous à conseils instrument électrochirurgical. Au cours de l’opération chirurgicale, adhérence des tissus mous se produit en raison de la température élevée de l’extrémité de l’instrument électrochirurgical. Les tissus mous peuvent être carbonisés, amenant à adhérer à la pointe de l’instrument, qui ensuite se déchire les tissus mous autour de l’embout17,18,19. Les tissus mous collés sur l’extrémité de l’instrument électrochirurgical influencent négativement sur l’opération et aussi peuvent provoquer l’échec de l’hémostase19,20. Ces effets nuisent considérablement la santé populaire et des intérêts économiques. Résoudre le problème de l’adhérence des tissus mous pour instruments d’électrochirurgie est donc très urgent. En fait, les surfaces glissantes offrent l’occasion de résoudre ce problème.
Nous présentons ici un protocole visant à fabriquer des surfaces glissantes disponibles à haute température. En acier inoxydable a été choisi comme le matériau de surface en raison de sa résistance à hautes températures. L’acier inoxydable a été rendu par gravure chimique assistée par photolithographie. Ensuite, la surface est fonctionnalisée avec un matériau biocompatible, octadecyltrichlorosilane saline (OTS)21,22,23,24. Une surface glissante a été préparée en ajoutant l’huile de silicone. Ces matériaux a permis la surface glissante pour obtenir la résistance à hautes températures. La propriété anti-mouillage à des températures élevées et les effets contre les adhérences des tissus mous ont été étudiés. Les résultats montrent le potentiel de l’utilisation de surfaces glissantes pour résoudre le problème de l’adhérence à haute température.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce manuscrit détaille les protocoles de fabrication d’une surface glissante avec résistance à hautes températures. La propriété glissante de notre surface préparée a été démontrée en observant le comportement de glissement facile d’une goutte d’eau. Ensuite, l’anti-humidification de la surface glissante préparée à différentes températures élevées a été étudiée en déposant une goutte d’eau sur la surface chaude. Les résultats montrent que la surface glissante maintenu sa propriété glis…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (Grant no 51290292) et était également soutenu par la Fondation de Excellence académique de BUAA pour doctorants.
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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