Die Autoren sind dankbar für die Unterstützung der National Science Foundation unter Grant No. CMMI-00748094 und dem ONR N000141110629.

Der Protokolltext ist in drei Hauptabschnitte unterteilt: 1) die Herstellung der PdMS-Säulen (Polydimethylsiloxan), 2) die Funktionalisierung der Oberteile der Säulen und 3) die Bildung und Charakterisierung der Kapillarbrücken.
1. Herstellung der PDMS-Säulen
In diesem Abschnitt wird die Herstellung der PDMS-Säulen unter Verwendung des Druckgusses mit einer Silizium/SU-8-Form beschrieben.
<ol><li>
Herstellung von Silizium/SU-8 Form
	<ol>
<li>Legen Sie eine saubere 4 in Silizium-Wafer in eine Pyrex Petri Schale.</li>
		<li>Bereiten Sie eine 4:1 (volumenmäßig) Schwefelsäure auf Wasserstoffperoxid (Piranha) Lösung in einem separaten Becher. Hinweis: Bei der Herstellung und Verwendung der Piranha-Lösung ist äußerste Vorsicht geboten. Die Reaktion ist hoch exotherm und isolierte Handschuhe werden benötigt, um Becher zu handhaben. Piranha reagiert heftig mit Bios. Lassen Sie piranha Lösung auf Raumtemperatur abkühlen, bevor Sie entsorgen. Bereiten Sie nur genügend Lösung erforderlich, um den Wafer in der Schale zu tauchen.</li>
		<li>Gießen Sie die Piranha-Lösung langsam auf den Siliziumwafer, bis er vollständig unterGetaucht ist. Lassen Sie für 15 min sitzen.</li>
		<li>Den Wafer aus der Petrischale nehmen und unter einem Strom von: deionisiertem (DI) Wasser für 2 min, Ethanol für 30 Sek., Aceton für 30 Sek. abspülen, dann mit Stickstoff trocknen. Hinweis: Wenn Rückstände aus Aceton ein Problem darstellen, wird eine zusätzliche Spülung mit IPA empfohlen.</li>
		<li>Den Wafer auf einer Kochplatte bei 150 °C 15 min trocknen.</li>
		<li>Von der Kochplatte nehmen und auf Raumtemperatur abkühlen lassen.</li>
		<li>Spin Coat SU-8 2002 auf die Oberfläche des Wafers für 40 Sec bei 500 U/min.</li>
		<li>Spin Coat SU-8 2050 auf den Wafer mit einem zweistufigen Spin coater Programm. Schritt 1: 40 Sek. bei 500 Umdrehungen von 1 500 Rpm. Schritt 2: 1 min bei 1.500 Rpm.</li>
		<li>Entfernen Sie den Wafer aus dem Spincoater und legen Sie ihn 10 min auf eine vorgeheizte Kochplatte (65 °C).</li>
		<li>Auf Raumtemperatur abkühlen lassen, dann Maske über Wafer legen.</li>
		<li>Unter UV-Lampe platzieren und 30 Sek. bei 200 Watt aussetzen.</li>
		<li>Entfernen Sie die Maske und legen Sie den Wafer 10 min auf eine vorgeheizte Kochplatte (95 °C).</li>
		<li>Platzieren Sie in SU-8 Developer-Lösung und leicht zu agitieren, bis alle nicht belichteten SU-8 entfernt wurde. Dann in einem Strom von Isopropylalkohol für 30 Sek. abspülen, mit Stickstoff trocken blasen.</li>
		<li>Legen Sie auf eine vorgeheizte Kochplatte (95 °C) für 30 min für eine endgültige Hardbake.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Druckguss von PDMS-Säulen
	<ol>
<li>Mischen Sie kräftig ein 10:1-Massenverhältnis von PDMS sylgard-184 Base zu Härtungsmittel im Becher.</li>
		<li>Degas PDMS in einer Vakuumkammer, bis alle Blasen verschwunden sind.</li>
		<li>Legen Sie die in Abschnitt 1.1 gefertigte Form in eine große 4 in Kunststoff-Wägeschale und gießen Sie das PDMS.</li>
		<li>Teller mit PDMS und Form wieder in Vakuumkammer geben. Degas wieder, bis alle Blasen weg sind.</li>
		<li>Die gesamte Schale mindestens 2 Stunden in einen Ofen (auf 75 °C vorgewärmt) stellen. Dann auf Raumtemperatur abkühlen lassen.</li>
		<li>Schneiden Sie die Schale vom PDMS und das PDMS aus dem Siliziumwafer mit einer geraden Rasierklinge ab.</li>
		<li>PDMS-Region mit den Säulen aus der Masse ausschneiden und in einer sauberen Petrischale aufbewahren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Funktionalisierung der Säulenoberteile
Dieser dreistufige Prozess beinhaltet zunächst die Verdunstung eines Goldfilms auf einem Siliziumwafer, gefolgt von der Impressumstransferlithographie16 des Goldfilms auf die PDMS-Säulen (in Abschnitt 1 hergestellt) und schließlich die Funktionalisierung des Goldfilms mit einer selbstmontierten Monoschicht, um ihn hydrophil zu machen.
<ol><li>Herstellung von Gold auf Siliziumwafern für Diebestransfer-Lithographie 
	<ol>
<li>Verwenden Sie einen Glasschneider, um eine 4 in kreisförmigem Silizium-Wafer in 4 gleich große Stücke zu würfeln. Hinweis: Wafer können mit den Schritten 1.1.2-1.1.4 gereinigt und wiederverwendet werden.</li>
		<li>20 nm Gold direkt auf den Siliziumwafer verdampfen.</li>
		<li>Lassen Sie den Wafer in der Verdampfungskammer (oder in einem Trockenhaus), bis Abschnitt 3 unten abgeschlossen ist. Dadurch wird der Wafer so sauber wie möglich gehalten.</li>
		<li>Bereiten Sie eine 8 l:20 ml, (3-Mercaptopropyl)-Trimethoxysilan (MPTS) : Tolumol-Lösung in einer sauberen Glasdurchstechflasche.</li>
		<li>200 ml 16 mM Salzsäure (HCl) in einem sauberen Becher zubereiten.</li>
		<li>Den Wafer mit Goldfolie in den Plasmareaktor legen.</li>
		<li>Reinigen Sie den Wafer mit Sauerstoffplasma bei einem Druck von 300 mTorr, Leistung von 50 W für 10 min. Hinweis: Für dieses Verfahren wurde ein selbstgebauter Plasmareaktor verwendet.</li>
		<li>Legen Sie den Wafer in eine Pyrex Petrischale mit 200 Proof Ethanol für mindestens 10 min. Hinweis: Dieser Schritt wird durchgeführt, um alle instabilen Oxide zu entfernen, die sich aufgrund des Sauerstoffplasmas auf dem Gold bilden.</li>
		<li>Den Wafer mit Ethanol abspülen und dann mit Stickstoff trocknen lassen.</li>
		<li>Drehen Sie die MPTS-Lösung 30 Sek. lang mit 500 U/min auf den Wafer, gefolgt von 2.750 U/min für 1 min. Hinweis: MPTS wird als Haftschicht zwischen PDMS und Goldschicht16verwendet.</li>
		<li>Nehmen Sie den Wafer vom Spincoater ab und spülen Sie es unter einem Ethanolstrom ab. Dann mit DI-Wasser abspülen und mit Stickstoff trocknen lassen. Hinweis: Spülen Sie vorsichtig ab, um ein Peeling der Goldschicht aus dem Siliziumwafer zu vermeiden.</li>
		<li>Legen Sie den Wafer in eine Pyrex Petrischale, die genügend 16 mM HCl-Lösung enthält, um den Wafer vollständig unter Wasser zu setzen. Lassen Sie in HCl für mindestens 5 min. Hinweis: Legen Sie vorsichtig in die Lösung, um zu verhindern, dass sich das Gold abblättert. Hinweis: Dies geschieht, um die Haftung zwischen dem PDMS und der Goldschicht16zu verbessern.</li>
		<li>Entfernen Sie den Wafer aus der HCl-Lösung und blasen Sie ihn mit Stickstoff trocken. Hinweis: Wafer sollten nicht mehr als 15-20 min verwendet werden, nachdem dieser Schritt abgeschlossen ist.</li>
	</ol></li>
	<li>Impressum Transferlithographie des Goldes vom Wafer auf PDMS-Säulen
	<ol>
<li>Bereiten Sie für jede PDMS-Probe einen 25 mm x 75 mm Glasschlitten vor, indem Sie ihn mit Ethanol, DI-Wasser abspülen und mit Stickstoff trocken blasen.</li>
		<li>PDMS-Säulen in die Plasmakammer geben und Sauerstoffplasma mit einem Druck von 300 mTorr und einer Leistung von 50 W für 30 Sek. durchführen. Hinweis: Eine Überbelichtung des PDMS gegenüber dem Sauerstoffplasma führt zu Rissen. Passen Sie die Plasmabedingungen entsprechend an.</li>
		<li>Binden Sie die Rückseite der PDMS-Substrate an die sauberen Glasschlitten, indem Sie ihnen leichten Druck aufbringen. Der Glasschlitten erleichtert die Bearbeitung der PDMS-Säulen und die Montage an dem in Schritt 3 beschriebenen Gerät.</li>
		<li>Drehen Sie die glasgestützten PDMS-Substrate um und drücken Sie die Säulen auf die MPTS-funktionalisierten Goldfolien (Schritt 2.1). Zunächst mäßigen Druck ausüben und dann ein Gewicht (ca. 100 g) auf den Glasschlitten legen, um einen konformen Kontakt zu gewährleisten.</li>
		<li>Lassen Sie das Substrat mindestens 12 Stunden lang mit dem Siliziumwafer in Kontakt.</li>
		<li>Trennen Sie das PDMS-Substrat vom Wafer. Wenn das PDMS-Substrat feststeckt, verwenden Sie eine rasierbare Rasierklinge, um eine Kante des PDMS vorsichtig aus dem Wafer zu hebeln.</li>
		<li>An dieser Stelle sollte ein einheitlicher Goldfilm auf der Oberseite der PDMS-Säulen vorhanden sein. Verwenden Sie ein optisches Mikroskop, um zu überprüfen, ob der Goldfilm nicht geknackt ist oder dass entlang der Säule keine Teile fehlen.</li>
	</ol></li>
	<li>Funktionalisierung des Goldes auf der Oberseite der PDMS-Säulen
	<ol>
<li>Bereiten Sie genügend 1 mM Mercaptohexadecanoic Acid (MHA) in Dimethylsulfoxid (DMSO) vor, um das Gold auf den PDMS-Säulen vollständig zu versenken. Hinweis: DMSO wird für seinen niedrigen PDMS-Schwellungsfaktor17verwendet.</li>
		<li>Legen Sie die PDMS-Substrate in die MHA-Lösung und bewahren Sie sie dort mindestens 24 Stunden auf.</li>
		<li>Entfernen Sie das Substrat aus der MHA-Lösung und spülen Sie es mit DI-Wasser ab, dann mit Stickstoff trocken blasen.</li>
		<li>Mindestens 12 Stunden lang in die Vakuumkammer (Druck< 100 mTorr bei 25 °C) stellen.</li>
	</ol></li>
</ol>Hinweis: Um zu überprüfen, ob der Funktionalisierungsprozess erfolgreich war, kann Schritt 2 auf einem Massenstück PDMS (ohne Säulen) durchgeführt werden und der Benetzungswinkel kann mit einem Goniometer getestet werden. Die MHA-Goldfolien sollten vor- und zurückgehende Wasserkontaktwinkel von <15° bzw. 0° haben. 18
3. Bildung und Charakterisierung der Kapillarbrücken
In diesem Abschnitt wird erläutert, wie eine flüssige Brücke zwischen zwei Substraten eingeführt werden kann, gefolgt von ihrer Charakterisierung durch Bildgebung in unterschiedlichen Höhen und Flüssigkeitsvolumina.
<ol><li>Platzieren Sie mit zwei Säulensubstraten (in den Schritten 1-2) ein sanieren Sie eins in der Oberseite und eines in den Bodenhaltern. Sichern Sie die Substrate mit Seitenzugschrauben. Hinweis: Siehe Abbildung 1 und repräsentative Ergebnisse für Gerätedetails.</li>
	<li>Montieren Sie das Gerät, indem Sie die obere Substratstufe an der Brotplatine so befestigen, dass sich das obere Substrat ungefähr über dem unteren Substrat befindet. Verringern Sie die Höhe zwischen den beiden gegenüberliegenden Säulen auf etwa 1mm.</li>
	<li>Grobe Ausrichtung: Mit den x-, y- und Rotationsknöpfen auf der unteren Substratstufe richten Sie die Goldstreifen für die beiden Substrate (per Auge) so aus, dass sie parallel sind (von oben nach unten durch das obere Substrat).</li>
	<li>Feinausrichtung: Positionieren Sie die Kamera, um die Länge der PDMS-Säule nach unten zu schauen. Passen Sie mit dem Live-Kamera-Feed auf dem Computerbildschirm die Position des unteren Substrats weiter an, damit die Säulen parallel sind.</li>
	<li>Bewegen Sie die Kamera auf die gegenüberliegende Seite des Geräts und wiederholen Sie Schritt 3.4.</li>
	<li>Verringern Sie die Trennung zwischen den beiden Säulen, bis die obere Säule Kontakt mit der unteren Säule herstellt (mit Live-Kamera-Feed). Null die digitale Mikrostufe. Dies wird als porenhöhe von Null definiert.</li>
	<li>Erhöhen Sie die Porenhöhe auf ca. 200 m.</li>
	<li>Bereiten Sie eine Spritze mit 1-5 l eines 80% Glycerin, 20% Wasserlösung. Befestigen Sie eine 30 G Nadel am Ende der Spritze, um sicherzustellen, dass keine Luftblasen in der Nadel gefangen werden. Hinweis: Das Wasser/Glyzerin-Gemisch wird verwendet, um die Verdunstung während des Experiments zu reduzieren. Wasser kann auch verwendet werden.</li>
	<li>Montieren Sie die Spritze mit einer mechanischen Klemme an die Spritze xyz-Übersetzungsstufe.</li>
	<li>Stellen Sie die Mikrometer auf der Spritzenpositionierstufe so ein, dass die Nadel in die Spaltpor passt (parallel zur Länge der Säulen).</li>
	<li>Verringern Sie die Spaltporenhöhe, so dass die obere und untere Oberfläche sanft die Nadel berühren. Dadurch wird sichergestellt, dass die Flüssigkeit beide Oberflächen berührt und spontan eine Kapillarbrücke bildet.</li>
	<li>Geben Sie die Flüssigkeit aus der Spritze langsam in die Schlitzpore.</li>
	<li>Verwenden Sie die Mikrometer auf der Spritzenpositionierstufe, um die Nadel aus der Spaltpor zu entfernen. Anmerkung: An dieser Stelle kann die Höhe der Spaltpor variiert und die flüssige Brücke abgebildet werden. Hinweis: Die Bilder können mit dem Open-Source-Softwarepaket ImageJ analysiert werden.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Broesch, D. J., Frechette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Concave+to+Convex:+Capillary+Bridges+in+Slit+Pore+Geometry.">From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry.</a> Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).</li><li>Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pendular+rings+between+solids+-+meniscus+properties+and+capillary+force.">Pendular rings between solids - meniscus properties and capillary force.</a> J. Fluid Mech. 67, 723-742 (1975).</li><li>Rose, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volumes+and+surface+areas+of+pendular+rings.">Volumes and surface areas of pendular rings.</a> J. Appl. Phys. 29, 687-691 (1958).</li><li>Erle, M. A., Dyson, D. C., Morrow, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+bridges+between+cylinders,+in+a+torus,+and+between+spheres.">Liquid bridges between cylinders, in a torus, and between spheres.</a> Aiche J. 17, 115-121 (1971).</li><li>Lambert, P., Chau, A., Delchambre, A., Regnier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+between+two+capillary+forces+models.">Comparison between two capillary forces models.</a> Langmuir. 24, 3157-3163 (2008).</li><li>Mason, G., Clark, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Liquid Bridges Between Spheres. Chem. Eng. Sci. 20, 859-866 (1965).</li><li>De Souza, E. 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G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-area+patterning+of+coinage-metal+thin+films+using+decal+transfer+lithography.">Large-area patterning of coinage-metal thin films using decal transfer lithography.</a> Langmuir. 21, 195-202 (2005).</li><li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+compatibility+of+poly(dimethylsiloxane)-based+microfluidic+devices.">Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microfluidic devices.</a> Anal. Chem. 75, 6544-6554 (2003).</li><li>Olivier, G. K., Shin, D., Gilbert, J. B., Monzon, L. A. A., Frechette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Supramolecular Ion-Pair Interactions To Control Monolayer Assembly. Langmuir. 25, 2159-2165 (2009).</li><li>Ferraro, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+Transitions+of+Droplets+Wetting+Rectangular+Domains.">Morphological Transitions of Droplets Wetting Rectangular Domains.</a> Langmuir. 28, 13919-13923 (1021).</li></ol>

Autoren haben nichts zu verraten.

Die hier vorgestellte Methode bietet eine Möglichkeit, Kapillarbrücken in Derspaltgeometrie zu erstellen, sowie eine Methode zur Abbildung dieser Brücken, damit ihre Morphologie analysiert und mit Simulation und Theorie verglichen werden kann.
Diese Methode beinhaltet sowohl physikalische Reliefals als auch selektive chemische Musterung, um asymmetrische Benetzungseigenschaften zu erzeugen. Wenn nur eine chemische Heterogenität vorhanden ist, bleibt ein Flüssigkeitstropfen an der Heteroge...

Die Untersuchung der Form und der daraus resultierenden Kräfte durch Kapillarbrücken wurde Gegenstand umfangreicher Studien2-7. Anfangs konzentrierten sich die meisten Bemühungen aufgrund ihrer Einfachheit auf axisymmetrische Kapillarbrücken. Oft sind Kapillarbrücken, die in natürlichen Systemen vorkommen, wie sie in körnigen und porösen Medien8,9 vorkommen, und Brücken, die in technologischen Anwendungen eingesetzt werden, wie z. B. für die Kapillar-Selbstmontage inFlip-Chip-Technologien 10-15, asymmetrisch mit ungleichmäßigen Benetzungseigenschaften auf den interagierenden Oberflächen. Die Kombination verbesserter Lithographie-Techniken zusammen mit der Zugänglichkeit einfacher numerischer Werkzeuge zur Modellierung von Fluidschnittstellen ermöglicht die Erstellung und Modellierung von Kapillarbrücken mit zunehmender Komplexität.
Kapillarbrücken in Spaltporgeometrie bieten einen interessanten Kompromiss: Die richtungsweisenden Benetzungseigenschaften führen zu nichtsymmetrischen Brücken, die einige Symmetrieebenen beibehalten (was die Analyse vereinfacht). Sie wurden theoretisch und numerisch als Fallstudie für poröse Medien untersucht. Systematische experimentelle Studien von Kapillarbrücken in der Spaltporengeometrie sind jedoch begrenzt. Hier stellen wir eine Methode zur Erstellung und Charakterisierung von Kapillarbrücken in der Spaltporengeometrie vor. Kurz gesagt besteht das Verfahren aus 1) der Herstellung von Säulen, um eine chemische und physikalische Heterogenität zu schaffen, 2) dem Design einer Mikrobühne, um die Brücken auszurichten und zu manipulieren, und 3) der Abbildung der Kapillarbrücken entweder von der Vorderseite oder von den Seiten, um ihre Morphologie zu charakterisieren. Die Charakterisierung der Brückenmorphologie sowie Vergleiche mit Oberflächenentwicklungssimulationen sind in einer separaten Publikation1enthalten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="425">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">99.999% Gold wire</td>
			<td style="width:84px;">Kurt J. Lesker</td>
			<td style="width:91px;">EVMAU40040</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Acetone</td>
			<td style="width:84px;">Pharmco-AAPER</td>
			<td style="width:91px;">C1107283</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:167px;">Dimethyl sulfoxide</td>
			<td style="width:84px;">Fisher</td>
			<td style="width:91px;">D128-500</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Ethanol (200 proof)</td>
			<td style="width:84px;">Pharmco-AAPER</td>
			<td style="width:91px;">111000200</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Hydrochloric acid</td>
			<td style="width:84px;">EMD</td>
			<td style="width:91px;">HX0603-4</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Hydrogen peroxide (30%)</td>
			<td style="width:84px;">EMD</td>
			<td style="width:91px;">HX0635-3</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Isopropyl alcohol</td>
			<td style="width:84px;">Fisher</td>
			<td style="width:91px;">L-13597</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Mercapto hexadecanoic acid (90%)</td>
			<td style="width:84px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:91px;">448303-1G</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:167px;">Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS)</td>
			<td style="width:84px;">Gelest</td>
			<td style="width:91px;">Sim6476-O-100GM</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:167px;">Milli-Q DI water</td>
			<td style="width:84px;">Millipore</td>
			<td style="width:91px;">Milli-Q</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Nitrogen (gas)</td>
			<td style="width:84px;">Airgas</td>
			<td style="width:91px;">UN1066</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Oxygen (gas)</td>
			<td style="width:84px;">Airgas</td>
			<td style="width:91px;">UN1072</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Silicon wafers (4 in)</td>
			<td style="width:84px;">WRS Materials</td>
			<td style="width:91px;">CC8506</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 2002 (negative photo resist)</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">SU82002</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 2050 (negative photoresist)</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">SU82050</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 Developer solution</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">Y020100 4000L1PE</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:167px;">Sulfuric acid</td>
			<td style="width:84px;">J.T. Baker</td>
			<td style="width:91px;">9681-03</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Poly dimethy sulfoxide (PDMS)</td>
			<td style="width:84px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:91px;">Sylgard -184</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:167px;">Toluene</td>
			<td style="width:84px;">Omnisolv</td>
			<td style="width:91px;">TX0737-1</td>
			<td style="width:84px;">
			
			</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and visualization of capillary bridges in slit pore geometry

Ein Verfahren zum Erstellen und Bildgebung von Kapillarbrücken in Spaltporgeometrie wird vorgestellt. Hydrophobe Säulen mit hohem Seitenverhältnis werden hergestellt und funktionalisiert, um ihre Oberflächen hydrophil zu machen. Die Kombination eines physikalischen Merkmals (der Säule) mit einer chemischen Grenze (der hydrophile Film auf der Oberseite der Säule) bietet sowohl eine physikalische als auch eine chemische Heterogenität, die die dreifache Kontaktlinie anheftet, ein notwendiges Merkmal, um stabile lange, aber schmale Kapillarbrücken zu schaffen. Die Substrate mit den Säulen werden an Glasrutschen befestigt und in kundenspezifischen Halterungen befestigt. Die Halterungen werden dann auf vier Achsenmikrostufen montiert und so positioniert, dass die Säulen parallel und einander gegenüberstehen. Die Kapillarbrücken werden durch einführende Flüssigkeit in den Spalt zwischen den beiden Substraten gebildet, sobald die Trennung zwischen den gegenüberliegenden Säulen auf ein paar hundert Mikrometer reduziert wurde. Die benutzerdefinierte Mikrostufe wird dann verwendet, um die Höhe der Kapillarbrücke zu variieren. Eine CCD-Kamera ist so positioniert, dass sie entweder die Länge oder breite der Kapillarbrücke abbilden kann, um die Morphologie der Fluidschnittstelle zu charakterisieren. Mit dieser Methode wurden Säulen mit Breiten bis zu 250 mm und Längen bis 70 mm hergestellt, was zu Kapillarbrücken mit Seitenverhältnissen (Länge/Breite) von über 1001führt.

Beschreibung des Versuchsgeräts
Das Versuchsgerät kann in vier Hauptteile zergliedert werden: 1) die obere Substratstufe, 2) die untere Substratstufe, 3) die Spritze/Spritze xyz-Übersetzungsstufe und 4) die Kamera/Optik und Kamerahalter. Die Details der einzelnen folgen:
<ol><li>
Top-Substrat-Stufe. Über ein kundenspezifisch bearbeitetes Steckverbinderstück wird eine digitale Übersetzungsstufe an eine Befestigungsklemme der P-Serie angeschlossen. Die Montageklemme ist m...

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Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

Ein Verfahren zum Erstellen und Bildgebung von Kapillarbrücken in Spaltporgeometrie wird vorgestellt. Die Schaffung von Kapillarbrücken beruht auf der Bildung von Säulen, um eine richtungsweisende physikalische und chemische Heterogenität zu bieten, um die Flüssigkeit zu fixieren. Kapillarbrücken werden mit Mikrostufen geformt und manipuliert und mit einer CCD-Kamera visualisiert.

Herstellung und Visualisierung von Kapillarbrücken in Schlitzporengeometrie

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

fabrication-visualization-capillary-bridges-slit-pore

Research

JoVE Journal

Engineering

6.4K Aufrufe.  Johns Hopkins University. Ein Verfahren zum Erstellen und Bildgebung von Kapillarbrücken in Spaltporgeometrie wird vorgestellt. Die Schaffung von Kapillarbrücken beruht auf der Bildung von Säulen, um eine richtungsweisende physikalische und chemische Heterogenität zu bieten, um die Flüssigkeit zu fixieren. Kapillarbrücken werden mit Mikrostufen geformt und manipuliert und mit einer CCD-Kamera visualisiert.

Serie: Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Oberflächenschallwellen-wave-driven Acoustic-Gegenstrom Mikrofluidik

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Die Herstellung elektro Bridges von Polar Schlags Flüssigkeiten

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space of a carbonate rock at pressures and temperatures representative of typical formations used for CO2 storage. Chemical equilibrium between the CO2, brine and rock phases was maintained using a high pressure high temperature reactor, replicating conditions far away from the injection site. Fluid flow was controlled using high pressure high temperature syringe pumps. To maintain representative in-situ conditions within the micro-CT scanner a carbon fiber high pressure micro-CT coreholder was used. Diffusive CO2 exchange across the confining sleeve from the pore-space of the rock to the confining fluid was prevented by surrounding the core with a triple wrap of aluminum foil. Reconstructed brine contrast was modeled using a polychromatic x-ray source, and brine composition was chosen to maximize the three phase contrast between the two fluids and the rock. Flexible flow lines were used to reduce forces on the sample during image acquisition, potentially causing unwanted sample motion, a major shortcoming in previous techniques. An internal thermocouple, placed directly adjacent to the rock core, coupled with an external flexible heating wrap and a PID controller was used to maintain a constant temperature within the flow cell. Substantial amounts of CO2 were trapped, with a residual saturation of 0.203 &#177; 0.013, and the sizes of larger volume ganglia obey power law distributions, consistent with percolation theory.

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

Reservoir Zustand Pore angelegte Imaging von mehreren fluiden Phasen Mit Hilfe der Röntgenmikrotomographie

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

Dynamische Pore-Skala Reservoir-Zustand Abbildung von Reaktions in Karbonate mit Synchrotronstrahlung Schnelle Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify their influence on void formation in composite parts. Wicking in a fibrous medium described by the Washburn equation was considered equivalent to a flow under the effect of capillary pressure according to the Darcy law. Experimental tests for the characterization of wicking were conducted with both carbon and flax fiber reinforcement. Quasi-unidirectional fabrics were then tested by means of a tensiometer to determine the morphological and wetting parameters along the fiber direction. The procedure was shown to be promising when the morphology of the fabric is unchanged during capillary wicking. In the case of carbon fabrics, the capillary pressure can be calculated. Flax fibers are sensitive to moisture sorption and swell in water. This phenomenon has to be taken into account to assess the wetting parameters. In order to make fibers less sensitive to water sorption, a thermal treatment was carried out on flax reinforcements. This treatment enhances fiber morphological stability and prevents swelling in water. It was shown that treated fabrics have a linear wicking trend similar to those found in carbon fabrics, allowing for the determination of capillary pressure.

An experimental method to measure geometrical parameters and the apparent advancing contact angles describing capillary wicking in unidirectional synthetic and natural fabrics is proposed. These parameters are mandatory for the determination of the capillary pressures that must be taken into account for liquid composite molding (LCM) applications.

Wicking Tests für unidirektionale Gewebe: Die Messungen der Kapillar-Parameter Kapillardruck in Liquid Composite Molding Verfahren zur Bewertung

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

Herstellung von Polymer-Mikrosphären für optische Resonator- und Laseranwendungen

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit stark absorbierenden Medien mit schrägen Winkel Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

Expression of Cementitious Pore Solution and the Analysis of Its Chemical Composition and Resistivity Using X-ray Fluorescence

The goal of this method is to determine the chemical composition and electrical resistivity of cementitious pore solution expressed from a fresh paste sample. The pore solution is expressed from a fresh paste sample using a pressurized nitrogen gas system. The pore solution is then immediately transferred to a syringe to minimize evaporation and carbonation. After that, assembled testing containers are used for the X-ray fluorescence (XRF) measurement. These containers consist of two concentric plastic cylinders and a polypropylene film which seals one of the two open sides. The pore solution is added into the container immediately prior to the XRF measurement. The XRF is calibrated to detect the main ionic species in the pore solution, in particular, sodium (Na+), potassium (K+), calcium (Ca2+), and sulfide (S2-), to calculate sulfate (SO42-) using stoichiometry. The hydroxides (OH-) can be calculated from a charge balance. To calculate the electrical resistivity of the solution, the concentrations of the main ionic species and a model by Snyder et al. are used. The electrical resistivity of the pore solution can be used, along with the electrical resistivity of concrete, to determine the formation factor of concrete. XRF is a potential alternative to current methods to determine the composition of pore solution, which can provide benefits in terms of reduction in time and costs.

This protocol describes the procedure to express fresh pore solution from cementitious systems and the measurement of its ionic composition using X-ray fluorescence. The ionic composition can be used to calculate pore solution electrical resistivity, which can be used, together with concrete electrical resistivity, to determine the formation factor.

Ausdruck von zementgebundenen Porenlösung und die Analyse der chemischen Zusammensetzung und Widerstandsfähigkeit mit Röntgen-Fluoreszenz

The goal of this method is to determine the chemical composition and electrical resistivity of cementitious pore solution expressed from a fresh paste ...