Name: preparation and high-temperature anti-adhesion behavior of a slippery surface on stainless steel
Uploaded: 2018-03-29T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
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Diese Arbeit wurde unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (Grant Nr. 51290292) und wurde auch von der akademischen Exzellenz Stiftung BUAA für Doktorandinnen und Doktoranden unterstützt.

(1) Photolithographie auf Edelstahl
<ol><li>Entwerfen Sie die Fotomaske mittels einer technischen Zeichnung Software und fertigen Sie das Design durch die Vorlage einer Fotomaske Drucker4.</li>
	<li>Waschen der Edelstahl (316 SS; Lengthx Breite: 4 cm x 4 cm, Dicke: 1 mm) durch Spülen in alkalischen Lösungen (50 g/L NaOH und 40 g/L Na2CO3) bei Raumtemperatur für 15 min auf Öl-Verunreinigungen zu entfernen.</li>
	<li>Gründlich reinigen den Edelstahl durch Ultraschall Reinigung in einem Ultraschall Reinigungsanlage (Frequenz: 40 KHz, Ultraschall-Leistung: 500 W). Gegenüber dem Vorquartal mit entionisiertem Wasser, n-Hexan, Aceton und Ethanol für 10 min spülen.</li>
	<li>Trocknen Sie Edelstahl, indem sie auf eine heiße Platte bei 150 ° C für 30 min. Protect Edelstahl durch abdecken mit einem Blatt Alufolie (Al).</li>
	<li>Ort der Edelstahl in der Mitte des einen Spin Coater. Verwenden Sie eine Pipette, positiven Photoresist (ca. 1 mL) auf Edelstahl, von der Mitte bis zum Rand zu hinterlegen, bis der Fotolack komplett aus rostfreiem Stahl bedeckt. Vermeidung von Blasenbildung in den Fotolack.<ol>
<li>Führen Sie Spin-Coating, zuerst mit einer Geschwindigkeit von 700 u/min/min für 6 s, schleudern, starten und dann mit einer Drehzahl von 1.500 u/min/min 15 s, um den Fotolack gleichmäßig verteilt.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Lassen Sie das Vakuumventil und rufen Sie der Edelstahl mit der Pinzette ab. Platzieren Sie den Edelstahl auf einer heißen Platte bei 120 ° C für 2 min backen den Fotolack.</li>
	<li>Legen Sie den Edelstahl auf das Vakuumventil einer Photolithographie-Maschine. Legen Sie die Belichtungszeit der Photolithographie Maschine, 25 s. Hinweis: Hier die Photolithographie-Maschine ist ein Kontakt Aligner mit einer ultravioletten (UV) Licht-Wellenlänge von 254 nm und eine Lichtintensität von 13 mW/cm2.</li>
	<li>Lassen Sie den Edelstahl und legen Sie sie in der Entwicklerlösung für 1 min um den Fotolack zu entfernen, ohne das UV-Licht ausgesetzt. Die Entwicklerlösung entfernen Sie Edelstahl, mit entionisiertem Wasser waschen Sie und trocknen Sie ihn unter N2 Gas.</li>
	<li>Ort der Edelstahl auf einer heißen Platte bei 120 ° C für 2 min backen.</li>
	<li>Verwenden Sie eine aufrechte Mikroskop mit einer Vergrößerung von 100 X auf um die Oberfläche des rostfreien Stahls, die erhaltenen Photoresist Textur überprüfen zu beobachten.</li>
</ol>2. chemische Ätzung aus Edelstahl
<ol><li>Bereiten Sie ein chemisches Ätzen Lösung mit einem Volumen von 200 mL (400 g/L FeCl3, 20 g/L Phosphorsäure und 100 g/L Salzsäure) in einen 500-mL-Becherglas.</li>
	<li>Ort der Edelstahl mit Fotolack Textur in die chemische Lösung für 10 Minuten. Lassen Sie sich nicht die Edelstahl-Teile miteinander in Verbindung. Legen Sie maximal vier Edelstahl-Stück auf einmal.</li>
	<li>Entnehmt die chemisch geätzt aus rostfreiem Stahl mit einer Pinzette, die Stücke mit entionisiertem Wasser für 1 min waschen und trocknen Sie sie mit N2 Gas.</li>
	<li>Die Photoresist-Textur durch Eintauchen der Edelstahl in Aceton für Ultraschall-Reinigung für 5 min zu entfernen. Trocknen Sie die chemisch geätzte Edelstahl mit N2 Gas.</li>
</ol>(3) OTS Selbstmontage auf chemisch geätzte Edelstahl
<ol><li>Reinigen Sie chemisch geätzte Edelstahl mit einem stetigen Strom von entionisiertem Wasser, trocknen Sie ihn mit N2 Gas und legen Sie es auf einer heißen Platte bei 100 ° C für 30 min die Fläche vollständig trocknen.</li>
	<li>Hydroxylate chemisch geätzte Edelstahl mit einem O-2 -Plasmabehandlung in einem RF-Plasma-Maschine mit einer HF-Leistung von 100 W für 10 min, ein Druck von 100 Mbar und einer Durchflussmenge von 20 Sccm.</li>
	<li>Bereiten Sie 1 mM OTS Lösung in wasserfreien Toluol in ein Becherglas. Trocknen Sie den Becher vor Vorbereitung der Lösung gründlich.</li>
	<li>Spülen Sie die chemisch geätzte Edelstahl mit der OTS-Lösung für 4 h bei Raumtemperatur. Stellen Sie den Becher in einem versiegelten Beutel. Lassen Sie sich nicht die Edelstahl-Stücke in Kontakt miteinander aufnehmen.</li>
	<li>Entfernen Sie die Edelstahl, mit wasserfreiem Toluol mithilfe Ultraschall-Reinigung für 10 min reinigen Sie und trocknen Sie ihn mit N2 Gas.</li>
</ol>(4) glatt Oberflächenvorbereitung
<ol><li>Ca. 10 mL/cm2 Silikonöl zu hinterlegen (Viskosität: 350 cst; Oberflächenspannung: 21.1 mN/m) auf die OTS-beschichtet, chemisch geätzt aus rostfreiem Stahl mit einer Pipette.</li>
	<li>Verwenden Sie eine optische Stereomikroskop, um Benetzung Prozess des Silikonöls auf der Edelstahl-Oberfläche (Vergrößerung von 10 X) zu beobachten.</li>
	<li>Entfernen Sie überschüssiges Silikon-Öl, indem man den Edelstahl in senkrechter Position für 1 h.</li>
</ol>5. Untersuchung des Wassers gleiten Verhalten auf rutschigem Untergrund
<ol><li>Hinterlegen Sie ein 4-µL-Wassertropfen auf der rutschigen Oberfläche. Legen Sie den Edelstahl unter dem Lichtmikroskop und kippen Sie das Substrat von ~ 2°.</li>
	<li>Visualisieren Sie die Wassertropfen gleiten auf der rutschigen Oberfläche an einer niedrigen Vergrößerung (50 X) zu prüfen, ob die glatte Oberfläche leichte gleitende Eigenschaft hat.</li>
</ol>6. Analyse der Anti-Benetzung auf der rutschigen Oberfläche bei hohen Temperaturen
<ol><li>Ort der Edelstahl mit einer glatten Oberfläche auf einer heißen Platte mit einer Pinzette. Legen Sie die Heizplatte bei verschiedenen hohen Temperaturen (z. B. 200 ° C, 250 ° C und 300 ° C), die Anti-Benetzung Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen zu analysieren. Hinweis: Nicht berühren Sie direkt die Hochtemperatur-Edelstahl mit Händen.</li>
	<li>Verwenden Sie eine Mikro-Spritze, um ein 10-µL-Wassertropfen auf der rutschigen Oberfläche zu hinterlegen. Hinweis: Vor dem Ablegen des Wassertropfens, sollte die Temperatur der rutschigen Oberfläche Gleichgewicht erreichen.</li>
	<li>Verwenden Sie eine High-Speed-Kamera um die Bewegung des Wassers Tröpfchen mit einer Frame-Rate von 500 Hz aufzuzeichnen.<ol>
<li>Die Kamera auf einem Stativ fixieren und direkt das Objektiv der Kamera auf den Edelstahl. Stellen Sie den Fokus der Kamera, um ein klares Wasser Tropfen Bild zu erhalten. Notieren Sie die Bewegung des Wassertropfens auf der Edelstahl-Oberfläche durch Drücken der Schaltfläche "Start" der Kamera. Drücken Sie die Ende-Taste an der Kamera, wenn das Wasser Tropfen der Edelstahl rutscht, um die Aufnahme zu vervollständigen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>7. Analyse der Anti-Adhäsion Auswirkungen der rutschigen Oberfläche auf weiches Gewebe
<ol><li>Verwenden Sie einen Manipulator, Dynamometer, eine Herdplatte und eine stationäre Vorrichtung zum Einrichten einer Haftung Kraft Messung Plattform4, wie in Abbildung 3agezeigt.</li>
	<li>Legen Sie die Prüffläche auf der Heizplatte. Verwenden Sie eine Klemme aus rostfreiem Stahl auf der Platte zu beheben. Die Prüffläche zu einer bestimmten hohen Temperatur zu heizen (z. B. 300 ° C). Hinweis: Die Prüffläche wenden eng die Heizplatte zur effizienten Wärmetransport an die glatte Oberfläche zu gewährleisten.</li>
	<li>Das Dynamometer für den Manipulator zu beheben. Schließen Sie einen Zylinder-Tisch (Durchmesser: 2 cm) mit einem Kraft-Kopf als ein weiches Gewebe handeln feste Plattform.</li>
	<li>Das weiche Gewebe zu beheben (z. B. Hühnerbrust, Länge: 5 cm, Breite: 2 cm, Dicke: 3 mm) auf den Zylinder-Tisch mit einem dünnen Draht. Sicherstellen Sie, dass die weiche Gewebeoberfläche etwa sogar.</li>
	<li>Laden Sie das weiche Gewebe auf die Prüffläche mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s, bis das Dynamometer eine bestimmte maximale Kraft (z. B. 4,5 N) erreicht, indem Sie die Taste "Animation" des Manipulators drehen. Dann entlädt das Weichgewebe mit der gleichen Geschwindigkeit.</li>
	<li>Schließen Sie einen Computer an das Dynamometer über eine Datenleitung Übertragung und Aufzeichnung der Echtzeit-Kraft zwischen das Weichgewebe und die Prüffläche.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Liu, Y., Chen, X., Xin, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+superhydrophobic+surfaces+repel+hot+water?.">Can superhydrophobic surfaces repel hot water?.</a> J Mater Chem. 19 (31), 5602-5611 (2009).</li><li>Urata, C., Masheder, B., Cheng, D. F., Hozumi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thermally+stable,+durable+and+temperature-dependent+oleophobic+surface+of+a+polymethylsilsesquioxane+film.">A thermally stable, durable and temperature-dependent oleophobic surface of a polymethylsilsesquioxane film.</a> Chem Commun. 49, 3318-3320 (2013).</li><li>Daniel, D., Mankin, M. N., Belisle, R. A., Wong, T. -. 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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=Droplet+mobility+on+lubricant-impregnated+surfaces.">Droplet mobility on lubricant-impregnated surfaces.</a> Soft Matter. 9 (6), 1772-1780 (2013).</li><li>Tran, T., Staat, H. J. J., Prosperetti, A., Sun, C., Lohse, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+impact+on+superheated+surfaces.">Drop impact on superheated surfaces.</a> Phys Rev Lett. 108 (3), 036101 (2012).</li><li>Donzelli, J., Leonetti, J. P., Wurster, R. D., Lee, J. M., Young, M. R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroprotection+due+to+irrigation+during+bipolar+cautery.">Neuroprotection due to irrigation during bipolar cautery.</a> Arch Otolaryngol. 126 (2), 149-153 (2000).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Diese Handschrift enthält Protokolle für die Herstellung einer glatten Oberfläche mit hoher Temperaturbeständigkeit. Die rutschige Eigenschaft unsere vorbereitete Oberfläche zeigte sich durch die Beobachtung der leichtes Gleiten Verhalten eines Wassertropfens. Dann wurde die Anti-Benetzung der vorbereiteten rutschigen Oberfläche bei verschiedenen hohen Temperaturen durch die Hinterlegung von einem Wassertropfen auf der heißen Oberfläche untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorbereitete rutschige Oberfläch...

Anti-Klebeflächen bei hohen Temperaturen für Gebrauch mit Flüssigkeiten und Weichteile erhalten haben großes Interesse aufgrund ihrer umfangreichen Anwendungspotenzial in elektrochirurgische Instrumente, Motoren, Rohrleitungen etc. 1 , 2 , 3 , 4. Muskelmodelle Oberflächen, insbesondere superhydrophob Oberflächen gelten wegen ihrer ausgezeichneten Anti-Benetzung Fähigkeiten und selbstreinigende Eigenschaften5die ideale Wahl. In superhydrophob Oberflächen sollten die Anti-Benetzungsfähigkeit der gesperrten Luft in der Oberflächenstruktur zugeschrieben werden. Allerdings ist der superhydrophob Zustand instabil, weil es in der Cassie-Baxter State6,7ist. Auch bei hohen Temperaturen kann die Anti-Benetzung für flüssige Tröpfchen wegen der Benetzung Statusübergang von Cassie-Baxter, Wenzel Zustand8fehlschlagen. Benetzung der Übergang wird durch kleine Tropfen Benetzung in den Strukturen induziert die Ergebnisse in das Scheitern, die Luft im Ort zu sperren.
Vor kurzem, inspiriert durch die rutschigen Eigenschaften der Peritome von der Kannenpflanze Nepenthes, berichtete Wong Et Al. eine Konzept auf rutschigem Untergrund zu konstruieren, durch Infusion ein Gleitmittel in die Oberflächenstrukturen9,10 ,11. Durch Kapillare Kraft können die Strukturen den Schmierstoff im Ort, ebenso wie in der gesperrten Atemhöhle auf superhydrophob Oberflächen festhalten. So können der Schmierstoff und Oberflächenstrukturen eine stabile fest/flüssig-Oberfläche bilden. Wenn das Schmiermittel eine bevorzugte Affinität für die Oberflächenstruktur hat, die Tropfen auf das zusammengesetzte Fläche gleitet leicht, mit nur einer sehr geringen Kontaktwinkel Hysterese (z. B. ~ 2 °)12. Dieser Schmierstoff Schicht ermöglicht auch die Oberfläche bemerkenswerte Anti-Benetzung Funktionen13, zeigt großes Potenzial für Medizinprodukte14,15haben. Frühere Studien auf rutschigem Untergrund konzentriert sich jedoch hauptsächlich auf die Vorbereitung für die Anwendung bei Raumtemperatur oder niedrigen Temperaturen. Es gibt nur wenige Studien über die Vorbereitung des rutschigen Oberflächen mit hoher Temperaturbeständigkeit. Zhang Et Al. zeigte beispielsweise, dass die rasche Verdunstung des Schmiermittels schnell den Fehler der rutschigen Eigenschaft sogar etwas hohen Temperaturen16verursacht.
Glatte Oberflächen mit hoher Temperaturbeständigkeit können das Anwendungspotenzial erweitern; zum Beispiel können sie als flüssige Barrieren, um Weichgewebe Haftung auf elektrochirurgischen Gerät Tipps zu verringern verwendet werden. Während des chirurgischen Eingriffs tritt schweren Weichgewebe Haftung wegen der hohen Temperatur der elektrochirurgischen Gerät Tipps. Das Weichgewebe kann verkohlt werden, wodurch es zu an der Instrumentenspitze halten, dann das Weichgewebe um Tipp17,18,19 reißt. Die eingehalten Weichteile auf die elektrochirurgische Instrumentenspitze negativ beeinflusst den Betrieb und auch das Scheitern der Blutstillung19,20induzieren kann. Diese Effekte Schaden deutlich von Gesundheit und wirtschaftlichem Interesse. Daher ist die Lösung des Problems der Weichgewebe Haftung auf elektrochirurgische Instrumente sehr dringend. In der Tat, bieten rutschigem Untergrund die Möglichkeit, dieses Problem zu lösen.
Hier präsentieren wir ein Protokoll, um Rutschgefahr bei hohen Temperaturen zu fabrizieren. Edelstahl wurde wegen seiner hohen Temperaturbeständigkeit als Oberflächenmaterial ausgewählt. Der rostfreie Stahl wurde durch Photolithographie-gestützte chemische Ätzung aufgeraut. Anschließend wurde die Oberfläche mit einem biokompatiblen Material, saline Octadecyltrichlorosilane (OTS)21,22,23,24funktionalisiert. Eine glatte Oberfläche wurde vorbereitet, indem man Silikonöl. Diese Materialien aktiviert die glatte Oberfläche, hohe Temperaturbeständigkeit zu erreichen. Die Anti-Benetzung Eigenschaft bei hohen Temperaturen und die Anti-Adhäsion Auswirkungen auf weiches Gewebe wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen das Potenzial der mit rutschigem Untergrund zur Lösung des Problems der Anti-Adhäsion bei hohen Temperaturen.

<table><tbody><tr><td>Stainless steel</td><td>Hongtu Corporation</td><td>316</td><td>Use as received</td></tr><tr><td>Octadecyltrichlorosilane</td><td>Huaxia Reagent</td><td>112-04-9</td><td>Use as received</td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>Kempur Microelectronic Corporation</td><td>317S</td><td>Use as received</td></tr><tr><td>Silicone oil</td><td>Beijing Chemical Works</td><td>350 cst</td><td>Use as received</td></tr><tr><td>Anhydrous toluene</td><td>Beijing Chemical Works</td><td>108-88-3</td><td>Use as received</td></tr><tr><td>Phosphoric acid (H&lt;span class=&quot;font7&quot;&gt;&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class=&quot;font0&quot;&gt;PO&lt;/span&gt;&lt;span class=&quot;font7&quot;&gt;&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class=&quot;font0&quot;&gt;)&lt;/span&gt;</td><td>Tianjin Chemical Corporation</td><td>7664-38-2</td><td>Use as received</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid (HCl)</td><td>Tianjin Chemical Corporation</td><td>7647-01-0</td><td>Use as received</td></tr><tr><td>&lt;span class=&quot;font0&quot;&gt;F&lt;/span&gt;&lt;span class=&quot;font8&quot;&gt;erric chloride (&lt;/span&gt;&lt;span class=&quot;font0&quot;&gt;FeCl&lt;/span&gt;&lt;span class=&quot;font7&quot;&gt;&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class=&quot;font8&quot;&gt;)&lt;/span&gt;</td><td>Tianjin Chemical Corporation</td><td>7705-08-0</td><td>Use as received</td></tr><tr><td>Optical upright microscope</td><td>Olympus</td><td>BX51</td><td></td></tr><tr><td>Optical stereo microscope</td><td>Olympus</td><td>SZX16</td><td></td></tr><tr><td>High speed camera</td><td>Olympus</td><td>i-SPEED LT</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaner</td><td>KUNSHAN ULTRASONIC INSTRUMENTS CO. LTD</td><td>KQ-500E</td><td></td></tr><tr><td>Dynamometer</td><td>Yueqing Handapi Instruments Co. Ltd</td><td>HP-5</td><td></td></tr><tr><td>Manipulator</td><td>Yueqing Handapi Instruments Co. Ltd</td><td>HLD</td><td></td></tr><tr><td>Hot plate</td><td>Shenzhen Jingyihuang Corporation</td><td>DRB-1</td><td></td></tr></tbody></table>

preparation and high-temperature anti-adhesion behavior of a slippery surface on stainless steel

Anti-Klebeflächen mit hoher Temperaturbeständigkeit haben ein breites Anwendungspotenzial in elektrochirurgische Instrumente, Motoren und Rohrleitungen. Eine typische Anti-Benetzung superhydrophob Oberfläche schlägt einfach fehl, wenn eine Hochtemperatur-Flüssigkeit ausgesetzt. Vor kurzem, Nepenthes-inspirierten rutschigem Untergrund zeigt einen neuen Weg zur Lösung des Problems der Adhäsion. Eine Schmierstoffe Schicht auf der rutschigen Oberfläche kann als eine Barriere zwischen dem abgestoßen Materialien und die Oberflächenstruktur fungieren. Die rutschigen Oberflächen in früheren Studien zeigten jedoch selten hoher Temperaturbeständigkeit. Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Vorbereitung der rutschigen Oberflächen mit hoher Temperaturbeständigkeit. Photolithographie-gestützte Methode wurde verwendet, um Säule Strukturen auf Edelstahl zu fertigen. Durch die Funktionalisierung der Oberfläche mit Kochsalzlösung, war eine glatte Oberfläche vorbereitet, indem man Silikonöl. Die vorbereitete rutschige Oberfläche gepflegt die Anti-Benetzung für Wasser, auch wenn die Oberfläche bis 300 ° c erhitzt wurde Die glatte Oberfläche stellte auch, große Anti-Adhäsion Auswirkungen auf Weichteile bei hohen Temperaturen. Diese Art der rutschigen Oberfläche auf Edelstahl hat Anwendungen in der Medizintechnik, mechanische Ausrüstung, etc..

Die glatte Oberfläche war vorbereitet, indem man Silikonöl zu OTS-beschichtet, chemisch geätzte Edelstahl. Aufgrund ihrer ähnlichen chemischen Eigenschaften wurde die Oberfläche von Silikonöl vollständig benetzt. Die Benetzung Prozess ist in Figur 1adargestellt. Die rote gestrichelte Linie markiert die Benetzung Linie. Nach der Benetzung, könnte eine sichtbare Ölschicht von der trockenen Oberfläche unterschieden werden. Rutschige Eigentum der vorber...

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Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

Rutschige Oberflächen bieten eine neue Möglichkeit zur Lösung des Problems der Adhäsion. Dieses Protokoll beschreibt die Rutschgefahr bei hohen Temperaturen zu fabrizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Rutschgefahr Anti-Benetzung für Flüssigkeiten und eine bemerkenswerte Anti-Haftwirkung an Weichteilen bei hohen Temperaturen zeigten.

Vorbereitung und Hochtemperatur-Anti-Adhäsion Verhalten einer rutschigen Oberfläche Edelstahl

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A ...

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7.5K Aufrufe.  Beihang University. Rutschige Oberflächen bieten eine neue Möglichkeit zur Lösung des Problems der Adhäsion. Dieses Protokoll beschreibt die Rutschgefahr bei hohen Temperaturen zu fabrizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Rutschgefahr Anti-Benetzung für Flüssigkeiten und eine bemerkenswerte Anti-Haftwirkung an Weichteilen bei hohen Temperaturen zeigten.

Serie: Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

Untersuchung von Einzelmolekül Haftung durch Rasterkraftspektroskopie

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Forschung

Ingenieurwesen

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where interfacial tension is a dominant force. A variety of methods exist for controlling the interfacial tension of aqueous and organic liquids on this scale; however, these techniques have limited utility for liquid metals due to their large interfacial tension.
Liquid metals can form soft, stretchable, and shape-reconfigurable components in electronic and electromagnetic devices. Although it is possible to manipulate these fluids via mechanical methods (e.g., pumping), electrical methods are easier to miniaturize, control, and implement. However, most electrical techniques have their own constraints: electrowetting-on-dielectric requires large (kV) potentials for modest actuation, electrocapillarity can affect relatively small changes in the interfacial tension, and continuous electrowetting is limited to plugs of the liquid metal in capillaries.
Here, we present a method for actuating gallium and gallium-based liquid metal alloys via an electrochemical surface reaction. Controlling the electrochemical potential on the surface of the liquid metal in electrolyte rapidly and reversibly changes the interfacial tension by over two orders of magnitude ( &#820;500 mN/m to near zero). Furthermore, this method requires only a very modest potential (&#60; 1 V) applied relative to a counter electrode. The resulting change in tension is due primarily to the electrochemical deposition of a surface oxide layer, which acts as a surfactant; removal of the oxide increases the interfacial tension, and vice versa. This technique can be applied in a wide variety of electrolytes and is independent of the substrate on which it rests.

We present a method to control the interfacial energy of a liquid metal in an electrolyte via electrochemical deposition (or removal) of a surface oxide layer. This simple method can control the capillary behavior of gallium-based liquid metals by tuning the interfacial energy rapidly, significantly, and reversibly using modest voltages.

Eine Methode, die Oberflächenspannung eines Liquid Metal manipulieren via Oberfläche Oxidation und Reduktion

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

Chemie

The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, building and food industries, amongst others. Polyester and coatings containing both polyester and silica nanoparticles (SiO2NPs) have been widely used to protect steel substrata from corrosion. In this study, we utilized X-ray photoelectron spectroscopy, attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy, water contact angle measurements, optical profiling and atomic force microscopy to provide an insight into how exposure to sunlight can cause changes in the micro- and nanoscale integrity of the coatings. No significant change in surface micro-topography was detected using optical profilometry, however, statistically significant nanoscale changes to the surface were detected using atomic force microscopy. Analysis of the X-ray photoelectron spectroscopy and attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy data revealed that degradation of the ester groups had occurred through exposure to ultraviolet light to form COO&#903;, -H2C&#903;, -O&#903;, -CO&#903; radicals. During the degradation process, CO and CO2 were also produced.

Two types of surfaces, polyester-coated steel and polyester coated with a layer of silica nanoparticles, were studied. Both surfaces were exposed to sunlight, which was found to cause substantial changes in the chemistry and nanoscale topography of the surface.

Die Evolution der Silica-Nanopartikel-Polyester-Beschichtungen auf Oberflächen Sonnenlicht ausgesetzt

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, ...

TiO2-coated Hollow Glass Microspheres with Superhydrophobic and High IR-reflective Properties Synthesized by a Soft-chemistry Method

This manuscript proposes a soft-chemistry method to develop superhydrophobic and highly IR-reflective hollow glass microspheres (HGM). The anatase TiO2 and a superhydrophobic agent were coated on the HGM surface in one step. TBT and PFOTES were selected as the Ti source and the superhydrophobic agent, respectively. They were both coated on the HGM, and after the hydrothermal process, the TBT turned to anatase TiO2. In this way, a PFOTES/TiO2-coated HGM (MCHGM) was prepared. For comparison, PFOTES single-coated HGM (F-SCHGM) and TiO2 single-coated HGM (Ti-SCHGM) were synthesized as well. The PFOTES and TiO2 coatings on the HGM surface were demonstrated through X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive detector (EDS) characterizations. The MCHGM showed a higher contact angle (153&#176;) but a lower sliding angle (16&#176;) than F-SCHGM, with a contact angle of 141.2&#176; and a sliding angle of 67&#176;. In addition, both Ti-SCHGM and MCHGM displayed similar IR reflectivity values, which were about 5.8% higher than the original HGM and F-SCHGM. Also, the PFOTES coating barely changed the thermal conductivity. Therefore, F-SCHGM, with a thermal conductivity of 0.0479 W/(m&#183;K), was quite like the original HGM, which was 0.0475 W/(m&#183;K). MCHGM and Ti-SCHGM were also similar. Their thermal conductivity values were 0.0543 W/(m&#183;K) and 0.0543 W/(m&#183;K), respectively. The TiO2 coating slightly increased the thermal conductivity, but with the increase in reflectivity, the overall heat-insulation property was enhanced. Finally, since the IR-reflecting property is provided by the HGM coating, if the coating is fouled, the reflectivity decreases. Therefore, with the superhydrophobic coating, the surface is protected from fouling, and its lifetime is also prolonged.

TiO2-coated Hollow Glass Microspheres with Superhydrophobic and High IR-reflective Properties Synthesized by a Soft-chemistry Method

This manuscript proposes a soft-chemistry method to synthesize superhydrophobic, TiO2-coated hollow glass microspheres (HGM) with high IR-reflective properties.

TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -beschichteten Glashohlkugeln mit Superhydrophobe und hohe IR-reflektierende durch eine Soft-Chemie synthetisiert Eigenschaften

This manuscript proposes a soft-chemistry method to develop superhydrophobic and highly IR-reflective hollow glass microspheres (HGM). The anatase TiO2 ...

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern. Hybrid wettable patterns were produced by coating superhydrophilic SiO2 on a masked, hydrophobic, cylindrical copper surface. Using de-ionized (DI) water as the working fluid, pool-boiling heat-transfer studies were conducted on the different surface-treated copper cylinders of a 25-mm diameter and a 40-mm length. The experimental results showed that the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern influenced the wall superheat and the HTC. By increasing the number of interlines, the HTC was enhanced when compared to the plain surface. Images obtained from the charge-coupled device (CCD) camera indicated that more bubbles formed on the interlines as compared to other parts. The hybrid wettable pattern with the lowermost section being hydrophobic gave the best heat-transfer coefficient (HTC). The experimental results indicated that the bubble dynamics of the surface is an important factor that determines the nucleate boiling.

Pool-boiling heat-transfer experiments were carried out to observe the effects of hybrid wettable patterns on the heat-transfer coefficient (HTC). The parameters of investigation are the number of interlines and the pattern orientation of the modified wettable surface.

Pool-Boiling Wärmeübertragung Enhancement auf zylindrischen Oberflächen mit Hybrid Benetzbare Patterns

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

Failure of Cleaning Verification in Pharmaceutical Industry Due to Uncleanliness of Stainless Steel Surface

The aim of this work is to identify the parameters that affect the recovery of pharmaceutical residues from the surface of stainless steel coupons. A series of factors were assessed, including drug product spike levels, spiking procedure, drug-excipient ratios, analyst-to-analyst variability, intraday variability, and cleaning procedure of the coupons. The lack of a well-defined procedure that consistently cleaned the coupon surface was identified as the major contributor to low and variable recoveries. Assessment of cleaning the surface of the coupons with clean-in-place solutions (CIP) gave high recovery (&#62;90%) and reproducible results (Srel&#8804;4%) regardless of the conditions that were assessed previously. The approach was successfully applied for cleaning verification of small molecules (MW &#60;1,000 Da) as well as large biomolecules (MW up to 50,000 Da).

The lack of a well-defined procedure that consistently cleaned coupon surfaces was identified as the major contributor to low and variable recoveries in cleaning verification. This manuscript describes the correct protocol of cleaning stainless steel coupons.

Mangelnde Reinigung Überprüfung in der pharmazeutischen Industrie wegen Unreinheit des Edelstahl-Oberfläche

The aim of this work is to identify the parameters that affect the recovery of pharmaceutical residues from the surface of stainless steel coupons. A ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

Herstellung von Superhydrophob Metalloberflächen für Anti-Icing-Anwendungen

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Determining Tribocorrosion Rate and Wear-Corrosion Synergy of Bulk and Thin Film Aluminum Alloys

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, batteries, and biomedical devices, etc., impose great challenges on the reliable performance of alloys exposed to extreme conditions where mechanical and electrochemical attack co-exist. Finding ways for alloys to mitigate the combined attack of wear and corrosion (i.e., tribocorrosion) under such extreme conditions is thus highly critical for improving their reliability and service lifetime when used in such conditions. The challenge lies in the fact that wear and corrosion are not independent of each other, but rather work synergistically to accelerate the total material loss. Thus, a reliable method to evaluate the tribocorrosion resistance of metals and alloys is needed. Here, a protocol for measuring the tribocorrosion rate and wear-corrosion synergy of Al-based bulk and thin film samples in a corrosive environment under room temperature is presented.

Here, we present a protocol to measure the tribocorrosion rate and wear-corrosion synergy of thin film and bulk Al alloys in simulated sea water at room temperature.

Bestimmung von Tribokorrosion Rate und Verschleiß-Korrosion Synergie von Massen- und dünnen Film-Aluminium-Legierungen

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, ...

Micromechanical Tension Testing of Additively Manufactured 17-4 PH Stainless Steel Specimens

This study presents a methodology for the rapid fabrication and micro-tensile testing of additively manufactured (AM) 17-4PH stainless steels by combining photolithography, wet-etching, focused ion beam (FIB) milling, and modified nanoindentation. Detailed procedures for proper sample surface preparation, photo-resist placement, etchant preparation, and FIB sequencing are described herein to allow for high throughput (rapid) specimen fabrication from bulk AM 17-4PH stainless steel volumes. Additionally, procedures for the nano-indenter tip modification to allow tensile testing are presented and a representative micro specimen is fabricated and tested to failure in tension. Tensile-grip-to-specimen alignment and sample engagement were the main challenges of the micro-tensile testing; however, by reducing the indenter tip dimensions, alignment and engagement between the tensile grip and specimen were improved. Results from the representative micro-scale in situ SEM tensile test indicate a single slip plane specimen fracture (typical of a ductile single crystal failure), differing from macro-scale AM 17-4PH post-yield tensile behavior.

Presented here is a procedure for measuring fundamental material properties through micromechanical tension testing. Described are the methods for micro-tensile specimen fabrication (allowing rapid micro-specimen fabrication from bulk material volumes by combining photolithography, chemical etching, and focused ion beam milling), indenter tip modification, and micromechanical tension testing (including an example).

Mikromechanische Zugspannungsprüfung von additiv gefertigten 17-4 PH Edelstahlproben

This study presents a methodology for the rapid fabrication and micro-tensile testing of additively manufactured (AM) 17-4PH stainless steels by combining ...

Mitigation of Blood Borne Cell Attachment to Metal Implants through CD47-Derived Peptide Immobilization

The key complications associated with bare metal stents and drug eluting stents are in-stent restenosis and late stent thrombosis, respectively. Thus, improving the biocompatibility of metal stents remains a significant challenge. The goal of this protocol is to describe a robust technique of metal surface modification by biologically active peptides to increase biocompatibility of blood contacting medical implants, including endovascular stents. CD47 is an immunological species-specific marker of self and has anti-inflammatory properties. Studies have shown that a 22 amino acid peptide corresponding to the Ig domain of CD47 in the extracellular region (pepCD47), has anti-inflammatory properties like the full-length protein. In vivo studies in rats, and ex vivo studies in rabbit and human blood experimental systems from our lab have demonstrated that pepCD47 immobilization on metals improves their biocompatibility by preventing inflammatory cell attachment and activation. This paper describes the step-by step protocol for the functionalization of metal surfaces and peptide attachment. The metal surfaces are modified using polyallylamine bisphosphate with latent thiol groups (PABT) followed by deprotection of thiols and amplification of thiol-reactive sites via reaction with polyethyleneimine installed with pyridyldithio groups (PEI-PDT). Finally, pepCD47, incorporating terminal cysteine residues connected to the core peptide sequence through a dual 8-amino-3,6-dioxa-octanoyl spacer, are attached to the metal surface via disulfide bonds. This methodology of peptide attachment to metal surface is efficient and relatively inexpensive and thus can be applied to improve biocompatibility of several metallic biomaterials.

Presented here is a protocol for appending peptide CD47 (pepCD47) to metal stents using polybisphosphonate chemistry. Functionalization of metal stents using pepCD47 prevents the attachment and activation of inflammatory cells thus improving their biocompatibility.

The key complications associated with bare metal stents and drug eluting stents are in-stent restenosis and late stent thrombosis, respectively. Thus, ...