Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der Mikrofluiddynamik zu beantworten, wie z. B. die Auswirkungen von Nanostrukturen auf eine Oberfläche auf das Dünnschichtprofil und die Feuchtigkeitsgeschwindigkeit. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie eine Methode zur kostengünstigen und zeiteffizienten Herstellung verschiedener Wickle-Säulen-Arrays bietet. Demonstriert wird das Verfahren von Thomas Germain, einem Doktoranden unseres Labors.
Bereiten Sie zunächst das Stempelgerät für das Protokoll vor. Die wesentlichen Details dieser Stanzvorrichtung sind in diesem Schaltplan. Eine Trägerplatte zur Unterstützung der Form ist auf einer XY-Bühne montiert.
Um den Kunststoff zu stempeln, bewegt eine Theta-Z-Bühne ein mikrogroßes Bit. Ein Laser erhitzt die Kunststoffform an der Bitspitze. Hier sind die Trägerplatte und die Stütze für das Stanzbit auf ihren jeweiligen Stufen.
Eine Videokamera mit einem 10-fachen Objektiv bietet einen Blick auf die Prägung von einem Blickwinkel zur Seite des Bits. Holen Sie sich die Trägerplatte vom Gerät, zusammen mit einer Stanzform. Die Form ist eine Acrylscheibe, einen Zoll im Durchmesser und ein Achtel Zoll dick.
Befestigen Sie die Stanzform an der Trägerplatte für den Einsatz im Gerät. Als nächstes übersetzen Sie das Stempelbit manuell aus dem Weg, um zu vermeiden, dass es beschädigt wird. Dann die Trägerplatte mit der Form an der motorisierten XY-Stanzstufe befestigen.
Verschieben Sie mit den Computersteuerungen die Kunststoffform, die ausgerichtet und zentriert werden soll, mit der Achse des Stempelbits. Übersetzen Sie nun manuell das Stanzbit, bis es fast in Kontakt mit der Kunststoffform ist. Verwenden Sie das computergesteuerte Stanzsteuerungsprogramm und überwachen Sie das Bit.
Übersetzen Sie das Stanzbit in kleinen Schritten, bis die Spitze mit dem Kunststoff in Berührung kommt. Danach übersetzen Sie das Stempelbit weg von der Probe. Stellen Sie immer sicher, dass die Kunststoffform normal ist.
Oder die Säulen haben keine gleichmäßige Höhe, sobald die PDMS-Form erstellt wurde. Ungleichmäßige Säulenhöhen können das Hämiwicking der Flüssigkeit beeinflussen. Weisen Sie als Nächstes Parameter zum Erstellen des Musters zu, einschließlich Pixellänge, Hohlraumtiefe und Anfangsposition.
Fahren Sie fort, indem Sie eine vorbereitete Musterkarte hochladen. Der Graustufenwert gibt die gewünschte Hohlraumtiefe an, wobei Schwarz die festgelegte maximale Hohlraumtiefe ist. Starten Sie den Stanzvorgang.
Die Software verschiebt das Bit mithilfe der Pixellänge an die richtigen Stellen. Das Bit stempelt einen Hohlraum entsprechend den eingestellten Parametern. Sobald die Hohlräume erstellt wurden, entfernen Sie die gestanzte Kunststoffform.
Hier ist die gestanzte Form unmittelbar nach dem Stanzvorgang. Die Form ist komplett, nachdem ihre Oberfläche mit 9.000 Sandpapier poliert wurde, wie in diesem Beispiel. Fahren Sie fort, um die Form zu verwenden, um ein Formteil zu erstellen.
In einem Becher ein 10:1-Verhältnis setzen. Dann mischen Sie sie gründlich für drei Minuten. Legen Sie den Becher nach dem Mischen in eine evakuierte Kammer, um alle eingeschlossenen Luftblasen zu lösen.
Bevor Sie fortfahren, stellen Sie sicher, dass die Mischung keine Blasen hat. Als nächstes legen Sie die gestanzte Kunststoffform in einen ummauerten Behälter. Im Idealfall wäre der Behälter nicht viel größer als der Außendurchmesser der Form.
Beginnen Sie, die PDMS-Mischung in die Mitte des gestanzten Bereichs zu gießen, und spiralen Sie sich nach außen, um sie gleichmäßig zu verteilen. Legen Sie den Behälter in eine evakuierte Kammer, um Luftblasen zu lösen. Wenn Sie fertig sind, übertragen Sie den Behälter auf eine heiße Platte, um bei 100 Grad Celsius für 15 Minuten zu erhitzen.
Danach, ohne die heiße Platte abkühlen zu lassen, erhitzen Sie sie bei 65 Grad Celsius für 25 Minuten. Entfernen Sie den Behälter von der Hitze und lassen Sie das PDMS abkühlen. Warten Sie 20 Minuten auf Kühlung und Aushärtung, bevor Sie das Formteil von der Behälterwand schneiden.
Entfernen Sie das PDMS aus der Form und lagern Sie die Kunststoffform und die PDMS-Probe in abgedeckten Behältern. Bevor Sie jedoch die Kunststoffform verwenden, achten Sie darauf, die Oberfläche von Rest-PDMS zu reinigen, indem Sie es fünf Minuten lang in ein Ultraschall-Wasserbad legen. Diese Bitmap definiert eine rechteckige Ableitendestruktur.
Jedes Pixel stellt ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 100 Mikrometern dar. Die gleichmäßig schwarzen Pixel bedeuten, dass jede Säule im PDMS die gleiche Höhe von 100 Mikrometern hat. Dies ist eine obere Ansicht der Säulen in der PDMS, die mit der Bitmap erstellt wurde.
Diese Seitenansicht von einer Kante zeigt die relativ konsistente Höhe der Feuchtigkeitsstruktur. Hier sind Seiten- und Oberansichten einer PDMS-Struktur mit einer ca. 70 Mikrometer dicken Schicht aus abgelagertem Aluminium. Mit der Anwendung von Ethanol an die Oberfläche zeigen dieselben Strukturen Einen Beweis für die Flüssigkeit entlang der Basis der Säulen.
Obwohl diese Methode Einen Einblick in die Hemiwicking-Dynamik geben kann, kann sie auch auf andere Systeme wie Wärmerohre und nanoskalige Wärmeübertragung angewendet werden. Nach diesem Verfahren können andere Methoden wie die Interferometrie durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie die Krümmung des Meniskus durch die Leitungsstruktur bestimmt wird und wie sich dies auf den Wärmefluss in der Region auswirkt. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der mikroskaliger Wärmeübertragung, um die Rolle zu erforschen, die die Form der Dünnschichtregion auf den Wärmeblöcken hat.
Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Lasern extrem gefährlich sein kann, und dass Laserschutzbrillen immer getragen werden sollten, während der Stanzvorgang durchgeführt wird.
