Esta pesquisa foi apoiada pelos projetos: MAT2014-60615-R e MAT2017-82182-R financiado pela a agência de investigação do estado (SRA) e o Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER).

Nota: O protocolo segue o esquema mostrado na Figura 2.
1. preparação da amostra
<ol><li>
Limpeza e corte
	<ol>
<li>Usando uma tesoura de metal, cortar 25 x 45 mm x pedaços de 0,5 mm a 250 mm x 250 mm x folhas de 0,5 mm de alumínio. Nota: Cuidado especial deve ser tomado quando usando a tesoura de metal, e treinamento especial pode ser necessário.</li>
		<li>Remova a película protetora cobrindo um lado da amostra e lavar este lado usando cerca de 50 mL de solução de limpeza. Lave as amostras suavemente com as mãos enluvadas. Evite o uso de esfregões abrasivos.</li>
		<li>Enxague abundantemente as amostras em um fluxo de água destilada. Posteriormente, mergulhe cada amostra em 30 mL de etanol a 96%, proceda à sonicação é para 300 s e repetir em 30 mL de água ultrapura para 300 s.</li>
		<li>Retire as amostras da água e seque-os por 1h à temperatura ambiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Condicionamento ácido
	<ol>
<li>Para a reação de gravura, prepare uma solução de 4 M de HCl em água ultrapura13. Mergulhe cada amostra em 80 mL desta solução para 480 s. A reação se torna mais vigorosa após aproximadamente 360 s, quando a camada superficial de óxido nativo é removida. Atenção: Para a segurança, conduza esta reação em um capuz. Use luvas, jaleco e óculos de proteção.</li>
		<li>Ao lado o béquer contendo a solução ácida, prepare um outro copo com água ultrapura abruptamente parar a reação. Usando uma pinça de politetrafluoroetileno, retirar a amostra da solução ácida e mergulhe-a em água. Enxágue a amostra em água ultrapura abundante.</li>
		<li>Seca as amostras fundindo-os com ar comprimido e filtrado. Note que a amostra após a reação de gravura é superhydrophilic e secá-lo pode ser uma tarefa difícil. Após a remoção macroscópica de água explodindo, remover vestígios de água em um forno a 120 ° C para 600 s. Nota: Este processo de secagem em essenciais, especialmente para amostras ser mais tarde silanizadas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Hydrophobization
	<ol>
<li>
Hydrophobization por silanização FAS-17
		<ol>
<li>Antes da silanização da vapor-fase, tratar as amostras com ar-plasma para 600 s usando um plasma líquido de limpeza operando a 100 w. Esse processo ativa os superfície grupos funcionais (-grupos OH) que atuam como vinculador para as moléculas de silano.</li>
			<li>Posteriormente, apresente as amostras dentro de um prato de Petri de vidro ligeiramente inclinada com a ajuda de uma ponta de pipeta para inclinar ligeiramente a superfície. Depósito dois 50 µ l gotas de 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorodecyl-triethoxysilane (FAS-17) sobre o prato de Petri ao lado da amostra de13.</li>
			<li>Cubra o prato de Petri parcialmente e colocá-lo em um dessecador ar-evacuados durante a noite. Finalmente, ventile o dessecador. Remova as amostras, que estão prontas para usar.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Hydrophobization por fluoropolímero (politetrafluoretileno) deposição
		<ol>
<li>Pulverize as amostras gravadas16 de cerca de 10 cm com uma solução de fluoropolímero amorfo em um solvente de fluorcarbono na proporção de 1/20 (v/v)16. Um difusor de perfume, preenchido com a solução pode ser usado para essa finalidade. Deixar secar à temperatura ambiente para 600 s. repetir o mesmo processo sobre uma superfície limpa não-gravadas para fazer uma superfície de alumínio liso-hidrofóbico (Rum = 0.25±0.03 µm).</li>
			<li>Aplicar uma segunda demão e introduzir as amostras em um forno a 110 ° C para 600 s para garantir a total remoção do solvente e uma reticulação do fluoropolímero revestimento. Esse processo aumenta a durabilidade, conforme indicado pelo fabricante.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Hydrophobization por deposição de ácido esteárico-ceria
		<ol>
<li>Limpar as amostras gravadas em acetona/etanol/água, proceda à sonicação-los por 300 s em água e seque-os em um fluxo de ar comprimido.</li>
			<li>Mergulhe as amostras31 em 50 mL de solução aquosa contendo 2 g de cério tricloreto hepta-hidratado (CeCl3·7H2O) e 3 mL de 30% de peróxido de hidrogênio (H2O2). Incube a amostra imergida na solução de um forno de 40 ° C por 1 h.</li>
			<li>Removê-lo da solução, lavar em água destilada e seque-o em um forno a 100 ° C para 600 s.</li>
			<li>Mergulhar a amostra em uma solução de etanol de 30 mM de ácido esteárico para 900 s, enxaguá-lo em álcool etílico e secá-lo em um forno a 100 ° C para 600 s. Nota: Uma vez secas e arrefecido à temperatura ambiente, as amostras são prontas para usar. As superfícies SH produzidas com o ácido esteárico-ceria revestimento são doravante como a superfície revestida de Ce-SA.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Caracterização da amostra
<ol><li>
Análise de umectação
	<ol>
<li>
Saltando de experimentos de queda
		<ol>
<li>Avalie o grau de repelência de água da amostra produzida saltando gotas experimentos13. Quantificar o número de rejeições, dada por uma gota que é lançada de uma seringa fixa cuja agulha está localizada a (10,1 ± 0,2) mm acima da superfície. O volume da gota é tipicamente 4 µ l.</li>
			<li>Capture a sequência com uma câmera de alta velocidade. O software de aquisição de vídeo de alta velocidade, fixa a taxa de aquisição a 4200 imagens por segundo e o tempo de exposição para 235 µs.</li>
			<li>Uma vez que o vídeo está gravado, selecione a sequência a partir do momento quando a entrega for liberada até que a entrega já está em pleno contacto com a amostra (não mais rejeições são observadas). Salve o arquivo de vídeo.</li>
			<li>Para cada imagem, detecta o perfil de gota usando software32. Posteriormente, quantificar o número de rejeições a olho nu quando jogar a sequência de vídeo. No caso de que ele não é facilmente identificado, conte o número do maxima acima da posição do centro de massa da gota estática (mais de 15-20%).</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Experimentos de placa de inclinação
		<ol>
<li>Use este teste somente para quantificar os danos causados por cada teste específico de desgaste. Analise a aderência de cisalhamento de gotas de água com inclinação placa de experimentos (TPE)33 usando um laboratório projetado aparelhos inclinação34.</li>
			<li>Use a aquisição de imagens de vista lateral de uma gota de sessile depositada na amostra fixada para uma plataforma inclinável. Durante a aquisição da imagem (a taxa de aquisição constante de 16 fps), incline a plataforma com uma velocidade angular constante (5 ° /s). Portanto, capture uma imagem de gota cada 0,31 °. Nota: Acima de um ângulo de inclinação específica, a gota se move (slides rolos-ro) na superfície e esse Estado pode servir para determinar os ângulos de contato de avanços e recuo (ACA e RCA, respectivamente) simultaneamente. O ângulo de inclinação mínimo que produz um deslocamento global da linha de contato (pontos de aclives e declives linha contato movem simultaneamente) é referido como o ângulo de deslizamento (SA). O SA é o valor relatado aqui de TPE.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Medições de rugosidade
	<ol>
<li>Analise a microrugosidade das amostras usando um microscópio confocal luz branco. Defina uma área de digitalização da 0.252 x 0.187 mm por topografia única.</li>
		<li>Leva pelo menos 4 topografias única por amostra. Use o objetivo da ampliação 50x, capturando 200 planos verticais em etapas verticais de 0,2 µm. determinar o fator de Ra (amplitude de rugosidade aritmética).</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. testes de durabilidade
Nota: Avalie os danos induzidos por cada agente de desgaste separadamente. Não realizar mais de um teste de desgaste por amostra.
<ol><li>
Testes de abrasão lateral Nota: Os testes de abrasão lateral (ver Figura 3a) são realizados por meio de um abrasivo comercial linear. Este teste visa avaliar o desgaste induzido pelo deslocamento tangencial de uma ponta padrão abrasivo contra uma superfície. Este dispositivo permite o uso de uma grande variedade de produtos abrasivos, definindo uma ampla gama de aplicação pressões, velocidades laterais e número total de ciclos abrasivos35.<ol>
<li>Usar uma padrão de borracha abrasiva CS-10, fornecidas pelo fabricante. Corrigi a velocidade para 20 ciclos/min. controle a pressão aplicada usando pesos. Ajustar a pressão mínima permitida pelo instrumento, que corresponde a um peso total de 350 g. Nota: Considerando a largura da ponta (6.70±0.05 mm) e o peso utilizado, a pressão aplicada correspondente para essas configurações é 97.3±1.4 kPa. A área total de gasta é limitada pela largura da ponta e o comprimento total para cada ciclo de abrasão. Configurá-lo para 38,1 mm.</li>
		<li>Para cada amostra, avalie o desgaste induzido após ciclos 1, 2, 3 e 5.<ol>
<li>Depois de cada tratamento de desgaste, delicadamente escova a superfície (usando a escova fornecida pelo fabricante), enxaguar em água e sopre usando ar comprimido. Avalie as propriedades de umectação usando TPE, conforme descrito na seção 2.1.2.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de impacto de partículas abrasivas
	<ol>
<li>Realizar o teste de impacto de partículas usando a configuração mostrada na Figura 3b, que é inspirado a abrasão padrão D968 testar. Versão 30 mL (cerca de 55 g) de areia abrasiva de um funil de vidro. Localize seu extremo inferior a (25±1) cm da superfície.</li>
		<li>Use um funil torneira de mm de diâmetro (12±1) e um comprimento de (97±1) mm. Coloque o funil verticalmente, enquanto inclinando a amostra de 45°. Depois impactando na amostra, recolha a areia em um recipiente colocado abaixo.</li>
		<li>Depois de um ciclo de desgaste é conduzido, enxaguar a superfície com água destilada, secá-lo em um fluxo de ar comprimido e avaliar as propriedades de umectação por TPE (secção 2.1.2). Repita todo o processo até 3 vezes para cada amostra.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de superfície degradação UV-ozônio
	<ol>
<li>Realizar o teste de degradação UV-ozônio usando um ozônio limpa. Tratar cada amostra em temperatura ambiente por 600 s e repetir o ciclo de uma vez.</li>
		<li>Posteriormente, enxaguar as superfícies com água e seque-os com ar comprimido.</li>
		<li>Avalie as propriedades de umectação por TPE descritos na secção 2.1.2 para determinar se as propriedades superhydrophobic permanecem após a exposição aos raios UV.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de imersão de água
	<ol>
<li>Avalie o desgaste induzido por contacto com a água, depois de uma longa imersão na água. Introduza a amostra em um copo de 100 mL de água ultrapura para 24h.</li>
		<li>Retire as amostras da água, seque-os com ar comprimido e colocá-los em um forno a 120 ° C para 600 s para garantir a total remoção da água da superfície. Quando a superfície está totalmente seco, avalie as propriedades de umectação após exposição à água, usando o protocolo descrito na seção 2.1.2.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. avaliação da eficiência antigelo
Nota: A avaliação da eficiência do anti-gelo baseia-se nos três aspectos mostrados na Figura 1.
<ol><li>
Teste de gotejamento de água sub-resfriada Nota: A repelência de água sub-resfriada das amostras é efectuada com a configuração mostrada na figura 4a. A amostra é introduzida dentro de uma câmara de congelamento a – 20 ° C, que é fixado em cima de uma plataforma inclinada (30 °). Uma mistura de gelo e água destilada em equilíbrio (a temperatura estabilizada de 0 ° C) é colocada fora da câmara de congela.<ol>
<li>Bomba de água fria no interior da câmara, utilizando uma bomba peristáltica e tê-lo circular no interior do congelador antes de ser pingadas sobre a amostra a uma taxa reduzida de 1 gota cada 3 segundos. Única gotas têm um volume de aproximadamente 50 µ l.</li>
		<li>Uma vez que é iniciado o processo de gotejamento, capturar uma imagem lateral da amostra cada 10 s para determinar se a acumulação de gelo ocorre.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de atraso congelação
	<ol>
<li>Realizar o teste de atraso congelamento no interior da câmara de congelação mesmo mencionado na seção anterior.</li>
		<li>Determinar a porcentagem de gotas sésseis depositados na amostra que congelar, para cada temperatura, durante um processo de resfriamento da temperatura até cerca de-25 ° C. O set-up para este teste é mostrado na figura 4b.</li>
		<li>Nível da amostra (com zero de inclinação) e depósito de gotas sésseis cuidadosamente para evitar roll off. Devido a alta mobilidade de gotas em superfícies repele a água, coloque um número menor deles em amostras SH. Repita o experimento para SH superfícies várias vezes.</li>
		<li>Monitore a temperatura e a umidade relativa do ar usando uma sonda térmica. Controle a umidade relativa (RH) com um umidificador comercial. O RH é de aproximadamente 95% quando o humidificador está ligado, e diminui para aproximadamente 40% quando o humidificador está desligado.</li>
		<li>Use cerca de 200 gotas de 30 µ l por amostra (queda de congelamento é um fenômeno estocástico, e a análise requer o uso de um grande número de gotas). Nota: Assim, para este teste use amostras maiores do que aqueles usados para o resto dos estudos. Neste caso, o tamanho é de 125 mm x 62,5 mm e adaptar o protocolo para o etch também a amostra ou hydrophobize suas superfícies para as novas dimensões de amostra.</li>
		<li>Coloque a amostra no meio da parte inferior do freezer em cima de uma plataforma de isolamento. Delicadamente, deposite uma matriz de 70 gotas por exemplo (25 para o exemplo superhydrophobic). Feche o congelador e ligá-lo. Nota: A temperatura diminui linearmente em vez da temperatura até cerca de-25 ° C. A taxa de resfriamento depende da umidade relativa. A baixa umidade relativa (umidificador desconectado), todo o processo leva cerca de 2 horas, enquanto leva menos tempo (cerca de 1 hora) se o humidificador está ligado. Uma vez que a temperatura inferior a 0 ° C, gotas começam a nucleada.</li>
		<li>Conte o número de gotas que são congelados para cada temperatura (em intervalos de 0,5 ° C), até que todos a totalidade das gotas é congelada.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Teste de aderência de gelo
	<ol>
<li>Quantificar a força que deve ser aplicada para desanexar (puxar) um pedaço de gelo com um contato controlável área que tenha sido formada em cada amostra. Execute esses testes usando o set-up ilustrado na Figura 4C.</li>
		<li>Corte um tubo de politetrafluoroetileno com diâmetro interno de 10 mm em cilindros de ~ 28 milímetros de altura com uma tesoura. Pressione o cilindro com a amostra. Preenchê-lo com 1,2 mL de água destilada. Introduzir o cilindro cheio na câmara de congelação e esperar por 1h. Nota: Uma vez que a água é totalmente congelada, a amostra com o cilindro é fixada firmemente para uma plataforma usando uma placa que atua como atacante.</li>
		<li>Amarre a garrafa e um medidor de força digital usando um fio de nylon. A forma como este cilindro está vinculado para o segmento e a orientação do cilindro em relação ao segmento depende qual aderência tipo (cisalhamento ou o elástico) está sob avaliação. Conserte este indicador para um carrinho motorizado do teste. Fechar a câmara de congela e esperar 600 s.</li>
		<li>Deslocar o calibre da amostra a uma velocidade constante de (10 ± 0,5) mm/min.<ol>
<li>Ajuste esta velocidade manualmente dentro de painel de controle o carrinho motorizado do teste. Clique no ícone do programa controlando as leituras do dinamômetro. Pressione Iniciar para gravar a força.</li>
			<li>Imediatamente após, mova o dinamômetro para cima, mantendo em pressionar a parte inferior do deslocamento vertical dentro do painel de controle do carrinho motorizado.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Quando o deslocamento do banco com relação a amostra produz uma extensão do segmento e uma separação do gelo da amostra, clique em parar e salvar o arquivo de dados gerado. Nota: O medidor monitora a força em termos de tempo. Conhecendo a velocidade em que o dinamômetro é deslocado (10 mm/min), determine a força em termos de deslocamento. Isso serve para determinar a força de ruptura (força de retenção máxima) e a força de adesão por unidade de área.</li>
		<li>Avalie a adesão de cisalhamento quando o pull-off é feito lateralmente. A força neste caso é paralela aplicado a área de contato (veja figura 4b). Para este efeito, fixar a amostra verticalmente e conectar o cilindro de base para o segmento usando um anel de metal. Puxe este anel pelo medidor até a amostra desanexa da superfície por deslocamento de cisalhamento. Nota: O teste de aderência à tração avalia a força máxima e precisa de trabalho para separar um pedaço de gelo da superfície quando é puxado verticalmente.</li>
		<li>Neste caso, dois furos pequenos na parede do cilindro que servem para conectar o cilindro ao indicador. Em seguida, puxe-o verticalmente até o gelo finalmente é desanexada da superfície.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
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K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrophobicity+of+rare-earth+oxide+ceramics.">Hydrophobicity of rare-earth oxide ceramics.</a> Nature Materials. 12, 315 (2013).</li><li>Ruan, M., 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=Preparation+and+anti-icing+behavior+of+superhydrophobic+surfaces+on+aluminum+alloy+substrates.">Preparation and anti-icing behavior of superhydrophobic surfaces on aluminum alloy substrates.</a> Langmuir. 29 (27), 8482-8491 (2013).</li><li>Yin, L., 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=In+situ+investigation+of+ice+formation+on+surfaces+with+representative+wettability.">In situ investigation of ice formation on surfaces with representative wettability.</a> Applied Surface Science. 256 (22), 6764-6769 (2010).</li><li>Boinovich, L., Emelyanenko, A. M., Korolev, V. V., Pashinin, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+wettability+on+sessile+drop+freezing:+when+superhydrophobicity+stimulates+an+extreme+freezing+delay.">Effect of wettability on sessile drop freezing: when superhydrophobicity stimulates an extreme freezing delay.</a> Langmuir. 30 (6), 1659-1668 (2014).</li><li>Antonini, C., Innocenti, M., Horn, T., Marengo, M., Amirfazli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+effect+of+superhydrophobic+coatings+on+energy+reduction+in+anti-icing+systems.">Understanding the effect of superhydrophobic coatings on energy reduction in anti-icing systems.</a> Cold Regions Science and Technology. 67 (1-2), 58-67 (2011).</li><li>Chen, J., 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=Superhydrophobic+surfaces+cannot+reduce+ice+adhesion.">Superhydrophobic surfaces cannot reduce ice adhesion.</a> Applied Physics Letters. 101 (11), 111603 (2012).</li><li>Adam, S., Barada, K. N., Alexander, D., Mool, C. G., Eric, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linear+abrasion+of+a+titanium+superhydrophobic+surface+prepared+by+ultrafast+laser+microtexturing.">Linear abrasion of a titanium superhydrophobic surface prepared by ultrafast laser microtexturing.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (11), 115012 (2013).</li><li>Li, X. -. W., 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=Low-cost+and+large-scale+fabrication+of+a+superhydrophobic+5052+aluminum+alloy+surface+with+enhanced+corrosion+resistance.">Low-cost and large-scale fabrication of a superhydrophobic 5052 aluminum alloy surface with enhanced corrosion resistance.</a> RSC Advances. 5 (38), 29639-29646 (2015).</li><li>Meuler, A. J., 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=Relationships+between+water+wettability+and+ice+adhesion.">Relationships between water wettability and ice adhesion.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 2 (11), 3100-3110 (2010).</li><li>Boinovich, L. B., 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=Combination+of+functional+nanoengineering+and+nanosecond+laser+texturing+for+design+of+superhydrophobic+aluminum+alloy+with+exceptional+mechanical+and+chemical+properties.">Combination of functional nanoengineering and nanosecond laser texturing for design of superhydrophobic aluminum alloy with exceptional mechanical and chemical properties.</a> ACS Nano. 11 (10), 10113-10123 (2017).</li><li>Wan, B., 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=Superhydrophobic+ceria+on+aluminum+and+its+corrosion+resistance.">Superhydrophobic ceria on aluminum and its corrosion resistance.</a> Surface and Interface Analysis. 48 (3), 173-178 (2016).</li><li>G&#243;mez-Lopera, J. F., Mart&#237;nez-Aroza, J., Rodr&#237;guez-Valverde, M. A., Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A., Montes-Ru&#237;z-Cabello, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entropic+image+segmentation+of+sessile+drops+over+patterned+acetate.">Entropic image segmentation of sessile drops over patterned acetate.</a> Mathematics and Computers in Simulation. 118, 239-247 (2015).</li><li>Gao, L., McCarthy, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Teflon+is+hydrophilic.+comments+on+definitions+of+hydrophobic,+shear+versus+tensile+hydrophobicity,+and+wettability+characterization.">Teflon is hydrophilic. comments on definitions of hydrophobic, shear versus tensile hydrophobicity, and wettability characterization.</a> Langmuir. 24 (17), 9183-9188 (2008).</li><li>Ruiz-Cabello, F. J. M., Rodriguez-Valverde, M. A., Cabrerizo-Vilchez, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+method+for+evaluating+the+most+stable+contact+angle+using+tilting+plate+experiments.">A new method for evaluating the most stable contact angle using tilting plate experiments.</a> Soft Matter. 7 (21), 10457-10461 (2011).</li><li>Pierce, E., Carmona, F. J., Amirfazli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+of+sliding+and+contact+angle+results+in+tilted+plate+experiments.">Understanding of sliding and contact angle results in tilted plate experiments.</a> Colloids Surfaces A. 323 (1-3), 73-82 (2008).</li><li>Ye, H., Zhu, L., Li, W., Liu, H., Chen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+spray+deposition+of+a+water-based+superhydrophobic+coating+with+high+stability+for+flexible+applications.">Simple spray deposition of a water-based superhydrophobic coating with high stability for flexible applications.</a> Journal of Materials Chemistry. 5 (20), 9882-9890 (2017).</li><li>Rolland, J. P., Van Dam, R. M., Schorzman, D. A., Quake, S. R., DeSimone, J. 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-resistant+photocurable+&amp;#34;liquid+Teflon&amp;#34;+for+microfluidic+device+fabrication.">Solvent-resistant photocurable &amp;#34;liquid Teflon&amp;#34; for microfluidic device fabrication.</a> Journal of the American Chemical Society. 126 (8), 2322-2323 (2004).</li></ol>

Nós não temos nada para divulgar.

Neste artigo, vamos demonstrar estratégias para produzir superfícies repelente de água em substratos de alumínio. Além disso, mostramos métodos para caracterizar suas propriedades umectantes, rugosidade, durabilidade e desempenho anti-gelo.
Para preparar as superfícies SH, usamos duas estratégias. A primeira estratégia incorporou o grau de rugosidade adequada para alcançar a estrutura hierárquica intrínseca das superfícies do SH pelo condicionamento ácido. Este processo é partic...

A capacidade de superhydrophobic (SH) de superfícies para repelir a água é a razão que eles são tradicionalmente propostos como uma solução para evitar o gelo1,2. No entanto, existem preocupações sobre a adequação das superfícies SH para agentes antigelo: 1) os elevados custos de produção, 2) que superhydrophobicity nem sempre leva ao gelo-phobicity3e 3) a durabilidade questionável do SH superfícies4 . Superfícies superhydrophobic segurar duas propriedades relacionadas à sua composição química e topografia5: eles são difíceis, com características topográficas; e sua energia de superfície é baixa (intrinsecamente hidrofóbico).
A rugosidade sobre uma superfície hidrofóbica serve para reduzir a proporção entre a área real de sólido-líquido e área de contato aparente. A água não está totalmente em contato com o sólido devido a Lótus efeito6,7, quando a gota repousa ou se move para as superfície asperezas. Nesse cenário, a interface sólido-líquido age forma heterogénea com dois domínios químicos: a própria superfície sólida e as pequenas bolhas de ar aprisionado entre o sólido e água8. O grau de repelência de água está ligado à quantidade de ar aprisionado porque os patches de ar são lisos e seu ângulo de contato intrínseco é 180°. Alguns estudos relatam a incorporação de uma textura de superfície hierárquica com micro e nano-asperezas como a melhor estratégia para fornecer melhor Propriedades repelentes de água (maior presença de ar na interface sólido-líquido)9. Para alguns metais, uma estratégia de baixo custo para criar recursos de dois níveis de aspereza é condicionamento ácido10,11. Este procedimento é frequentemente usado na indústria. Com certas concentrações de ácido e vezes de gravura, a superfície de metal revela a aspereza hierárquica adequada. Em geral, a rugosidade da superfície é otimizado pela variação da concentração do ácido, tempo de gravura ou ambos12. A energia de superfície de metais é alta e por esta razão, a fabricação de superfícies de metal à prova d'água exige hydrophobization mais tarde.
Hydrophobization geralmente é conseguido através da deposição de filmes hidrofóbico usando métodos diferentes: silanização10,13, revestimento de mergulho14, revestimento de rotação15,16 ou plasma-deposição17 de pulverização . Silanização tem sido proposto18 como uma das mais promissoras ferramentas para melhorar a baixa durabilidade das superfícies SH. Ao contrário de outras técnicas de deposição, o processo de silanização baseia-se uma ligação covalente entre os grupos Si-OH com os grupos hidroxila de superfície do substrato metálico10. Uma desvantagem do processo de silanização é a necessidade de ativação anterior da carcaça do metal para criar suficientes grupos hidroxila por um elevado grau de cobertura e uniformidade. Outra estratégia proposta recentemente para produzir resistentes superhydrophobic superfícies é o uso de revestimentos-raras19,20. Ceria revestimentos têm duas propriedades que justificam este uso: podem ser intrinsecamente hidrofóbico21, e eles são robustos mecanicamente e quimicamente. Em particular, uma das mais importantes razões por que eles são escolhidos como revestimentos protetores é suas habilidades de proteção contra a corrosão20.
Para produzir superfícies metálicas de SH de longa duração, consideram-se duas questões: a textura da superfície não deve estar danificada, e o filme/revestimento hidrofóbico devem ser firmemente ancorado ao substrato. Superfícies são normalmente expostas a desgaste originado pelo lateral abrasão ou partícula impacto4. Se as asperezas estão danificadas, a repelência à água pode ser substancialmente reduzida. Em ambientes extremos, o revestimento hidrofóbico pode ser parcialmente removido da superfície ou pode ser quimicamente degradado pela exposição UV, umidade ou corrosão. O projeto de revestimentos de superfícies SH duráveis é um desafio importante para revestimento e engenharia de superfície.
Para metais, um dos requisitos mais exigentes é que a capacidade do anti-gelo é baseada em três aspectos interligados22 , conforme ilustrado na Figura 1: sub-resfriada repelência de água, atraso de congelação e baixa adesão-gelo. Crosta de gelo ao ar livre ocorre quando sub-resfriada água, tipicamente chuva cai, entra em contacto com uma superfície sólida e é rapidamente congelado por nucleação heterogénea23. O gelo formado (balada) é firmemente presa à superfície. Assim, o primeiro passo para evitar a formação de gelo é reduzir o tempo de contato sólido-água. Se a superfície for superhydrophobic, gotas de chuva podem ser expulso da superfície antes do congelamento. Além disso, está provado que, sob condições de umidade, as superfícies com um ângulo de contato alta atrasam congelando mais eficientemente do que aqueles com um baixo ângulo de contato24. Por estas duas razões, SH superfícies são as superfícies mais adequadas para atenuar a formação de gelo. No entanto, a vida útil das superfícies superhydrophobic pode ser um ponto-chave desde que as condições de gelo são normalmente agressivo25. Alguns estudos concluíram que o SH superfícies não são a melhor escolha para diminuir a aderência de gelo26. Uma vez as formas de gelo na superfície, ele permanece firmemente anexado devido à superfície asperezas. A rugosidade aumenta a área de contato da superfície do gelo e as asperezas atuam como bloqueio agentes26. O uso de superfícies SH duráveis é recomendado para evitar formação de gelo se não houver nenhum vestígio de gelo já presente na superfície.
Neste trabalho, apresentamos vários protocolos para produzir superfícies duráveis de SH em substratos metálicos. Nós usamos o alumínio (Al) como o substrato, porque é amplamente utilizado na indústria, e a incorporação de propriedades antigelo é particularmente relevante para determinadas aplicações (instalações de estâncias de esqui, aeronáutica, etc). Preparamos três tipos de superfícies: uma superfície texturizada de Al revestida com um fluoropolímero revestimento, uma silanizada superfície texturizada de Al com uma fluorosilane e uma BICAMADA de ácido esteárico-ceria sobre um substrato de Al. Semelhantes técnicas17,,27,28,29 fornecer espessuras de película 100-300 nm ou até mesmo filmes de monocamada. Para cada superfície, podemos medir suas propriedades de umectação e conduziu testes de desgaste. Finalmente, analisamos seu desempenho anti-gelo usando três testes objetivou investigar independentemente as três propriedades mostradas na Figura 1.
Nosso protocolo baseia-se no esquema mostrado na Figura 2. Uma vez que as superfícies SH Al são preparadas, suas propriedades de umectação e topografia são analisados para determinar suas propriedades de repelência e características de aspereza. As propriedades umectantes são analisadas saltando experimentos de queda, que é uma técnica que está conectada para a adesão à tração de água. Desde que a observação de rejeições de gota é necessária, esta técnica só é adequada para superfícies superhydrophobic13. Para cada tratamento de superfície, estamos preparados pelo menos quatro amostras para realizar os testes de antigelo e outro quatro amostras para realizar os testes de durabilidade. Os danos causados após cada teste de durabilidade foi analisado medindo a perda da molhadela Propriedades e características de aspereza. Testes de durabilidade similar para a proposta queridos neste trabalho foram usados recentemente para outras superfícies metálicas27,30.
No que se refere os testes antigelo, o objetivo deste estudo é determinar se o uso das superfícies SH Al produzidos são convenientes como agentes antigelo. Portanto, foram analisados, para comparação, o desempenho de amostras de controlo de duas: a) uma amostra de Al não tratada (Lisa amostra hidrofílica) e b) um hydrophobized mas não texturizada amostra (amostra hidrofóbica suave). Para a mesma finalidade, o uso de uma textura, mas não hydrophobized de superfície pode ser de interesse. Infelizmente, esta superfície é extremamente molhável e não podem efectuar-se ensaios anti-gelo para eles.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid, 37%</td>
			<td>SICAL, S.A.</td>
			<td>AC07411000</td>
			<td>used for acid etching</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltriethoxysilane, 97%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>658758</td>
			<td>used for silanization with FAS-17</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dupont AF1600</td>
			<td>Dupont</td>
			<td>D10389631</td>
			<td>used for fluropolymer deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FC-72</td>
			<td>3M, Fluorinet</td>
			<td>1100-2-93</td>
			<td>used for fluropolymer deposition (flurocarbon solvent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cerium(III) chloride heptahydrate, 99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>228931</td>
			<td>used for Ceria coating deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide solution, 30%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H1009</td>
			<td>used for Ceria coating deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stearic acid, &#8805;98.5%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S4751</td>
			<td>used for Ceria coating deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>SICAL, S.A.</td>
			<td>16271</td>
			<td>used throughout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>SICAL, S.A.</td>
			<td>1090</td>
			<td>used throughout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum sheets 0.5mm</td>
			<td>MODULOR (Germany)</td>
			<td>125993</td>
			<td>substrates used throught</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-90 concentrated cleaning solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z281506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra pure Milli-Q water</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used throughout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma Etcher/Asher/Cleaner EMITECH K1050X</td>
			<td>Aname</td>
			<td>K1500XDEV-001</td>
			<td>used throughout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCC software</td>
			<td>AMETEK</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>sofware controlling the high speed camera Phantom MIRO 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Speed Camera Phantom Miro 4</td>
			<td>AMETEK</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used for bouncing drop experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open Loop PL&#181; 2.32</td>
			<td>UPC-CD6 &#38; Sensofar Tech S.L.</td>
			<td>version 2.32</td>
			<td>Sofware controlling PL&#181; Confocal Imaging Profiler</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pl&#181;-Confocal Imaging Profiler 2300</td>
			<td>Sensofar Tech S.L.</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used for roughness measurements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TABER 5750 LINEAL ABRASER</td>
			<td>TABER</td>
			<td>5750</td>
			<td>used for lateral abrasion tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Abbrasive sand: ASTM 20-30 SAND C778</td>
			<td>U.S. SILICA COMPANY (USA)</td>
			<td>1-800-635-7263</td>
			<td>used for abrasive partcile impact tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ozone cleaner: PSDP-UV4T, Digital UV Ozone System</td>
			<td>Novascam</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>UV-ozone degradation test</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristalitic Pump GILSON 312, France</td>
			<td>GILSON (France)</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used for water dripping test</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nylon thread</td>
			<td>Dracon fishing line, Izorline internacional, inc. (USA)</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used for ice adhesion tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital force gauge (ZTA-200N, ZTA Series</td>
			<td>IMADA (USA)</td>
			<td>370199</td>
			<td>used for ice adhesion tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motorized test stand I, MH2-500N-FA</td>
			<td>IMADA (USA)</td>
			<td>366942</td>
			<td>used for ice adhesion tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Force Recorder Professional</td>
			<td>IMADA (USA)</td>
			<td>version 1.0.2</td>
			<td>software provided by IMADA to register the force</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HYGROCLIP XD - STANDARD PROBE</td>
			<td>Rotronic</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>Temperature and humidity probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HW3 Lite software</td>
			<td>Rotronic</td>
			<td>version 2.1.2</td>
			<td>Sofware controlling the HYGROCLIP Probe</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of superhydrophobic metal surfaces for anti-icing applications

Várias maneiras de produzir superfícies metálicas superhydrophobic são apresentadas neste trabalho. Alumínio foi escolhido como o substrato metálico devido à sua ampla utilização na indústria. A molhabilidade da superfície produzida foi analisada pelo saltando experimentos de queda e a topografia foi analisada por microscopia confocal. Além disso, mostramos várias metodologias para medir a sua durabilidade e propriedades antigelo. Superfícies superhydrophobic segurar uma textura especial que deve ser preservada para manter sua repelência à água. Para fabricar superfícies duráveis, seguimos duas estratégias para incorporar uma textura resistente. A primeira estratégia é uma incorporação directa da aspereza à carcaça do metal pelo condicionamento ácido. Após esta texturização de superfície, a energia de superfície foi diminuída pela deposição de silanização ou fluoropolímero. A segunda estratégia é o crescimento de uma camada de ceria (após a texturização de superfície) que deve melhorar a superfície da dureza e resistência à corrosão. A energia de superfície foi diminuída com uma película de ácido esteárico.
A durabilidade das superfícies superhydrophobic foi examinada por um teste de impacto de partículas, desgaste mecânico por abrasão lateral e resistência de UV-ozônio. As propriedades antigelo foram exploradas por estudar a possibilidade de revogar a água sub-resfriada, congelando o atraso e adesão de gelo.

As propriedades umectantes e rugosidade das superfícies SH que foram utilizados neste estudo são mostradas na Figura 5. O número médio de saltos medidos para cada amostra é exibido na Figura 5a e a rugosidade média é mostrada na Figura 5b. Não há nenhuma correlação entre a aspereza e propriedades de umectação. O número de rejeições medido para a amostra de politetrafluoroetileno reves...

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Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Podemos ilustrar diversas metodologias para produzir superfícies de metal superhydrophobic e explorar suas propriedades de durabilidade e antigelo.

Fabricação de superfícies de Metal Superhydrophobic para aplicações antigelo

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 ...

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Engineering

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Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Sondagem e Mapeamento superfície do eletrodo em células a combustível de óxido sólido

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Engenharia

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

Fabricação de Nano-engenharia transparentes Óxidos Realização por deposição por laser pulsado

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

High-speed Particle Image Velocimetry Near Surfaces

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The complex nature of these flows may be studied using particle image velocimetry (PIV), a laser-based imaging technique for optically accessible flows. Though many forms of PIV exist that extend the technique beyond the original planar two-component velocity measurement capabilities, the basic PIV system consists of a light source (laser), a camera, tracer particles, and analysis algorithms. The imaging and recording parameters, the light source, and the algorithms are adjusted to optimize the recording for the flow of interest and obtain valid velocity data. 
Common PIV investigations measure two-component velocities in a plane at a few frames per second. However, recent developments in instrumentation have facilitated high-frame rate (&gt; 1 kHz) measurements capable of resolving transient flows with high temporal resolution. Therefore, high-frame rate measurements have enabled investigations on the evolution of the structure and dynamics of highly transient flows. These investigations play a critical role in understanding the fundamental physics of complex flows.
A detailed description for performing high-resolution, high-speed planar PIV to study a transient flow near the surface of a flat plate is presented here. Details for adjusting the parameter constraints such as image and recording properties, the laser sheet properties, and processing algorithms to adapt PIV for any flow of interest are included.

A procedure for studying transient flows near boundaries using high-resolution, high-speed particle image velocimetry (PIV) is described here. PIV is a non-intrusive measurement technique applicable to any optically accessible flow by optimizing several parameter constraints such as the image and recording properties, the laser sheet properties, and analysis algorithms.

Alta velocidade da partícula Velocimetry Imagem perto de superfícies

Multi-dimensional and transient flows play a key role in many areas of science, engineering, and health sciences but are often not well understood. The ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Processo de fabricação de base de silicone dielétricos Elastomer Atuadores

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

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.

Fabricação de Microsferas de Polímeros para Resonadores Ópticos e Aplicações Laser

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

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

Estratégia de fabricação processada e escalável para eletrodos flexíveis e transparentes de alto desempenho com malha metálica embutida

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition metal dichalcogenides (TMDs) MoS2 and WS2 can be prepared on sapphire substrates. By controlling the metal film thicknesses, good layer number controllability, down to a single layer of TMDs, can be obtained using this growth technique. Based on the results obtained from the Mo film sulfurized under the sulfur deficient condition, there are two mechanisms of (a) planar MoS2 growth and (b) Mo oxide segregation observed during the sulfurization procedure. When the background sulfur is sufficient, planar TMD growth is the dominant growth mechanism, which will result in a uniform MoS2 film after the sulfurization procedure. If the background sulfur is deficient, Mo oxide segregation will be the dominant growth mechanism at the initial stage of the sulfurization procedure. In this case, the sample with Mo oxide clusters covered with few-layer MoS2 will be obtained. After sequential Mo deposition/sulfurization and W deposition/sulfurization procedures, vertical WS2/MoS2 hetero-structures are established using this growth technique. Raman peaks corresponding to WS2 and MoS2, respectively, and the identical layer number of the hetero-structure with the summation of individual 2D materials have confirmed the successful establishment of the vertical 2D crystal hetero-structure. After transferring the WS2/MoS2 film onto a SiO2/Si substrate with pre-patterned source/drain electrodes, a bottom-gate transistor is fabricated. Compared with the transistor with only MoS2 channels, the higher drain currents of the device with the WS2/MoS2 hetero-structure have exhibited that with the introduction of 2D crystal hetero-structures, superior device performance can be obtained. The results have revealed the potential of this growth technique for the practical application of 2D crystals.

Through the sulfurization of pre-deposited transition metals, large-area and vertical 2D crystal hetero-structures can be fabricated. The film transferring and device fabrication procedures are also demonstrated in this report.

Preparação da grande-área Vertical 2D cristal Hetero-estruturas através da Sulfurization dos filmes de Metal de transição para a fabricação de dispositivo

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA-b-PVDMA), are presented. Due to the high reactivity of azlactone groups towards amine, thiol, and hydroxyl groups, PGMA-b-PVDMA surfaces can be modified with secondary molecules to create chemically or biologically functionalized interfaces for a variety of applications. Previous reports of patterned PGMA-b-PVDMA interfaces have used traditional top-down patterning techniques that generate non-uniform films and poorly controlled background chemistries. Here, we describe customized patterning techniques that enable precise deposition of highly uniform PGMA-b-PVDMA films in backgrounds that are chemically inert or that have biomolecule-repellent properties. Importantly, these methods are designed to deposit PGMA-b-PVDMA films in a manner that completely preserves azlactone functionality through each processing step. Patterned films show well-controlled thicknesses that correspond to polymer brushes (~90 nm) or to highly crosslinked structures (~1-10 &#956;m). Brush patterns are generated using either the parylene lift-off or interface directed assembly methods described and are useful for precise modulation of overall chemical surface reactivity by adjusting either the PGMA-b-PVDMA pattern density or the length of the VDMA block. In contrast, the thick, crosslinked PGMA-b-PVDMA patterns are obtained using a customized micro-contact printing technique and offer the benefit of higher loading or capture of secondary material due to higher surface area to volume ratios. Detailed experimental steps, critical film characterizations, and trouble-shooting guides for each fabrication method are discussed.

Surface fabrication methods for patterned deposition of nanometer thick brushes or micron thick, crosslinked films of an azlactone block co-polymer are reported. Critical experimental steps, representative results, and limitations of each method are discussed. These methods are useful for creating functional interfaces with tailored physical features and tunable surface reactivity.

Fabricação de superfícies reativas com escova, como filmes de quitosana de polímeros co bloco Azlactone-acrescida e

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with diverse customization options and favorable production methods is increasing continuously. With fused filament fabrication (FFF), it is possible to produce large and complex components quickly with high material efficiency. In FFF, a continuous thermoplastic filament is melted in a heated nozzle and deposited below. The computer-controlled print head is moved in order to build up the desired shape layer by layer. Investigations regarding printing of metals or ceramics are increasing more and more in research and industry. This study focuses on additive manufacturing (AM) with a multi-material approach to combine a metal (stainless steel) with a technical ceramic (zirconia: ZrO2). Combining these materials offers a broad variety of applications due to their different electrical and mechanical properties. The paper shows the main issues in preparation of the material and feedstock, device development, and printing of these composites.

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

This study shows multi-material additive manufacturing (AM) using fused filament fabrication (FFF) of stainless steel and zirconia.

Fabricação de fundidos de filamento (FFF) de componentes de Metal-cerâmica

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with ...