Name: measuring the interaction force between a droplet and a super-hydrophobic substrate by the optical lever method
Uploaded: 2019-06-14T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring the Interaction Force Between a Droplet and a Super-hydrophobic Substrate by the Optical Lever Method at JoVE.com

ويشكر المؤلفون مؤسسة تيانجين للعلوم الطبيعية (رقم 18JCNJC04800)، صندوق علوم علم التريبولوجيا التابع لمختبر الدولة الرئيسي لعلم التريبولوجيا (رقم. SKLTKF17B18) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (منحة رقم 51805367) لدعمها.

1. تجميع نظام معايرةS OL
<ol><li>تجميع نظام المعايرة SOL وفقا للمخطط التخطيطي المبين في الشكل 2.</li>
	<li>إصلاح الليزر لدعم، مما يجعل زاوية بين الليزر والاتجاه الأفقي تكون 45 درجة.</li>
	<li>إصلاح PSD إلى دعم آخر، مما يجعل PSD عمودي ليزر. قم بتوصيل PSD بجهاز الحصول على البيانات وجها?...

<ol>
	<li>Guo, Z., Liu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimic+from+the+superhydrophobic+plant+leaves+in+nature:+Binary+structure+and+unitary+structure.">Biomimic from the superhydrophobic plant leaves in nature: Binary structure and unitary structure.</a> Plant Science. 172 (6), 1103-1112 (2007).</li><li>Koch, K., Bhushan, B., Barthlott, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diversity+of+structure,+morphology+and+wetting+of+plant+surfaces.">Diversity of structure, morphology and wetting of plant surfaces.</a> Soft Matter. 4 (10), 1943-1963 (2008).</li><li>Gao, X., Jiang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biophysics:+Water-repellent+legs+of+water+striders.">Biophysics: Water-repellent legs of water striders.</a> Nature. 432 (7013), 36 (2004).</li><li>Yin, W., Zheng, Y. L., Lu, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+topographies+of+water+surface+dimples+formed+by+superhydrophobic+water+strider+legs.">Three-dimensional topographies of water surface dimples formed by superhydrophobic water strider legs.</a> Applied Physics Letters. 109 (16), 163701 (2016).</li><li>Zheng, Y., 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=Elegant+Shadow+Making+Tiny+Force+Visible+for+Water-Walking+Arthropods+and+Updated+Archimedes&#8217;+Principle.">Elegant Shadow Making Tiny Force Visible for Water-Walking Arthropods and Updated Archimedes&#8217; Principle.</a> Langmuir. 32 (41), 10522-10528 (2016).</li><li>Hu, D. L., Chan, B., Bush, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hydrodynamics+of+water+strider+locomotion.">The hydrodynamics of water strider locomotion.</a> Nature. 424 (6949), 663-666 (2003).</li><li>Jiang, C. G., Xin, S. C., Wu, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drag+reduction+of+a+miniature+boat+with+superhydrophobic+grille+bottom.">Drag reduction of a miniature boat with superhydrophobic grille bottom.</a> AIP Advances. 1 (3), 032148 (2011).</li><li>Guo, Z., Liang, J., Fang, J., Guo, B., Liu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Novel+Approach+to+the+Robust+Ti6Al4V-Based+Superhydrophobic+Surface+with+Crater-like+Structure.">A Novel Approach to the Robust Ti6Al4V-Based Superhydrophobic Surface with Crater-like Structure.</a> Advanced Engineering Materials. 9 (4), 316-321 (2007).</li><li>Guo, Z., Liu, W., Su, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+stable+lotus-leaf-like+water-repellent+copper.">A stable lotus-leaf-like water-repellent copper.</a> Applied Physics Letters. 92 (6), 063104 (2008).</li><li>Liu, K., Zhang, M., Zhai, J., Wang, J., Jiang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+construction+of+Mg-Li+alloys+surfaces+with+stable+superhydrophobicity+and+improved+corrosion+resistance.">Bioinspired construction of Mg-Li alloys surfaces with stable superhydrophobicity and improved corrosion resistance.</a> Applied Physics Letters. 92 (18), 61 (2008).</li><li>Biance, A. L., Clanet, C., Qu&#233;r&#233;, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+steps+in+the+spreading+of+a+liquid+droplet.">First steps in the spreading of a liquid droplet.</a> Physical Review E Statistical Nonlinear &amp; Soft Matter Physics. 69 (1), 016301 (2004).</li><li>Eddi, A., Winkels, K. G., Snoeijer, 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=Short+time+dynamics+of+viscous+drop+spreading.">Short time dynamics of viscous drop spreading.</a> Physics of Fluids. 25 (1), 77-177 (2017).</li><li>Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscous+to+Inertial+Crossover+in+Liquid+Drop+Coalescence.">Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence.</a> Physical Review Letters. 106 (11), 114501 (2011).</li><li>Paulsen, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approach+and+coalescence+of+liquid+drops+in+air.">Approach and coalescence of liquid drops in air.</a> Physical Review E. 88 (6), 063010 (2013).</li><li>Vakarelski, I. U., 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=Bubble+colloidal+AFM+probes+formed+from+ultrasonically+generated+bubbles.">Bubble colloidal AFM probes formed from ultrasonically generated bubbles.</a> Langmuir. 24 (3), 603-605 (2008).</li><li>Shi, C., 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=Measuring+forces+and+spatiotemporal+evolution+of+thin+water+films+between+an+air+bubble+and+solid+surfaces+of+different+hydrophobicity.">Measuring forces and spatiotemporal evolution of thin water films between an air bubble and solid surfaces of different hydrophobicity.</a> ACS Nano. 9 (1), 95-104 (2015).</li><li>Shi, C., Chan, D. Y. C., Liu, Q., Zeng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+Hydrophobic+Interaction+between+Air+Bubbles+and+Partially+Hydrophobic+Surfaces+Using+Atomic+Force+Microscopy.">Probing the Hydrophobic Interaction between Air Bubbles and Partially Hydrophobic Surfaces Using Atomic Force Microscopy.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 118 (43), 25000-25008 (2014).</li><li>Chung, K., Shaw, G. A., Pratt, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accurate+noncontact+calibration+of+colloidal+probe+sensitivities+in+atomic+force+microscopy.">Accurate noncontact calibration of colloidal probe sensitivities in atomic force microscopy.</a> Review of Scientific Instruments. 80 (6), 930 (2009).</li><li>Zheng, Y., 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=Improving+environmental+noise+suppression+for+micronewton+force+sensing+based+on+electrostatic+by+injecting+air+damping.">Improving environmental noise suppression for micronewton force sensing based on electrostatic by injecting air damping.</a> Review of Scientific Instruments. 85 (5), 055002 (2014).</li><li>Song, 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=Highly+sensitive,+precise,+and+traceable+measurement+of+force.">Highly sensitive, precise, and traceable measurement of force.</a> Instrumentation Science &amp; Technology. 44 (4), 15 (2016).</li><li>Zheng, Y., 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=The+multi-position+calibration+of+the+stiffness+for+atomic-force+microscope+cantilevers+based+on+vibration.">The multi-position calibration of the stiffness for atomic-force microscope cantilevers based on vibration.</a> Measurement Science &amp; Technology. 26 (5), 055001 (2012).</li></ol>

في هذا البروتوكول، يتم تجميع نظام قياس يستند إلى طريقة رافعة بصرية ومعايرة، وهو مصمم لقياس قوة التفاعل بين القطرات وركائز فائقة hydrophobic. من بين جميع الخطوات، من المهم معايرة SOL باستخدام قوة كهرباء. نتائج تجربة المعايرة تحقق من مكافئ. (8): P(1/Vp1-1/Vp2)يتناسب مع 2 (1/Vs1...

الاتصال بين قطرة وسطح سوبر مسعور ة شائعة جدا في الحياة اليومية والإنتاج الصناعي: قطرات الماء انزلاق من سطح ورقة اللوتس1،2، وstrider المياه السفر بسرعة فوق الماء3 4،5،6. يمكن لطلاء سوبر هيدروفوبيك على السطح الخارجي للسفينة تساعد على الحد من درجة التآكل للسفينة والحد من مقاومة الملاحة7،8،9،10. هناك قيمة كبيرة للإنتاج الصناعي والبحوث الحيوية في دراسة عملية الاتصال بين قطرة وسطح سوبر هيدروفوبيك.
لمراقبة عملية انتشار قطرات على سطح صلب، استخدم بيانس كاميرا عالية السرعة لتصوير عملية الاتصال ووجد أن مدة نظام بالقصور الذاتي يتم إصلاحها بشكل رئيسي من قبل حجم قطرة11. قام Eddi بتصوير عملية الاتصال بين القطرة واللوحة الشفافة من الأسفل والجانب باستخدام كاميرا عالية السرعة، والتي كشفت بشكل شامل عن اختلاف دائرة نصف قطرها الاتصال من قطرة لزجة مع الوقت12. بولسن الجمع بين طريقة كهربائية مع مراقبة الكاميرا عالية السرعة، وبالتالي تقليل وقت الاستجابة إلى 10 NS13،14.
كما تم استخدام المجهر الذري للقوة (AFM) لقياس قوة التفاعل بين القطرة/الفقاعة والأسطح الصلبة. Vakarelski استخدام ناتئ AFM لقياس قوى التفاعل بين اثنين من الفقاعات الصغيرة (حوالي 80-140 ميكرومتر) في محلول مائي خلال الاصطدامات التي تسيطر عليها على نطاق ميكرومتر إلى نانومتر15. استخدم شي مزيجاً من AFM وانعكاس التداخل على النقيض من المجهر (RICM) لقياس قوة التفاعل في وقت واحد والتطور الصدغي للطبقة المائية رقيقة بين فقاعة الهواء وأسطح الميكا من هيدروفوبيسيتي مختلفة 16,17.
ومع ذلك، بما أن الكانتيلفيرز التجارية المستخدمة في AFM صغيرة جدا، فإن بقعة الليزر المشععة على ناتئ سوف تغمرها قطرات أو فقاعات. وAFM لديها صعوبات في قياس قوة التفاعل بين قطرات وقطرات / ركائز في الهواء.
في هذه الورقة، تم تصميم نظام قياس يستند إلى طريقة رافعة بصرية لقياس قوة التفاعل بين قطرات وركائز فائقة hydrophobic. يتم معايرة حساسية قوة العتلة البصرية (SOL)بواسطة قوة كهروستاتيكية18، ومن ثم يتم قياس قوى التفاعل بين قطرات وركائز مختلفة فائقة hydrophobic بواسطة نظام القياس.
الرسم التخطيطي لنظام القياس مبين في الشكل 1. الليزر وموضع الكاشف الحساسة (PSD) تشكل نظام رافعة البصرية. يستخدم الكملي كانتيليفر السيليكون كعنصر حساس في النظام. يتم إصلاح الركيزة على النانو وضع z-المرحلة، والتي يمكن أن تتحرك في الاتجاه الرأسي. عندما تقترب الركيزة من القطرة، فإن قوة التفاعل تؤدي إلى الانحناء. وهكذا، فإن موقف بقعة الليزر على PSD تغيير، وسوف الجهد الناتج من PSD تغيير. الجهد الناتج من PSD VP يتناسب مع قوة التفاعل Fط، كما هو مبين في مكافئ. (1).
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq1.jpg">(1)
من أجل الحصول على قوة التفاعل، يجب معايرةS OL أولا. يتم استخدام القوة الكهربائية كقوة قياسية في معايرةS OL. كما هو مبين في الشكل 2، وناتئ والقطب تشكل مكثف لوحة موازية ، والتي يمكن أن تولد قوة كهرباء في اتجاه عمودي. يتم تحديد قوة الكهروستاتيكية FES من قبل الجهد من التيار الكهربائي العاصمة قق، كما هو مبين في مكافئ. (2)19،20،21.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq2.jpg">(2)
حيث C هو السعة من مكثف لوحة موازية، z هو النزوح من نهاية ناتئ الحرة، وdC/dz يسمى التدرج السعة. ويمكن قياس السعة بواسطة جسر السعة. ويمكن تركيب العلاقة الرياضية بين C و z بواسطة متعدد الحدود التربيعي، كما هو مبين في مكافئ. (3).
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq3.jpg">(3)
حيث Q و P و CT هي معاملات المصطلح التربيعي، والمصطلح الأولي والمصطلح الثابت على التوالي. ولذلك، يمكن التعبير عن القوة الكهروستاتيكية Fes على أنها مكافئة. (4).
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq4.jpg">(4)
بما أنّ التداخل منطقة من اثنان لوحات من المكثف جدّا صغيرة, القوة مرنة يتصرّف على ال [كنتلفير] يستطيع كنت عبّر عن ك [إق]. (5), وفقا ل [هوك] قانون:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq5.jpg">(5)
حيث ك هو صلابة ناتئ.
عندما تكون القوة المرنة وقوة كهرباء ثابتة المطبقة على ناتئ متساوية (أي،Fط = FES)،كانت ناتئ في التوازن. (6) يمكن أن تستمد من Eqs. (1) و (2) و (5):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq6.jpg">(6)
من أجل تقليل عدم اليقين من نتائج المعايرة، يتم استخدام طريقة الفرق لحسابS OL. نتائج تجربتين تؤخذ على النحو Vs1، Vp1 و Vs2، Vp2، ويتم استبدالها في مكافئ (6):
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq7.jpg">(7)
تحويل المعادلات وطرح المعادلة السفلية من المعادلة العليا في Eq. (7)، يتم القضاء على المعلمات Q و k. ثم يتم الحصول على صيغة المعايرة منS OL، كما هو مبين في مكافئ. (8):
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq8.jpg">(8)
إجراء سلسلة من التجارب، يتم رسم منحنى مع P (1 /Vp1-1 /VP2)كما تنسيق و 2 (1 /Vs12-1 /VS22)كما abscissa. الميل من المنحنى SOL.
بعد الحصول على SOL، سيتم استبدال القطب بركائز مختلفة فائقة hydrophobic. وستقاس قوى التفاعل بين القطرات والركائز فائقة الرهاب المائي بالنظام المبين في الشكل 1.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>Shenzhen Andonstar Tech Co., Ltd</td>
			<td>digital microscope A1</td>
			<td>Frame rate: 30 frames/sec; Focal distance: 5 mm - 30 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capacitive bridge</td>
			<td>Andeen-Hagerling</td>
			<td>AH2550A</td>
			<td>The capacitive bridge is used to measure the capacitance between the cantilever and the plate electrode.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition device</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>USB-4431</td>
			<td>The data acquisition device is used to read the output voltage data.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC power supply</td>
			<td>Keithley</td>
			<td>2410</td>
			<td>Voltage range: &#177;5 &#956;V; Accuracy: 0.012%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grid</td>
			<td>Electron Microscopy China</td>
			<td>AGH100, AGH150, AGH300</td>
			<td>The grid fractions of AGH100, AGH150 and AGH300 are 46.18%, 51.39% and 58.79% respectively</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser</td>
			<td>Shenzhen Infrared Laser Technology Co., Ltd.</td>
			<td>HW650AD100-10BD</td>
			<td>Laser wavelength: 650 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanoparticle</td>
			<td>Rust-Oleum</td>
			<td>274232</td>
			<td>NeverWet Multi-Surface Liquid Repelling Treatment is a revolutionary super hydrophobic coating.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanopositioning z-stage</td>
			<td>Physik Instrumente</td>
			<td>P622.ZCD</td>
			<td>Travel ranges 50 &#181;m to 250 &#181;m (350 &#181;m open loop); Resolution to 0.1 nm; Linearity error only 0.02%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Position sensitive detector</td>
			<td>Hamamatsu Photonics K.K.</td>
			<td>S1880</td>
			<td>The two-dimensional PSD is used to translate optical signals into electrical signals.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring the interaction force between a droplet and a super-hydrophobic substrate by the optical lever method

والهدف من هذه الورقة هو التحقيق في قوة التفاعل بين قطرات وركائز فائقة رهاب الماء في الهواء. تم تصميم نظام قياس يستند إلى طريقة رافعة بصرية. يستخدم ناتئ ميليمتري كعنصر حساس للقوة في نظام القياس. أولا، يتم معايرة حساسية قوة العتلة البصرية باستخدام قوة كهرباء، وهي الخطوة الحاسمة في قياس قوة التفاعل. ثانيا، يتم إعداد ثلاثة ركائز فائقة hydrophobic مع كسور الشبكة المختلفة مع الجسيمات النانوية وشبكات النحاس. وأخيراً، فإن قوى التفاعل بين القطرات والركيزة فائقة رهاب الماء مع أجزاء الشبكة المختلفة تقاس من قبل النظام. ويمكن استخدام هذه الطريقة لقياس القوة على نطاق ميكرونيوتن الفرعي مع قرار على نطاق نانونيوتن. يمكن أن تساعد الدراسة المتعمقة لعملية الاتصال بالقطرات والهياكل فائقة رهاب الماء على تحسين كفاءة الإنتاج في الطلاء والأفلام والطباعة. كما يمكن استخدام نظام قياس القوة المصمم في هذه الورقة في مجالات أخرى لقياس القوة الدقيقة.

ويرد في الجدول 1إزاحة قطب اللوحة والسعة المقابلة بين ناتئ الناتئ والقطب المقيس في تجربة واحدة . العلاقة بين السعة C والتشريد z يتم تركيبها بواسطة متعدد الحدود التربيعي باستخدام الدالة polyfit في MATLAB، كما هو مبين في الشكل 4. يمكن الحصول على أول معامل من الدرجة P...

Watch this Scientific Journal Video about Measuring the Interaction Force Between a Droplet and a Super-hydrophobic Substrate by the Optical Lever Method at JoVE.com

Measuring the Interaction Force Between a Droplet and a Super-hydrophobic Substrate by the Optical Lever Method

ويهدف البروتوكول إلى التحقيق في التفاعل بين القطرات والركيزة فائقة رهاب الماء في الهواء. ويشمل ذلك معايرة نظام القياس وقياس قوة التفاعل في ركائز فائقة رهاب الماء مع كسور شبكية مختلفة.

قياس قوة التفاعل بين القطرة والركيزة فائقة رهاب الماء بواسطة طريقة ليفر البصرية

The goal of this paper is to investigate the interaction force between droplets and super-hydrophobic substrates in the air. A measurement system based on ...

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الميكانيكا الحيوية وميكانيكا السوائل ، مثل الهياكل الفائقة من أوراق اللوتس وعمليات الاندماج القطيرة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن قياس قوة على مقياس نيوتنات صغيرة فرعية مع قرار مقياس النانو. يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة في عملية الاتصال من الهياكل قطرات و superhydrophobic.ويمكن أيضا أن تطبق على مجالات أخرى من قياس القوة الصغيرة. الأفراد الذين لم يسبق لهم أن أداء هذه التقنية سوف النضال لأن المسافة بين قطرات والركائز superhydrophobic من الصعب السيطرة عليها بدقة. إعداد نظام القياس على مقاعد البدلاء مختبر المناسبة.في مركز النظام هو cantilever السيليكون، الذي يتم تعليقه على مدى مرحلة Z positioning نانو. يتم تركيب الـ cantilever بطول خمسة ملليمترات في نهاية الحامل. كاميرا عالية السرعة في مكان مع خط البصر عمودي على cantilever.المرحلة Z positioning nanopositioning لديها الدعم الذي يحمل القطب الكهربائي أنه في هذه المرحلة. وأخيراً، يتم ترتيب ليزر وجهاز كشف حساس ل موضعه لقياس انحراف الانتراف. بعد قياس تدرج السعة، استخدم جهاز كمبيوتر مزود طاقة DC يتم التحكم فيه لمعايرة الرافعة البصرية.يوفر هذا التخطيطي وoverview الإعداد للمعايرة. وهناك قطب لوحة على المرحلة Z نانو positioning. هو 100 ميكرومتر تحت كانتليفر مع طول تداخل من نصف ملليمتر.و cantilever والالكترود تشكل مكثف، مع سحب إيجابي من التيار التيار المستمر امدادات الطاقة متصلة مع cantilever وسحب سلبي مع القطب لوحة. بعد ذلك، ضبط المواقع النسبية من الليزر، كاشف موقف الحساسة، و cantilever. ترتيب لهم بحيث ينعكس شعاع الليزر من قبل cantilever للكشف.في الكمبيوتر، تعيين معدل الحصول على البيانات من الجهد خرج كاشف إلى كيلو هرتز واحد. في برنامج التحكم في إمدادات الطاقة DC ، قم بتعيين الجهد بدء إلى فولت صفر. تعيين الجهد نهاية إلى 125 فولت.وقد زيادة الجهد في 25 فولت الزيادات. عقد كل قيمة الجهد لمدة خمس ثوان. كما تختلف الجهد، ورصد الناتج الجهد للكشف عن الموقف الحساسة.بعد هذا التسلسل من القياسات، تنفيذ تسلسل مماثل بدءا من الجهد في 125 فولت وتنخفض إلى الصفر فولت في زيادات من 25 فولت. استخدام البيانات من خمسة قياسات كاملة لإنشاء مؤامرة التي المنحدر هو ثابت التناسب بين قوة التفاعل والجهد استشعار موقف للكشف عن الإخراج. للتحضير للقياسات، افصل التيار الكهربائي DC من لوحة و cantilever.المقبل ، والعمل مع المرحلة Z nanopositioning. تحديد القطب على دعم لوحة لها وإزالة كل من قبل فك الدعم من المرحلة. في مكانها، المسمار دعم لوحة جديدة لمرحلة z قبل الاستمرار.تأكد من أن خط رؤية الكاميرا عالية السرعة عمودي على الـ cantilever. بعد ذلك، احصل على بنية فائقة الإسقاط لدعم اللوحة. استخدام هيكل مع زاوية اتصال من 180 درجة تقريبا لتعليق قطرات الماء من cantilever.للتجربة، قم بلصق هذا الهيكل على لوحة الدعم على مرحلة Z. مع ماصة صغيرة، ضع قطرتين ميكرولتر من الماء على هيكل superhydrophobic. الآن بدء العمل مع برنامج المرحلة نانو حروف.في هذا البرنامج، انتقل إلى مربع الحوار سرعة وتعيين السرعة إلى 10 ميكرومتر في الثانية الواحدة. انقر على زر الأمام لبدء القطرة تتحرك لأعلى. انقر فوق إيقاف عند اتصال القطيرة النهاية الحرة لل cantilever.بعد ثانية أو ثانيتين، حرك يدوياً مرحلة Z بعيداً عن cantilever. وينبغي أن تظل قطرة الماء نصف الكرة الأرضية معلقة من السطح السفلي للكوتليف. للمتابعة، إزالة هيكل superhydrophobic من دعم لوحة والحصول على الركيزة فائقة الإسقاطبلبية لتحل محله.هذه الركيزة تتكون من حصى نحاسية مع رش على الجسيمات النانوية. يتم لصق الركيزة على اسطوانة. هذا الركيزة لديه جزء من الشبكة 46.18٪ ضع الركيزة على دعم اللوحة.ضبط موقف الركيزة فائقة السقطة بحيث يكون 100 ميكرومتر من قطرة نصف كروية على cantilever. مع كاشف، الليزر، والكاميرا على، والعودة إلى العمل مع برنامج التحكم في نانو positioning. في مربع الحوار السرعة، تعيين السرعة إلى 10 ميكرومتر في الثانية الواحدة.انقر فوق الزر الأمامي لبدء الركيزة تتحرك لأعلى. انقر فوق إيقاف عند الركيزة والقطيرة جعل الاتصال. انقر فوق زر العودة لتحريك الركيزة فائقة الهيدروغرافي إلى الأسفل.انقر على زر التوقف عند فصل الركيزة والقطيرة. هناك سيناريوهات مختلفة ممثلة في هذه المؤامرات من التفاعل قوة الآيات الوقت. أولا التركيز على البيانات في منحنى أسود الذي هو للركيزة مع الكسر الشبكة 46.18 ٪ في البداية ، الركيزة والقطيرة هي أبعد ما تكون عن الاتصال.عند هذه النقطة، القوة صفر. مع انخفاض المسافة بين الركيزة والقطيرة ، تنشأ قوة مثيرة للاشمئزاز. وينعكس ذلك في الزيادة في القوة.مرة واحدة الركيزة وقطيرة تأتي في اتصال، وقوة بين البلدين يصبح جذابا، مما يؤدي إلى انخفاض في منحنى كما قطرات يبلل تدريجيا الركيزة من خلال عمل الشعرية. في نهاية المطاف، تتأرجح النتليفر حول موقف التوازن. عندما يتم استخدام كسور الشبكة أعلى أخرى، حجم القوة بين قطرات والركيزة ينخفض.أثناء محاولة هذا الإجراء، من المهم أن نتذكر أن الموقف ذات الصلة بين الليزر، PSD، و cantilever لا يمكن تغييرها. التي يمكن أن تضمن دقة نتائج القياس. بعد أن تطور، هذه التقنية يمهد الطريق للأبحاث في مجال قياس قوة التوتر لاستكشاف القوة أثناء قطرات في اتصال مع الركيزة في الهواء.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Kinetics of a Particle: Force and Acceleration

SCIENTISTS IN ACTION

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

افتعال يتعلق بما وارء باستخدام أسلوب الرسم الألياف

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

الاستفادة من انخفاض التفاعل الرذاذ على سطح لتحسين نقل Bioanalytes في علم الموائع الدقيق الرقمي

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

الزخرفة عبر البصرية تشبع انتقالات - تصنيع وتوصيف

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

تجارب على الموجات فوق الصوتية التزييت باستخدام Tribometer Piezoelectrically بمساعدة وProfilometer البصرية

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

أساليب لقياس التوجيه ودوران معدل الجسيمات في الاضطرابات 3D-طباعة

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

طريقة موحدة لقياس كفاءة مجموعة من مسح لعينة من المتفجرات تتبع

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

التنفيذ التجريبي لأسلوب تصنيع مركب جديد: تعريض الألياف العارية على سطح مركب بواسطة الأسلوب طبقة لينة

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy (ATOM)

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy ATOM

ميكروفلويديك تدفق التدفق الخلوي بواسطة غير المتماثلة الكشف الوقت تمتد المجهر الضوئي (أتوم)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the ...

A Pipette-Tip Based Method for Seeding Cells to Droplet Microfluidic Platforms

ماصة-تلميح إلى أسلوب للخلايا البذر لمنصات موائع جزيئية الحبرية

Amongst various microfluidic platform designs frequently used for cellular analysis, droplet-microfluidics provides a robust tool for isolating and ...

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

قياس الازاحه العشوائية عن طريق الجمع بين مقياس مغناطيسي واثنين من ألياف براج الحواجز الشبكية

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...