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

Forfatterne takker Tianjin Natural Science Foundation (nr. 18JCQNJC04800), Tribology Science fund af State Key laboratorium Tribology (no. SKLTKF17B18) og National Natural Science Foundation i Kina (Grant No. 51805367) for deres støtte.

1. montering af SOL -kalibrerings systemet
<ol><li>SOL -kalibrerings systemet samles i henhold til skematisk diagram vist i figur 2.</li>
	<li>Fastgør laseren til en støtte, hvilket gør vinklen mellem laseren og den vandrette retning være 45 °.</li>
	<li>Fix PSD til en anden støtte, hvilket gør PSD vinkelret på laseren. PSD til data anskaffelses enheden og data anskaffelses enheden til computeren. Bemærk: disse vinkler bestemmes af experimentens visuelle m...

<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>

I denne protokol samles og kalibreres et målesystem baseret på optisk løftestang, som er konstrueret til måling af interaktions kraften mellem dråber og super hydrofobiske substrater. Blandt de alle trin, er det afgørende at kalibrere SOL ved hjælp af elektrostatisk kraft. Resultaterne af kalibrerings forsøget bekræfter EQ. (8): P (1/vP1-1/vP2) er proportional med 2 (1/vS12-1/vS22) og gør det muligt ...

Kontakten mellem en dråbe og en super-Hydrofobisk overflade er meget almindelig i dagligdagen og industriel produktion: vanddråber glidende fra overfladen af Lotus Leaf1,2, og en vand strider rejser hurtigt over vandet3 ,4,5,6. En super-Hydrofobisk belægning på den udvendige overflade af et skib kan bidrage til at reducere korrosion grad af skibet og reducere modstanden i navigationen7,8,9,10. Der er stor værdi for industriel produktion og Bionics forskning i at studere kontakt processen mellem en dråbe og en super-Hydrofobisk overflade.
For at observere spredningsprocessen af dråber på en solid overflade, Biance brugte en højhastighedskamera til at fotografere kontakt processen og fandt, at varigheden af inerti regime er hovedsagelig fastsat af drop size11. EDDI fotograferede kontakt processen mellem dråbe og den transparente plade fra bunden og siden ved hjælp af et højhastighedskamera, som omfattende afslørede variationen af kontakt radius af den viskøse dråbe med tiden12. Paulsen kombinerede en elektrisk metode med high-speed kamera observation, hvilket reducerer responstid til 10 ns13,14.
Atomkraften mikroskopi (AFM) er også blevet anvendt til at måle samspillet kraft mellem dråbe/boble og faste overflader. Vakarelski brugte en AFM-Canti håndtag til at måle interaktions kræfterne mellem to små bobler (ca. 80-140 μm) i vandig opløsning under kontrollerede kollisioner på mikrometer skalaen til nanometer15. Shi brugte en kombination af AFM og refleksions-kontrast mikroskopi (RICM) til samtidig at måle interaktions kraften og den spatiale udvikling af den tynde vandfilm mellem en luftboble og glimmer overflader af forskellige hydrofobicitet 16,17.
Men da kommercielle Canti håndtag, der anvendes i AFM er for små, laser spot bestrålet på Canti armen ville blive nedsænket af dråber eller bobler. AFM har svært ved at måle interaktions kraften mellem dråber og dråber/substrater i luften.
I dette papir er et målesystem baseret på en optisk løftestang metode designet til at måle interaktions kraften mellem dråber og super-hydrofobiske substrater. Den optiske løftestang (SOL) er kalibreret med elektrostatisk kraft18, og derefter måles interaktions kræfterne mellem dråber og forskellige super hydrofobiske substrater af målesystemet.
Skematisk diagram over målesystemet er vist i figur 1. Laser og positions følsom detektor (PSD) udgør det optiske håndtag system. En millimetrisk silicium-Canti håndtag bruges som en følsom komponent i systemet. Substratet er fastgjort på nanoposiktionering z-fase, som kan bevæge sig i lodret retning. Når substratet nærmer sig dråbe, interaktionen kraft forårsager Canti håndtaget til at bøje. Således, placeringen af laser spot på PSD vil ændre, og output spænding PSD vil ændre. Udgangsspændingen for PSD Vp er proportional med interaktions kraften Fi, som vist i EQ. (1).
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq1.jpg">1
For at erhverve interaktions kraften skal SOL kalibreres først. Den elektrostatiske kraft anvendes som standard kraft i kalibreringen af SOL. Som vist i figur 2udgør Canti armen og elektroden en parallel plade kondensatorer, som kan generere elektrostatisk kraft i lodret retning. Den elektrostatiske kraft Fes bestemmes af spændingen på DC strømforsyningen Vs, som vist i EQ. (2)19,20,21.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq2.jpg">2
hvor C er kapacitansen af parallel plade kondensatorer, z er forskydningen af den cemenarm fri ende, og dC/dz kaldes kapacitans gradient. Kapacitansen kan måles ved kapacitans broen. Det matematiske forhold mellem C og z kan monteres ved en kvadratisk polynomial, som vist i EQ. (3).
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq3.jpg">3
hvor Q, P og CT er koefficienterne for den kvadratiske term, henholdsvis den primære term og det konstante udtryk. Derfor kan den elektrostatiske kraft Fes udtrykkes som EQ. (4).
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq4.jpg">4
Da overlapning område af to plader af kondensatorer er meget lille, den elastiske kraft handlet på Canti armen kan udtrykkes som EQ. (5), ifølge Hooke's lov:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq5.jpg">5
hvor k er stivheden af Canti armen.
Når den elastiske kraft og elektrostatiske kraft påført på Canti armen er ens (dvs. fi = fes), er cantiarm i ligevægt. EQ. (6) kan udledes af EQS. (1), (2) og (5):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq6.jpg">6
For at mindske usikkerheden ved kalibreringsresultater anvendes en differens metode til beregning af SOL. Resultaterne af to forsøg er taget som VS1, vP1 og vS2, vP2, og er erstattet i EQ. (6):
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq7.jpg">7
Transformering af ligninger og subtraktion af den nedre ligning fra den øvre ligning i EQ. (7), parametrene Q og k elimineres. Derefter opnås kalibrerings formlen for SOL , som vist i EQ. (8):
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq8.jpg">8
Ved udførelse af en række eksperimenter tegnes kurven med P (1/vP1-1/vP2) som ordinen og 2 (1/vS12-1/VS22) som abscissa. Skråningen af kurven er SOL.
Efter opnåelse af SOL, vil elektroden blive erstattet af forskellige super-hydrofobiske substrater. Interaktions kræfterne mellem dråber og super hydrofobiske substrater måles ved det system, der er vist i figur 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

Målet med dette papir er at undersøge samspillet mellem dråber og super-hydrofobiske substrater i luften. Et målesystem baseret på en optisk løftestang metode er konstrueret. En millimetrisk Canti håndtag bruges som en kraft følsom komponent i målesystemet. For det første er den kraft følsomhed af det optiske håndtag kalibreret ved hjælp af elektrostatisk kraft, som er det kritiske trin i målingen interaktion kraft. For det andet fremstilles tre super hydrofobiske substrater med forskellige gitter fraktioner med nanopartikler og kobber gitre. Endelig måles interaktions kræfterne mellem dråber og super hydrofobiske substrater med forskellige gitter fraktioner af systemet. Denne metode kan bruges til at måle kraften på skalaen af sub-micronewton med en opløsning på skalaen af nanonewton. Den dybtgående undersøgelse af kontakt processen af dråber og super-hydrofobe strukturer kan bidrage til at forbedre produktionseffektiviteten i belægning, film og trykning. Det kraft målingssystem, der er designet i dette papir, kan også anvendes inden for andre områder af mikrokraft måling.

Forskydning af plade elektroden og den tilsvarende kapacitans mellem Canti armen og elektroden målt i ét eksperiment er vist i tabel 1. Forholdet mellem kapacitans C og forskydning z er monteret af kvadratiske polynomium ved hjælp af polyfit funktionen i MATLAB, som vist i figur 4. Den første ordre koefficient P kan opnås ved tilpasningsfunktionen. Den endelige værdi af P er 0,2799 pF/mm, hvilket er gennemsnittet beregnet ud fra ti eksperimentelle res...

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

Protokollen har til formål at undersøge samspillet mellem dråber og super-hydrofobiske substrater i luften. Dette omfatter kalibrering af målesystemet og måling af interaktionen kraft på Super-hydrofobiske substrater med forskellige gitter fraktioner.

Måling af interaktions kraften mellem et droplet og et super-Hydrofobisk substrat ved anvendelse af optisk lever metode

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 ...

Denne metode kan hjælpe med at besvare centrale spørgsmål inden for bionik og væske mekanik, såsom superhydrophobic strukturer af lotusblade og dråben sammensnem processer. Den største fordel ved denne teknik er, at en kraft på omfanget af sub mikro-newton kan måles med en opløsning af skalaen af nanonewtons. Denne metode kan give indsigt i kontaktprocessen af dråbe og superhydrofobiske strukturer.Og det kan også anvendes på andre områder af mikrokraft måling. Personer, der aldrig har udført denne teknik vil kæmpe, fordi afstanden mellem dråber og superhydrophobic substrater er vanskeligt at kontrollere præcist. Forbered målesystemet på en passende laboratoriebænk.I midten af systemet er silicium cantilever, som er suspenderet over en nanopositionering Z fase. Den fem millimeter lange cantilever er monteret for enden af holderen. En høj hastighed kamera er på plads med synslinjen vinkelret på cantilever.Nanopositioning Z fase har en støtte, der holder en elektrode, der på dette punkt. Endelig er en laser og en position følsomme detektor arrangeret til at måle cantilever afbøjning. Når kapacitansgradienten er målet, skal du bruge en computerstyret jævnstrømsforsyning til at kalibrere det optiske håndtag.Dette skema giver ogoverview af opsætningen til kalibrering. En pladeelektrode er på nanopositioning Z-scenen. Det er 100 mikrometer under cantilever med en overlapning længde på en halv millimeter.Den cantilever og elektroden danner en kondensator, med den positive træk af DC strømforsyningen forbundet med cantilever og den negative træk med plade elektroden. Juster derefter laserens relative position, positionsfølsom detektor og udkrage. Arranger dem, så laserstrålen reflekteres af cantilever til detektoren.Ved computeren skal du indstille dataopkøbshastigheden for detektorudgangsspændingen til en kilohertz. I DC strømforsyning kontrol software, indstille startspændingen til nul volt. Indstil slutspændingen til 125 volt.Har spændingen stigning i 25 volt intervaller. Hold hver spændingsværdi i fem sekunder. Da spændingen er varieret, overvåge spændingsudgangen af positionen følsomme detektor.Efter denne sekvens af målinger, udføre en analog sekvens startende med spændingen ved 125 volt og faldende til nul volt i intervaller på 25 volt. Brug dataene fra fem komplette målinger til at skabe et plot, hvor hældningen er proportional mellem interaktionskraften og positionsfølsom detektorudgangsspænding. For at forberede målingerne skal du tage dc-strømforsyningen ud af pladen og cantilever.Dernæst arbejde med nanopositioning Z fase. Identificer elektroden på pladestøtten, og fjern begge dele ved at skrue støtten af fra scenen. I stedet skrue en ny plade støtte til z scenen, før du fortsætter.Sørg for, at højhastighedskameraets synslinje er vinkelret på udkrævende. Få derefter en superhydrofobisk struktur til pladestøtten. Brug strukturen med en kontaktvinkel på næsten 180 grader til at suspendere vanddråbet fra udkrage.For forsøget anbringes denne struktur på pladestøtten på Z-scenen. Med en mikro pipette skal du placere en to mikrolitersdråbe af vand på den superhydrofobiske struktur. Nu begynde at arbejde med nanopositionering fase software.I denne software skal du gå til hastighedsdialogboksen og indstille hastigheden til 10 mikrometer pr. sekund. Klik på knappen Fremad for at starte rullen opad. Klik på stop, når slipværktøjet kontakter den frie ende af udkrage.Efter et eller to sekunder skal du manuelt flytte Z-scenen væk fra udkrage. En halvkugleformet dråbe vand bør forblive suspenderet fra den nederste overflade af cantilever. For at fortsætte skal du fjerne den superhydrofobiske struktur fra pladestøtten og få et superhydrofobisk substrat til at erstatte den.Dette substrat består af en kobber grus med sprøjtes på nanopartikler. Underlaget limes på en cylinder. Dette underlag har en gitterfraktion på 46,18%Placer underlaget på pladestøtten.Juster placeringen af det superhydrofobiske substrat, så det er 100 mikrometer fra den halvkugleformede dråbe på det udkrævede. Med detektoren, laseren og kameraet på skal du vende tilbage til arbejdet med nanopositionsstyringssoftwaren. I hastighedsdialogboksen skal du indstille hastigheden til 10 mikrometer pr. sekund.Klik på knappen Fremad for at starte underlaget bevæger sig opad. Klik på stop, når underlaget og dråben kontakter. Klik på tilbage-knappen for at flytte superhydrophobe substrat nedad.Klik på stopknappen, når underlaget og sliplet er adskilt. Der er forskellige scenarier repræsenteret i disse plots af Interaktion Force vers Time. Første fokus på data i den sorte kurve, som er for substratet med gitter fraktion 46,18%Oprindeligt substrat og dråben er langt fra kontakt.På dette tidspunkt er kraften nul. Efterhånden som afstanden mellem underlaget og dråben falder, opstår der en frastødende kraft. Dette afspejles af stigningen i kraft.Når underlaget og dråben kommer i kontakt, bliver kraften mellem de to attraktive, hvilket fører til et fald i kurven, efterhånden som dråben gradvist våder underlaget gennem kapillær handling. Til sidst, den cantilever svinger omkring en ligevægt position. Når der anvendes andre højere gitterfraktioner, mindskes kraftens størrelse mellem dråben og underlaget.Mens du forsøger denne procedure, er det vigtigt at huske, at den relevante position mellem laser, PSD, og cantilever ikke kan ændres. Hvilket kan sikre nøjagtigheden af måleresultaterne. Efter dens udvikling, denne teknik baner en måde for forsker inden for spænding-kraft måling at udforske den kraft under dråber i kontakt med substrat i luften.

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

Opdigte Metamaterialer Brug af Fiber Tegning Method

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

Drage fordel af reducerede Droplet-overflade Interaktion Optimer Transport af Bioanalytes i Digital Microfluidics

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

Mønster via optisk mættede Transitions - fremstilling og karakterisering

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

Forsøg med Ultrasonic Smøring Ved hjælp af en piezoelektrisk-assisteret Friktionsmåler og optisk profilometer

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

Metoder til måling af Orientering og Rotation Sats for 3D-trykte Partikler i Turbulence

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

Standardiseret metode til måling Collection Effektivitet fra wipe-sampling af Trace Sprængstoffer

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

Eksperimentelle gennemførelsen af en ny Composite fabrikationsanlæg metode: udsætter nøgne fibre på sammensatte overfladen af metoden bløde lag

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

Mikrofluidisk Imaging Flow Cytometry ved asymmetrisk detektion Time-stretch Optical Microscopy (ATOM)

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

En Pipette-Tip baseret metode for såning celler til dråbe mikrofluid platforme

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

En måling med tilfældig forskydning ved at kombinere en magnetisk skala og to fiber

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