Name: measuring the interaction force between a droplet and a super-hydrophobic substrate by the optical lever method
Uploaded: 2019-06-14T14:00:00
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Gli autori ringraziano la Tianjin Natural Science Foundation (n. 18JCQNJC04800), Il Tribology Science Fund of State Key Laboratory of Tribology (N. SKLTKF17B18) e la National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51805367) per il loro sostegno.

1. Assemblaggio del sistema di calibrazione SOL
<ol><li>Assemblare il sistema di calibrazione SOL in base al diagramma schematico illustrato nella Figura 2.</li>
	<li>Fissare il laser a un supporto, rendendo l'angolo tra il laser e la direzione orizzontale essere 45 gradi.</li>
	<li>Fissare il PSD ad un altro supporto, rendendo il PSD perpendicolare al laser. Collegare il file PSD al dispositivo di acquisizione dati e il dispositivo di acquisizione dati al computer.<b...

<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>

In questo protocollo, viene assemblato e calibrato un sistema di misura basato sul metodo a leva ottica, progettato per misurare la forza di interazione tra le goccioline e i substrati super-idrofobici. Tra tutti i passaggi, è fondamentale calibrare SOL usando la forza elettrostatica. I risultati dell'esperimento di calibrazione verificano Eq. (8): P(1/Vp1-1/Vp2) è proporzionale a 2(1/Vs12-1/Vs22) e consento...

Il contatto tra una goccia e una superficie super-idrofobica è molto comune nella vita quotidiana e nella produzione industriale: goccioline d'acqua che scivolano dalla superficie della foglia di loto1,2, e un pilota d'acqua che viaggia rapidamente sull'acqua3 ,4,5,6. Un rivestimento super-idrofobico sulla superficie esterna di una nave può aiutare a ridurre il grado di corrosione della nave e ridurre la resistenza della navigazione7,8,9,10. C'è un grande valore per la produzione industriale e la ricerca bionica nello studio del processo di contatto tra una goccia e una superficie super-idrofobica.
Per osservare il processo di diffusione delle goccioline su una superficie solida, Biance ha utilizzato una telecamera ad alta velocità per fotografare il processo di contatto e ha scoperto che la durata del regime inerziale è fissata principalmente dalla dimensione di goccia11. Eddi ha fotografato il processo di contatto tra la goccia e la piastra trasparente dal basso e lateralmente utilizzando una fotocamera ad alta velocità, che ha rivelato in modo completo la variazione del raggio di contatto della goccia viscosa con il tempo12. Paulsen ha combinato un metodo elettrico con l'osservazione della telecamera ad alta velocità, riducendo così il tempo di risposta a 10 ns13,14.
La microscopia a forza atomica (AFM) è stata utilizzata anche per misurare la forza di interazione tra le superfici solide/goccia e goccia. Vakarelski ha utilizzato un aderitoa AFM per misurare le forze di interazione tra due piccole bolle (circa 80-140 m) in soluzione accolgocciata durante le collisioni controllate sulla scala dei micrometri ai nanometri15. Shi ha usato una combinazione di aFM e microscopia a contrasto di interferenza di riflessione (RICM) per misurare simultaneamente la forza di interazione e l'evoluzione spatiotemporale della pellicola d'acqua sottile tra una bolla d'aria e le superfici di mica di diversa idrofobicità 16,17.
Tuttavia, poiché i sbalzi commerciali utilizzati nell'AFM sono troppo piccoli, la macchia laser irradiata sul sbalzo sarebbe sommersa da goccioline o bolle. L'AFM ha difficoltà a misurare la forza di interazione tra goccioline e goccioline/substrati nell'aria.
In questo documento, un sistema di misurazione basato su un metodo a leva ottica è progettato per misurare la forza di interazione tra goccioline e substrati super-idrofobici. La sensibilità alla forza della leva ottica (SOL) è calibrata dalla forza elettrostatica18,quindi le forze di interazione tra goccioline e diversi substrati super-idrofobici vengono misurate dal sistema di misurazione.
Il diagramma schematico del sistema di misurazione è illustrato nella Figura 1. Il rivelatore laser e sensibile alla posizione (PSD) costituisce il sistema a leva ottica. Uno sbalzo di silicio millimetrico viene utilizzato come componente sensibile nel sistema. Il substrato è fissato sullo stadio z nanopositioning, che può muoversi in direzione verticale. Quando il substrato si avvicina alla goccia, la forza di interazione fa piegare lo sbalzo. Così, la posizione del punto laser su PSD cambierà, e la tensione di uscita di PSD cambierà. La tensione di uscita di PSD Vp è proporzionale alla forza di interazione Fi, come mostrato in Eq. (1).
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq1.jpg">①
Per acquisire la forza di interazione, SOL deve essere calibrato prima. La forza elettrostatica viene utilizzata come forza standard nella calibrazione di SOL. Come mostrato nella Figura 2, il cantilever e l'elettrodo costituiscono un condensatore a piastra parallela, che potrebbe generare forza elettrostatica in direzione verticale. La forza elettrostatica Fes è determinata dalla tensione dell'alimentatore DC Vs, come mostrato in Eq. (2)19,20,21.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq2.jpg">②
dove C è la capacità del condensatore a piastra parallela, z è lo spostamento dell'estremità libera a sbalzo e dC/dz è chiamato gradiente di capacità. La capacità potrebbe essere misurata dal ponte di capacità. La relazione matematica tra C e z può essere adattata da un polinomio quadratico, come mostrato in Eq. (3).
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq3.jpg">③
dove Q, P e CT sono i coefficienti del termine quadratico, il termine primario e il termine costante rispettivamente. Pertanto, la forza elettrostatica Fes può essere espressa come Eq. (4).
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq4.jpg">④
Poiché l'area di sovrapposizione di due piastre del condensatore è molto piccola, la forza elastica che ha agito sul cantilever può essere espressa come Eq (5), secondo la legge di Hooke:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq5.jpg">⑤
dove k è la rigidità del cantilever.
Quando la forza elastica e la forza elettrostatica applicata sul cantilever sono uguali (cioè., Fi - Fes), il cantilever è in equilibrio. Eq. (6) può essere derivato da Eqs. (1), (2) e (5):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq6.jpg">⑥
Per ridurre l'incertezza dei risultati della calibrazione, viene utilizzato un metodo di differenza per calcolare SOL. I risultati di due esperimenti sono presi come Vs1, Vp1 e Vs2, Vp2e vengono sostituiti in Eq. (6):
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq7.jpg">(7) Per quanto mi fa parte,
Trasformando le equazioni e sottraendo l'equazione inferiore dall'equazione superiore in Eq. (7), vengono eliminati i parametri Q e k. Quindi si ottiene la formula di calibrazione di SOL, come mostrato in Eq. (8):
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq8.jpg">(8) Per quanto mi li ristol
Eseguendo una serie di esperimenti, la curva viene disegnata con P(1/Vp1-1/Vp2) come coordinata e 2(1/Vs12-1/Vs22) come abscissa. La pendenza della curva è SOL.
Dopo aver ottenuto SOL, l'elettrodo sarà sostituito da diversi substrati super-idrofobici. Le forze di interazione tra goccioline e substrati super-idrofobici saranno misurate dal sistema illustrato nella Figura 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

L'obiettivo di questo documento è quello di studiare la forza di interazione tra goccioline e substrati super-idrofobici nell'aria. Viene progettato un sistema di misurazione basato su un metodo a leva ottica. Uno sbalzo millimetrico viene utilizzato come componente sensibile alla forza nel sistema di misurazione. In primo luogo, la sensibilità alla forza della leva ottica viene calibrata utilizzando la forza elettrostatica, che è il passo critico nella misurazione della forza di interazione. In secondo luogo, tre substrati super-idrofobici con diverse frazioni di griglia vengono preparati con nanoparticelle e griglie di rame. Infine, le forze di interazione tra goccioline e substrati super-idropobici con diverse frazioni di rete vengono misurate dal sistema. Questo metodo può essere utilizzato per misurare la forza sulla scala del sub-micronewton con una risoluzione sulla scala del nanonewton. Lo studio approfondito del processo di contatto delle goccioline e delle strutture super-idropobiche può contribuire a migliorare l'efficienza produttiva nel rivestimento, nella pellicola e nella stampa. Il sistema di misurazione della forza progettato in questo documento può essere utilizzato anche in altri campi della misurazione della microforza.

Lo spostamento dell'elettrodo a piastre e la corrispondente capacità tra il cantilever e l'elettrodo misurato in un esperimento sono illustrati nella tabella 1. La relazione tra capacità C e spostamento z è adattata da polinomio quadratico utilizzando la funzione polifit in MATLAB, come illustrato nella Figura 4. Il coefficiente P di primo ordine può essere ottenuto dalla funzione di montaggio. Il valore finale di P è 0,2799 pF/mm, ovvero la media calc...

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

Il protocollo mira a studiare l'interazione tra goccioline e substrati super-idropobici nell'aria. Ciò include la calibrazione del sistema di misurazione e la misurazione della forza di interazione a substrati super-idrofobici con diverse frazioni di griglia.

Misurazione della forza di interazione tra una goccia e un substrato super-idrofobico con il metodo della leva ottica

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 ...

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della bionica e della meccanica dei fluidi, come le strutture superidropobiche delle foglie di loto e i processi di coalescenza delle goccioline. Il principale vantaggio di questa tecnica è che una forza sulla scala dei sub micro-newton può essere misurata con una risoluzione di scala di nanonewton. Questo metodo potrebbe fornire informazioni sul processo di contatto di goccioline e strutture superidrophobiche.E può anche essere applicato ad altri campi di misurazione della micro forza. Gli individui che non hanno mai eseguito questa tecnica avranno difficoltà perché la distanza tra goccioline e substrati superidropobici è difficile da controllare con precisione. Preparare il sistema di misurazione su un banco di laboratorio appropriato.Al centro del sistema c'è il cantilever di silicio, che è sospeso su uno stadio Z di nanoposizionamento. Il sbalzino lungo cinque millimetri è montato all'estremità del supporto. Una telecamera ad alta velocità è in posizione con la linea di vista perpendicolare al sbalzino.Lo stadio Z di nanoposizionamento ha un supporto che contiene un elettrodo che a questo punto. Infine, un laser e un rilevatore sensibile alla posizione sono disposti per misurare la deflessione a sbalzi. Dopo aver misurato il gradiente di capacità, utilizzare un alimentatore CC controllato dal computer per calibrare la leva ottica.Questo schema fornisce e visualizza l'impostazione per la calibrazione. Un elettrodo a piastre è sullo stadio Z di nanoposizionamento. Si trova a 100 micrometri sotto il sbalzino con una lunghezza di sovrapposizione di mezzo millimetro.Il sbalzino e l'elettrodo formano un condensatore, con l'attrazione positiva dell'alimentatore CC collegato al sbalzino e la trazione negativa con l'elettrodo a piastre. Quindi, regolare le posizioni relative del laser, il rilevatore sensibile alla posizione e la sbalziola. Disporre in modo che il raggio laser sia riflesso dal cantilever al rivelatore.Al computer, impostare la velocità di acquisizione dei dati della tensione di uscita del rivelatore su un kilohertz. Nel software di controllo dell'alimentazione CC, impostare la tensione di avvio su zero volt. Impostare la tensione finale su 125 volt.Avere l'aumento di tensione in incrementi di 25 volt. Mantenere ogni valore di tensione per cinque secondi. Poiché la tensione è varia, monitorare l'uscita di tensione del rilevatore sensibile alla posizione.Dopo questa sequenza di misurazioni, eseguire una sequenza analoga a partire dalla tensione a 125 volt e diminuendo a zero volt in incrementi di 25 volt. Utilizzare i dati di cinque misurazioni complete per creare un plottaggio in cui la pendenza è la costante di proporzionalità tra la forza di interazione e la tensione di uscita del rivelatore sensibile alla posizione. Per prepararsi alle misurazioni, scollegare l'alimentatore CC dalla piastra e dalla sbalziola.Quindi, lavorare con lo stadio Z di nanoposizionamento. Identificare l'elettrodo sul supporto della piastra e rimuoverlo svitando il supporto dallo stadio. Al loro posto, avvitare un nuovo supporto della piastra allo stadio z prima di continuare.Assicurarsi che la linea di vista della telecamera ad alta velocità sia perpendicolare al sbalzino. Quindi, ottenere una struttura superidropobica per il supporto della piastra. Utilizzare la struttura con un angolo di contatto di quasi 180 gradi per sospendere la goccia d'acqua dal sbalzino.Per l'esperimento, apporre questa struttura sul supporto della piastra sullo stadio Z. Con una micro pipetta, posizionare una goccia d'acqua a due microliter sulla struttura superidropobica. Ora iniziate a lavorare con il software in fase di nanoposizionamento.In questo software, vai alla finestra di dialogo della velocità e imposta la velocità su 10 micrometri al secondo. Fare clic sul pulsante avanti per avviare la goccia che si sposta verso l'alto. Fare clic su Interrompi quando la goccia contatta l'estremità libera del sbalzino.Dopo uno o due secondi, spostare manualmente lo stadio Z lontano dal sbalzino. Una goccia d'acqua emisferica dovrebbe rimanere sospesa dalla superficie inferiore del cantilever. Per continuare, rimuovere la struttura superidropobica dal supporto della piastra e ottenere un substrato superidropobico per sostituirla.Questo substrato è costituito da una grana di rame con spruzzata su nanoparticelle. Il substrato è incollato su un cilindro. Questo substrato ha una frazione di griglia del 46,18%Posizionare il substrato sul supporto della piastra.Regolare la posizione del substrato superidropobico in modo che sia a 100 micrometri dalla goccia emisferica sul sbalzino. Con il rilevatore, il laser e la fotocamera in movimento, torna a lavorare con il software di controllo del nanoposizionamento. Nella finestra di dialogo della velocità, impostare la velocità su 10 micrometri al secondo.Fare clic sul pulsante avanti per avviare lo spostamento verso l'alto del substrato. Fare clic su Interrompi quando il substrato e la goccia vengono a contatto. Fare clic sul pulsante Indietro per spostare il substrato superidropobico verso il basso.Fare clic sul pulsante di arresto quando il substrato e la goccia sono separati. Ci sono diversi scenari rappresentati in questi grafici di Interaction Force versi Tempo. Prima attenzione ai dati nella curva nera che è per il substrato con frazione di griglia 46.18%Inizialmente, il substrato e la goccia sono lontani dal contatto.A questo punto, la forza è zero. Man mano che la distanza tra il substrato e la goccia diminuisce, sorge una forza ripugnante. Ciò si riflette nell'aumento della forza.Una volta che il substrato e la goccia entrano in contatto, la forza tra i due diventa attraente, portando a una diminuzione della curva man mano che la goccia lascia gradualmente il substrato attraverso l'azione capillare. Alla fine, il sbalzino oscilla attorno a una posizione di equilibrio. Quando vengono utilizzate altre frazioni di griglia più elevate, la grandezza della forza tra la goccia e il substrato diminuisce.Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che la posizione rilevante tra laser, PSD e cantilever non può essere modificata. Che può garantire l'accuratezza dei risultati delle misurazioni. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica apre la strada alle ricerche nel campo della misurazione della forza di tensione per esplorare la forza durante le goccioline a contatto con il substrato nell'aria.

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Metodi per misurare l&#39;orientamento e rotazione Tasso di particelle in turbolenza 3D-stampati

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

Metodo standardizzato per la misurazione Collection efficienza da Wipe-campionamento di esplosivi traccia

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

Implementazione sperimentale di un nuovo metodo di fabbricazione compositi: esponendo fibre nude sulla superficie composita dal metodo strato morbido

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

Citometria del flusso microfluidico di imaging mediante rilevazione asimmetrica Microscopia ottica di stretching (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

Metodo basato su un puntale per semina cellule a goccia microfluidici piattaforme

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

Misurazione a spostamento casuale combinando una scala magnetica e due griglie in fibra Bragg

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