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 (no. 18JCQNJC04800), rådgivende Science Fund of State nøkkel laboratorium rådgivende (nr. SKLTKF17B18) og National Natural Science Foundation i Kina (Grant no. 51805367) for deres støtte.

1. montering av SOL kalibreringssystemet
<ol><li>Monter SOL kalibrerings system i henhold til skjematisk diagram vist i figur 2.</li>
	<li>Fest laseren til en støtte, slik at vinkelen mellom laseren og horisontal retning være 45 °.</li>
	<li>Fix PSD til en annen støtte, noe som gjør PSD vinkelrett på laseren. Koble PSD til datainnsamlingsenheten og datainnsamlingsenheten til datamaskinen. Merk: disse vinklene bestemmes av eksperimentator visuelle måling og t...

<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 protokollen er et målesystem basert på optisk spak metoden montert og kalibrert, som er utformet for å måle samspillet kraft mellom dråpene og super-hydrofobe underlag. Blant alle trinnene er det avgjørende å kalibrere SOL ved hjelp av elektrostatisk kraft. Resultatene av kalibrerings eksperimentet bekrefter EQ. (8): P (1/vP1-1/vP2) er proporsjonal med 2 (1/vS12-1/VS22) og gjør det mulig å opp...

Kontakten mellom et dråpe og en super-hydrofobe overflate er svært vanlig i dagliglivet og industriell produksjon: vanndråper glir fra overflaten av Lotus Leaf1,2, og en vann strider reiser raskt over vannet3 ,4,5,6. En super-hydrofobe belegg på utsiden overflaten av et skip kan bidra til å redusere korrosjon grad av skipet og redusere motstanden i navigasjon7,8,9,10. Det er stor verdi for industriell produksjon og Bionics forskning i å studere kontakt prosessen mellom en dråpe og en super-hydrofobe overflate.
For å observere spredningen prosessen med dråper på en solid overflate, Biance brukt et høyhastighetskamera for å fotografere kontakt prosessen og fant at varigheten av treghet regime er i hovedsak løst av drop størrelse11. Eddi fotografert kontakt prosessen mellom dråpe og gjennomsiktig plate fra bunnen og siden ved hjelp av en høyhastighetskamera, som omfattende avdekket variasjonen av kontakten radius av tyktflytende dråpe med tid12. Paulsen kombinerte en elektrisk metode med høyhastighetskamera observasjon, og dermed redusere responstiden til 10 NS13,14.
Atomic Force mikroskopi (AFM) har også blitt brukt til å måle samspillet kraft mellom dråpe/boble og solide overflater. Vakarelski brukte en AFM-cantilever til å måle interaksjons kreftene mellom to små bobler (ca. 80-140 μm) i vandig oppløsning under kontrollerte kollisjoner på skalaen av mikrometer til nanometer15. Shi brukt en kombinasjon av AFM og refleksjon interferens kontrast mikroskopi (RICM) å samtidig måle samspillet kraft og den spatiotemporal utviklingen av den tynne vann filmen mellom en luftboble og glimmer overflater av forskjellige hydrofobisiteten 16,17.
Men siden kommersielle utkragning brukes i AFM er for små, laser spot bestrålt på cantilever ville være neddykket av dråper eller bobler. Den AFM har vanskeligheter med å måle samspillet kraft mellom dråper og dråper/underlag i luften.
I denne utredningen er et målesystem basert på en optisk spak metode utformet for å måle interaksjons kraften mellom dråper og super hydrofobe underlag. Styrke følsomheten til den optiske spaken (SOL) kalibreres av elektrostatisk kraft18, og deretter måles interaksjons kreftene mellom dråper og forskjellige super-hydrofobe underlag av målesystemet.
Skjematisk tegning av målesystemet er vist i figur 1. Laser-og posisjons følsom detektor (PSD) utgjør den optiske spaken systemet. En bistått silisium cantilever brukes som en følsom komponent i systemet. Underlaget er festet på nanopositioning z-stadiet, som kan bevege seg i vertikal retning. Når underlaget nærmer seg dråpe, vil interaksjons kraften føre til at cantilever bøyes. Dermed vil plasseringen av laser flekk på PSD endres, og utgangsspenning av PSD vil endre. Utgangsspenningen til PSD Vp er proporsjonal med interaksjons kraften Fi, som vist i EQ. (1).
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq1.jpg">1
SOL må kalibreres først for å kunne erverve samhandlings styrken. Den elektrostatiske kraften brukes som standard kraft i kalibreringen av SOL. Som vist i figur 2, utgjør cantilever og elektroden en parallell plate kondensator, som kan generere elektrostatisk kraft i vertikal retning. Den elektrostatiske kraft Fes bestemmes av spenningen i DC strømforsyningen Vs, som vist i EQ. (2)19,20,21.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq2.jpg">2
der C er kapasitans av parallell platen kondensator, z er forskyvning av cantilever frie enden, og dC/dz kalles kapasitans gradient. Kapasitans kan måles ved kapasitans broen. Det matematiske forholdet mellom C og z kan utstyres med en kvadratisk polynom, som vist i EQ. (3).
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq3.jpg">3
der Q, P og CT er koeffisienter av kvadratisk sikt, den primære sikt og konstant sikt hhv. Derfor kan den elektrostatiske kraft Fes uttrykkes som EQ. (4).
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq4.jpg">4
Siden overlapping området av to plater av kondensatoren er svært liten, den elastiske kraften handlet på cantilever kan uttrykkes som EQ. (5), ifølge Hooke ' s lov:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq5.jpg">5
der k er stivheten til cantilever.
Når den elastiske kraften og den elektrostatiske kraften som påføres på cantilever er like (f. eks,f i = r), er cantilever i likevekt. EQ. (6) kan utledes fra EQ. (1), (2) og (5):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq6.jpg">6
For å redusere usikkerheten ved kalibrerings resultatene brukes en forskjells metode til å beregne SOL. Resultatene av to eksperimenter er tatt som VS1, vP1 og vS2, vP2, og er erstattet i EQ. (6):
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq7.jpg">7
Transformere likninger og trekke den nedre ligningen fra den øvre ligningen i EQ. (7), er parametrene Q og k eliminert. Deretter blir kalibrerings formelen til SOL oppnådd, som vist i EQ. (8):
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq8.jpg">8
Når du utfører en serie eksperimenter, tegnes kurven med P (1/vP1-1/VP2) som en koordinere og 2 (1/VS12-1/vS22) som abscissa. Skråningen av kurven er SOL.
Etter å ha innhentet SOL, vil elektroden bli erstattet av forskjellige super-hydrofobe underlag. Interaksjons kreftene mellom dråper og super hydrofobe underlag vil bli målt av systemet 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 denne utredningen er å undersøke samspillet kraft mellom dråper og super-hydrofobe underlag i luften. Et målesystem basert på en optisk spak metode er utformet. En bistått cantilever brukes som en kraft følsom komponent i målesystemet. For det første er styrken følsomheten til den optiske spaken kalibrert ved hjelp av elektrostatisk kraft, som er det kritiske trinnet i måling av interaksjons kraft. For det andre, tre super-hydrofobe underlag med ulike Grid fraksjoner er utarbeidet med nanopartikler og kobber nett. Til slutt måles interaksjons kreftene mellom dråper og super hydrofobe underlag med forskjellige rutenett brøker av systemet. Denne metoden kan brukes til å måle kraften på skalaen av sub-micronewton med en oppløsning på skalaen av nanonewton. Den grundige studie av kontakt prosessen av dråper og super-hydrofobe strukturer kan bidra til å forbedre produksjonen effektivitet i belegg, film og utskrift. Kraft målings systemet som er utformet i denne utredningen, kan også brukes i andre felt av microforce måling.

Forskyvningen av plate elektroden og den tilsvarende kapasitans mellom cantilever og elektroden målt i ett eksperiment, vises i tabell 1. Forholdet mellom kapasitans C og forskyvning z er utstyrt med kvadratisk polynom ved hjelp av Polyfit funksjonen i MATLAB, som vist i Figur 4. Den første ordre koeffisienten P kan fås ved å tilpasse funksjonen. Den endelige verdien av P er 0,2799 pF/mm, som er gjennomsnittet beregnet fra ti eksperimentelle resultater....

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 tar sikte på å undersøke samspillet mellom dråper og super-hydrofobe underlag i luften. Dette inkluderer kalibrering av målesystemet og måling av interaksjons styrken på super hydrofobe underlag med forskjellige gitter fraksjoner.

Måle interaksjons kraften mellom en dråpe og en super-hydrofobe substrat ved den optiske spaken 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 metoden kan bidra til å svare på viktige spørsmål innen bionics og væskemekanikk, for eksempel superhydrofobe strukturer av lotusblader og dråpe kotelescence prosesser. Den største fordelen med denne teknikken er at en kraft på skalaen av sub mikro-newtons kan måles med en oppløsning av skala av nanonewtons. Denne metoden kan gi innsikt i kontaktprosessen for dråpe og superhydrofobe strukturer.Og det kan også brukes på andre felt av mikrokraftmåling. Personer som aldri har utført denne teknikken vil slite fordi avstanden mellom dråper og superhydrofobe underlag er vanskelig å kontrollere nøyaktig. Forbered målesystemet på en passende laboratoriebenk.I midten av systemet er silisium cantilever, som er suspendert over en nanopositioning Z stadium. Den fem millimeter lange cantileveren er montert på enden av holderen. En høyhastighetskamera er på plass med synslinjen vinkelrett på cantilever.Nanoposisjonering Z-scenen har en støtte som holder en elektrode som på dette punktet. Til slutt er en laser og en posisjonsfølsom detektor arrangert for å måle cantilever nedbøyningen. Når du har målt kapasitansgradienten, bruker du en datastyrt likestrømforsyning til å kalibrere den optiske spaken.Denne skjematiske gir ogovervisning av oppsettet for kalibrering. En plateelektrode er på nanoposisjonering Z-scenen. Det er 100 mikrometer under cantilever med en overlappingslengde på en halv millimeter.Cantilever og elektroden danner en kondensator, med positiv trekk av DC strømforsyning forbundet med cantilever og negativ trekk med plateelektroden. Juster deretter laserens relative posisjoner, den posisjonsfølsomme detektoren og kantileveren. Ordne dem slik at laserstrålen reflekteres av cantilever til detektoren.På datamaskinen setter du datainnsamlingshastigheten for detektorutgangsspenningen til én kilohertz. I dc strømforsyning kontroll programvare, sett startspenningen til null volt. Sett endespenningen på 125 volt.Få spenningsøkningen i trinn på 25 volt. Hold hver spenningsverdi i fem sekunder. Ettersom spenningen er variert, må du overvåke spenningsutgangen til den posisjonsfølsomme detektoren.Etter denne sekvensen av målinger, utføre en analog sekvens som starter med spenningen på 125 volt og redusere til null volt i trinn på 25 volt. Bruk dataene fra fem fullstendige målinger til å lage en tomt der skråningen er konstant proporsjonaliteten mellom interaksjonskraften og posisjonssensitiv detektorutgangsspenning. For å forberede målene, koble likestrømsforsyningen fra platen og cantilever.Deretter arbeider du med nanoposisjonering Z-scenen. Identifiser elektroden på platestøtten og fjern begge ved å skru av støtten fra scenen. I stedet skrur du en ny platestøtte til z-trinnet før du fortsetter.Sørg for at høyhastighetskameraets synslinje er vinkelrett på cantilever. Deretter får du en superhydrofob struktur for platestøtten. Bruk strukturen med en kontaktvinkel på nesten 180 grader for å suspendere vanndråpen fra cantilever.For eksperimentet, fest denne strukturen til platestøtten på Z-scenen. Med en mikropipette, legg en to mikroliterdråpe vann på den superhydrofobe strukturen. Nå begynner du å jobbe med nanoposisjoneringsstadprogramvaren.I denne programvaren, gå til hastigheten dialogboksen og sette hastigheten til 10 mikrometer per sekund. Klikk fremover-knappen for å starte dråpen som beveger seg oppover. Klikk stopp når dråpen kontakter den frie enden av cantilever.Etter ett eller to sekunder flytter du Z-scenen manuelt bort fra cantileveren. En hemisfærisk dråpe vann bør forbli suspendert fra den nedre overflaten av cantilever. For å fortsette, fjern den superhydrofobe strukturen fra platestøtten og få et superhydrofobe substrat for å erstatte den.Dette substratet består av kobberkorn med sprayet på nanopartikler. Underlaget limes på en sylinder. Dette substratet har en gitterfraksjon på 46,18 %Plasser underlaget på platestøtten.Juster posisjonen til det superhydrofobe substratet slik at det er 100 mikrometer fra den halvkuleske dråpen på cantileveren. Med detektoren, laseren og kameraet på, gå tilbake til arbeid med nanoposisjonskontrollprogramvaren. I hastighetsdialogboksen setter du hastigheten til 10 mikrometer per sekund.Klikk fremover-knappen for å starte underlaget som beveger seg oppover. Klikk stopp når underlaget og dråpet kommer i kontakt. Klikk på tilbakeknappen for å flytte det superhydrofobe substratet nedover.Klikk stoppknappen når underlaget og dråpet er atskilt. Det er forskjellige scenarier representert i disse plottene i Interaction Force vers Time. Første fokus på dataene i den svarte kurven som er for underlaget med rutenettfraksjon 46,18%I utgangspunktet er substratet og dråpet langt fra kontakt.På dette punktet er kraften null. Etter hvert som avstanden mellom substratet og dråpet reduseres, oppstår en frastøtende kraft. Dette gjenspeiles av økningen i kraft.Når substratet og dråpet kommer i kontakt, blir kraften mellom de to attraktiv, noe som fører til en reduksjon i kurven etter hvert som dråpen gradvis tørser underlaget gjennom kapillærhandling. Til slutt svinger cantilever rundt en likevektsposisjon. Når andre høyere rutenettfraksjoner brukes, reduseres størrelsen på kraften mellom dråpen og underlaget.Mens du prøver denne prosedyren, er det viktig å huske at den aktuelle posisjonen mellom laser, PSD og cantilever ikke kan endres. Som kan sikre nøyaktigheten av måleresultater. Etter utviklingen baner denne teknikken en måte for undersøkelser innen spenningskraftmåling for å utforske kraften under dråper i kontakt med substrat i luft.

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

Fabrikkere Metamaterials Bruke 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

Benytte seg av Redusert Droplet-overflaten Interaksjon å optimalisere transport av Bioanalytes i digitale 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 Optiske mettes Transitions - Fabrikasjon 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

Eksperimenter på Ultralyd Smøring Ved hjelp av en piezoelektrisk assistert Tribometer 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 for Måling Orientering og rotasjonshastigheten til 3D-trykt 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

Standardisert metode for måling av oppsamlingseffektiviteten fra Wipe-sampling of Trace Explosives

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

Eksperimentell gjennomføringen av en ny sammensatt fabrikasjon metode: utsette nakne fiber på sammensatte overflaten av myke lag metoden

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 deteksjon 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-spissen basert metode for Seeding celler til dråpe Microfluidic plattformer

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 tilfeldig-forskyvning måling ved å kombinere en magnetisk skala og to fiber Bragg rister

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