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

Авторы благодарят Тяньцзиньский фонд естественных наук (No 18JC-NJC04800), Научно-ресурсный фонд трибологии Государственной ключевой лаборатории трибологии (No. SKLTKF17B18) и Национальный фонд естественных наук Китая (Грант No 51805367) за их поддержку.

1. Сборка системы калибровки SOL
<ol><li>Соберите систему калибровки SOL в соответствии с схематической диаграммой, показанной на рисунке 2.</li>
	<li>Зафиксировать лазер на опору, делая угол между лазером и горизонтальным направлением 45 ".</li>
	<li>Исправьте PSD на другую п...

<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>

В этом протоколе собрана и откалибрована система измерения на основе метода оптического рычага, которая предназначена для измерения силы взаимодействия между каплями и сверхгидрофобными субстратами. Среди всех шагов, важно калибровать SOL с помощью электростатического силы. Рез...

Контакт между каплями и супер-гидрофобной поверхностью очень распространен в повседневной жизни и промышленном производстве: капли воды скользят с поверхности листьев лотоса1,2, и водный спирали быстро путешествия по воде3 ,4,5,6. Супер-гидрофобное покрытие на внешней поверхности корабля может помочь снизить степень коррозиисудна и уменьшить сопротивление навигации 7,8,9,10. Существует большое значение для промышленного производства и бионики исследований в изучении процесса контакта между капля и супер-гидрофобной поверхности.
Для наблюдения за процессом распространения капель на твердой поверхности, Biance использовал высокоскоростную камеру, чтобы сфотографировать процесс контакта и обнаружил, что продолжительность инерционного режима в основном фиксируется размером падения11. Эдди сфотографировал процесс контакта между каплей и прозрачной пластиной снизу и сбоку с помощью высокоскоростной камеры, которая всесторонне выявила изменение радиуса контакта вязкой капли со временем12. Полсен объединил электрический метод с высокоскоростным наблюдением камеры, тем самым сократив время отклика до 10 нс13,14.
Атомная микроскопия силы (AFM) также была использована для измерения силы взаимодействия между каплями / пузырь и твердых поверхностей. Вакарельски использовал aFM кантилевер для измерения сил взаимодействия между двумя маленькими пузырьками (примерно 80-140 мкм) в ввоковом растворе во время контролируемых столкновений в масштабе микрометров до нанометров15. Ши использовал комбинацию AFM и отражения взаимодействия контрастной микроскопии (RICM) одновременно измерить силу взаимодействия и пространственно-временной эволюции тонкой водной пленки между воздушным пузырем и слюдой поверхностей различной гидрофобности 16,17.
Однако, поскольку коммерческие кантилеверы, используемые в AFM, слишком малы, лазерное пятно, облученое на кантилевере, будет погружено каплями или пузырьками. AFM имеет трудности в измерении силы взаимодействия между каплями и каплями / субстратами в воздухе.
В этой работе система измерения, основанная на методе оптического рычага, предназначена для измерения силы взаимодействия между каплями и сверхгидрофобными субстратами. Чувствительность силы оптического рычага (SOL) откалибрована электростатической силой18,после чего силы взаимодействия между каплями и различными сверхгидрофобными субстратами измеряются системой измерения.
Схематическая схема системы измерений показана на рисунке 1. Лазерный и чувствительный к положению детектор (PSD) представляют собой оптическую систему рычага. В качестве важного компонента в системе используется миллиметровый кремниевый кантилевер. Субстрат фиксируется на нанопозиционирующем z-этапе, который может двигаться в вертикальном направлении. Когда субстрат приближается к капле, сила взаимодействия заставляет кантилевер согнуться. Таким образом, положение лазерного пятна на PSD изменится, и выходное напряжение PSD изменится. Выходное напряжение PSD Vp пропорционально силе взаимодействия Fi, как показано в Eq. (1).
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq1.jpg">(1)
Для того, чтобы приобрести силу взаимодействия, SOL должны быть откалиброваны в первую очередь. Электростатическая сила используется в качестве стандартной силыв калибровке S OL. Как показано на рисунке 2, кантилевер и электрод составляют параллельный конденсатор пластины, который может генерировать электростатическую силу в вертикальном направлении. Электростатическая сила Fes определяется напряжением блокпитания ПИТАНИЯ DC Vs,как показано в Eq. (2)19,20,21.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq2.jpg">(2)
где C является конденсацией параллельного конденсатора пластины, z является смещение свободного конца кантилевера, а d C/dz называется градиентом конденсата. Конденсация может быть измерена мостом емкой емки. Математическая связь между C и z может быть установлена квадратной полиномиальной, как показано в Eq. (3).
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq3.jpg">(3)
где q, P и CT являются коэффициентами квадратного термина, первичного термина и постоянного термина соответственно. Таким образом, электростатическая сила Fes может быть выражена как Eq. (4).
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq4.jpg">(4)
Так как область перекрытия двух пластин конденсатора очень мала, упругая сила действовала на кантилевере может быть выражена как Eq. (5), в соответствии с законом Хука:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq5.jpg">(5)
где k является жесткость кантилевера.
Когда эластичная сила и электростатическая сила, наносимые на кантилевер, равны (т.е.,Fi q Fes),кантилевер находится в равновесии. Eq. (6) можно производным от eqs. (1), (2) и (5):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq6.jpg">(6) 6
Для уменьшения неопределенности результатов калибровки для расчета SOLиспользуется метод различия. Результаты двух экспериментов принимаются как Vs1,Vp1 и Vs2,Vp2,и заменяются на Eq. (6):
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq7.jpg">(7)
Преобразование уравнений и вычитание нижнего уравнения из верхнего уравнения в Eq. (7), параметры q и k устраняются. Затем получается формула калибровки S OL, как показано в Eq. (8):
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq8.jpg">(8)
Выполняя серию экспериментов, кривая нарисована с P(1/Vp1-1/Vp2) как ординативис и 2(1/Vs1-1/Vs22) как abscissa. Склон кривой SOL.
После полученияS OL, электрод будет заменен различными супер-гидрофобных субстратов. Силы взаимодействия между каплями и супер-гидрофобными субстратами будут измеряться системой, показанной на рисунке 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

Целью данной работы является изучение силы взаимодействия между каплями и супер-гидрофобными субстратами в воздухе. Разработана система измерения на основе метода оптического рычага. В качестве компонента, чувствительного к силе, в системе измерений используется миллиметровый кантилевер. Во-первых, чувствительность оптического рычага откалибрована с помощью электростатического силы, что является критическим шагом в измерении силы взаимодействия. Во-вторых, три супер-гидрофобных субстрата с различными фракциями сетки готовятся с наночастицами и медными сетками. Наконец, силы взаимодействия между каплями и супер-гидрофобными субстратами с различными фракциями сетки измеряются системой. Этот метод может быть использован для измерения силы в масштабе субмикроньютона с разрешением на шкале наноньютона. Глубокое изучение процесса контакта капель и сверхгидрофобных конструкций может помочь повысить эффективность производства в покрытии, пленке и печати. Система измерения силы, разработанная в этой работе, также может быть использована в других областях измерения микросилы.

Смещение электрода пластины и соответствующая емость между кантилевером и электродом, измеренным в одном эксперименте, показаны в таблице1. Взаимосвязь между емкостью C и смещением z устанавливается квадратной полиномиальной с использованием полифитной функции в MAT...

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

Протокол направлен на изучение взаимодействия капель и супер-гидрофобных субстратов в воздухе. Это включает в себя калибровку системы измерений и измерение силы взаимодействия на супер-гидрофобных субстратах с различными фракциями сетки.

Измерение силы взаимодействия между каплей и супер-гидрофобным субстратом методом оптического рычага

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 ...

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области бионики и механики жидкости, такие как супергидрофобные структуры листьев лотоса и процессы коморесценции капель. Основным преимуществом этой техники является то, что сила в масштабе суб-микро-ньютонов может быть измерена с разрешением масштаба нанонютонов. Этот метод может дать представление о контактном процессе капель и супергидрофобных структур.И он также может быть применен к другим областям измерения микро-силы. Лица, которые никогда не выполняли этот метод будет бороться, потому что расстояние между каплями и супергидрофобных субстратов трудно контролировать точно. Подготовь систему измерений на соответствующей лабораторной скамейке.В центре системы находится кремниевая кантилевер, которая подвешено над нанопозиционацией. Пятимиллиметровый кантилевер устанавливается в конце держателя. Высокоскоростная камера находится на месте с прямой видимости перпендикулярно кантилеверу.Стадия нанопозиции имеет поддержку, которая держит электрод, который в этой точке. Наконец, лазер и чувствительный к положению детектор расположены для измерения отклонения кантилевера. После измерения градиента емкости используйте управляемый компьютером канал питания постоянного тока для калибровки оптического рычага.Эта схема обеспечивает и просмотр настройки для калибровки. Электрод пластины находится на стадии нанопозиционирования. Это 100 микрометров ниже кантилевера с длиной перекрытия в полмиллиметра.Кантилевер и электрод образуют конденсатор, с положительным притяжением питания постоянного тока, соединенным с кантилевером, и отрицательным притяжением с электродом пластины. Далее отрегулируйте относительное положение лазера, чувствительный к положению детектор и кантилевер. Упорядочить их так лазерный луч отражается кантилевер к детектору.На компьютере установите скорость получения данных детектора выходного напряжения до одного килогерца. В программном обеспечении управления питанием постоянного тока установите стартовый уровень напряжения до нуля вольт. Установите конец напряжения до 125 вольт.Увеличение напряжения на 25 вольт. Держите каждое значение напряжения в течение пяти секунд. По мере того как напряжение разнообразно, контролировать выход напряжения детектора положения чувствительного.После этой последовательности измерений выполните аналогичную последовательность, начиная с напряжения на 125 вольт и уменьшаясь до нуля вольт с шагом 25 вольт. Используйте данные пяти полных измерений для создания участка, в котором наклон является постоянной пропорциональностью между силой взаимодействия и позицией чувствительного детектора выходного напряжения. Чтобы подготовиться к измерениям, отключите dc-источник питания от пластины и кантилевер.Далее, работа с нанопозиционированием и этапом. Определите электрод на опоре пластины и удалите оба, отвинтив опору со сцены. На их месте, винт новой пластины поддержки z этапе, прежде чем продолжить.Убедитесь, что высокоскоростная камера прямой видимости перпендикулярно кантилеверу. Далее, получить супергидрофобную структуру для поддержки пластины. Используйте конструкцию с контактным углом почти 180 градусов, чтобы приостановить каплю воды из кантилевера.Для эксперимента прикрепите эту структуру к поддержке пластины на сцене . С микро pipette, поместите две капли микролитра воды на супергидрофобной структуры. Теперь начните работать с программным обеспечением стадии нанопозиции.В этом программном обеспечении, перейдите на скорость диалог поле и установить скорость до 10 микрометров в секунду. Нажмите кнопку вперед, чтобы начать падение, движущийся вверх. Нажмите стоп, когда капля контакты свободный конец cantilever.Через одну-две секунды вручную переместите этап q от кантилевера. Полушарие капли воды должны оставаться приостановлено от нижней поверхности кантилевера. Чтобы продолжить, удалить супергидрофобную структуру из поддержки пластины и получить супергидрофобный субстрат, чтобы заменить его.Этот субстрат состоит из медной крупы с распыленными на наночастицами. Субстрат приклеен к цилиндру. Этот субстрат имеет фракцию сетки 46.18%Поместите субстрат на поддержку пластины.Отрегулируйте положение супергидрофобного субстрата таким образом, чтобы он был в 100 микрометрах от полушария капли на кантилевере. С детектором, лазером и камерой, вернуться к работе с программным обеспечением управления нанопозиционированием. В коробке для диалога скорости установите скорость до 10 микрометров в секунду.Нажмите кнопку вперед, чтобы начать субстрат, движущийся вверх. Нажмите стоп, когда субстрат и капли ввести контакт. Нажмите кнопку "Назад", чтобы переместить супергидрофобный субстрат вниз.Нажмите кнопку остановки, когда субстрат и капля разделены. Существуют различные сценарии, представленные в этих сюжетах Взаимодействия Силы стихов Время. Первое внимание на данные в черной кривой, которая для субстрата с сеткой фракции 46,18%Первоначально, субстрат и капли далеки от контакта.На данный момент сила равна нулю. По мере уменьшения расстояния между субстратом и каплей возникает отталкивающей силы. Об этом свидетельствует увеличение силы.Как только субстрат и капля вступают в контакт, сила между ними становится привлекательной, что приводит к снижению кривой, как капля постепенно смочет субстрат через капиллярные действия. В конце концов, кантилевер колеблется вокруг равновесного положения. При использовании других более высоких фракций сетки уменьшается величина силы между каплей и субстратом.При попытке этой процедуры, важно помнить, что соответствующее положение между лазером, PSD, и cantilever не может быть изменен. Что может обеспечить точность результатов измерений. После его развития, этот метод прокладывает путь для исследований в области измерения силы напряжения, чтобы исследовать силу во время капель в контакте с субстратом в воздухе.

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

Изготовление метаматериалов с использованием метода вытяжки

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

Использование преимуществ Снижение капель поверхности взаимодействия для оптимизации Перевозка Bioanalytes в 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

Создание массивов с помощью оптических насыщающихся переходов - Изготовление и характеристика

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

Эксперименты по ультразвуковой смазки Использование пьезоэлектрически содействии Tribometer и оптических профилометром

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

Методы измерения ориентации и Скорость вращения 3D-распечатаны Частицы в Турбулентность

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

Стандартизированный метод измерения эффективности сбора из обтирочного выборки взрывчатых веществ трассировки

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

Экспериментальное осуществление нового метода составных изготовление: обнажая голые волокна на поверхности композитного методом мягкого слоя

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

Микрофлюидная имитационная проточная цитометрия с помощью асимметричного детектирования оптической микроскопии с временным растяжением (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

Пипетки Tip на основе метода для заполнения клеток капелька Microfluidic платформ

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

Измерение случайного перемещения путем объединения магнитной шкалы и двух волтоволоконных гратор Брэгга

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