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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Los autores agradecen a la Fundación de Ciencias Naturales de Tianjin (No 18JCQNJC04800), Fondo de Ciencia de Tribología del Laboratorio Clave Estatal de Tribología (No. SKLTKF17B18) y la National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51805367) por su apoyo.

1. Montaje del sistema de calibración SOL
<ol><li>Montar el sistema de calibración SOL de acuerdo con el diagrama esquemático que se muestra en la Figura2.</li>
	<li>Fije el láser a un soporte, haciendo que el ángulo entre el láser y la dirección horizontal sea de 45o.</li>
	<li>Fije el PSD a otro soporte, haciendo que el PSD perpendicular al láser. Conecte el PSD al dispositivo de adquisición de datos y al dispositivo de adquisición de datos al ordenador.<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>

En este protocolo, se monta y calibra un sistema de medición basado en el método de palanca óptica, que está diseñado para medir la fuerza de interacción entre las gotas y sustratos superhidrofóbicos. Entre todos los pasos, es fundamental calibrar SOL usando fuerza electrostática. Los resultados del experimento de calibración verifican Eq. (8): P(1/Vp1-1/Vp2) es proporcional a 2(1/Vs12-1/Vs22) y permi...

El contacto entre una gota y una superficie superhidrofóbica es muy común en la vida diaria y la producción industrial: gotas de agua que se deslizan desde la superficie de la hoja de loto1,2,y un estribo de agua que viaja rápidamente sobre el agua3 ,4,5,6. Un recubrimiento superhidrofóbico en la superficie exterior de un barco puede ayudar a reducir el grado de corrosión de la nave y reducir la resistencia de la navegación7,8,9,10. Hay un gran valor para la producción industrial y la investigación biónica en el estudio del proceso de contacto entre una gota y una superficie superhidrofóbica.
Para observar el proceso de propagación de las gotas en una superficie sólida, Biance utilizó una cámara de alta velocidad para fotografiar el proceso de contacto y descubrió que la duración del régimen inercial se fija principalmente por el tamaño de gota11. Eddi fotografió el proceso de contacto entre la gota y la placa transparente desde la parte inferior y lateral utilizando una cámara de alta velocidad, que reveló exhaustivamente la variación del radio de contacto de la gota viscosa con el tiempo12. Paulsen combinó un método eléctrico con la observación de cámara de alta velocidad, reduciendo así el tiempo de respuesta a 10 ns13,14.
La microscopía de fuerza atómica (AFM) también se ha utilizado para medir la fuerza de interacción entre las gotas/burbujas y las superficies sólidas. Vakarelski utilizó un voladizo AFM para medir las fuerzas de interacción entre dos pequeñas burbujas (aproximadamente 80-140 m) en solución acuosa durante colisiones controladas en la escala de micrómetros a nanómetros15. Shi utilizó una combinación de AFM y microscopía de contraste de interferencia de reflexión (RICM) para medir simultáneamente la fuerza de interacción y la evolución espaciotemporal de la película de agua delgada entre una burbuja de aire y superficies de mica de diferentes hidrofobicidad 16,17.
Sin embargo, dado que los voladizos comerciales utilizados en AFM son demasiado pequeños, el punto láser irradiado en el voladizo sería sumergido por gotas o burbujas. El AFM tiene dificultades para medir la fuerza de interacción entre gotas y gotas /sustratos en el aire.
En este documento, un sistema de medición basado en un método de palanca óptica está diseñado para medir la fuerza de interacción entre gotas y sustratos superhidrofóbicos. La sensibilidad de fuerza dela palanca óptica (S OL) se calibra mediante la fuerza electrostática18,y luego las fuerzas de interacción entre las gotas y diferentes sustratos superhidrofóbicos se miden mediante el sistema de medición.
El diagrama esquemático del sistema de medición se muestra en la Figura1. El detector sensible al láser y a la posición (PSD) constituyen el sistema de palanca óptica. Un voladizo de silicio milimétrico se utiliza como un componente sensible en el sistema. El sustrato se fija en la etapa z de nanoposición, que puede moverse en dirección vertical. Cuando el sustrato se acerca a la gota, la fuerza de interacción hace que el voladizo se doble. Por lo tanto, la posición del punto láser en PSD cambiará, y la tensión de salida de PSD cambiará. La tensión de salida de PSD Vp es proporcional a la fuerza de interacción Fi, como se muestra en Eq. (1).
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq1.jpg">①
Para adquirir la fuerza de interacción, SOL debe calibrarse primero. La fuerza electrostática se utiliza comofuerza estándar en la calibración de S OL. Como se muestra en la Figura2, el voladizo y el electrodo conforman un condensador de placa paralela, que podría generar fuerza electrostática en una dirección vertical. La fuerza electrostática Fes determinada por la tensión de la fuente de alimentación de CC Vs, como se muestra en Eq. (2)19,20,21.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq2.jpg">②
donde C es la capacitancia del condensador de placa paralela, z es el desplazamiento del extremo libre del voladizo, y dC/dz se llama gradiente de capacitancia. La capacitancia podría medirse por el puente de capacitancia. La relación matemática entre C y z puede ser ajustada por un polinomio cuadrático, como se muestra en Eq. (3).
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq3.jpg">③
donde Q, P y CT son los coeficientes del término cuadrático, el término primario y el término constante respectivamente. Por lo tanto, la fuerza electrostática Fes puede expresarse como Eq. (4).
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq4.jpg">(4)
Dado que el área de solapamiento de dos placas del condensador es muy pequeña, la fuerza elástica actuada en el voladizo se puede expresar como Eq. (5), de acuerdo con la ley de Hooke:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq5.jpg">(5)
donde k es la rigidez del voladizo.
Cuando la fuerza elástica y la fuerza electrostática aplicada en el voladizo son iguales (es decir,Fi a Fes), el voladizo está en equilibrio. Eq. (6) se puede derivar de Eqs. (1), (2) y (5):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq6.jpg">(6)
Con el fin de reducir la incertidumbre de los resultados de calibración, se utiliza un método de diferencia para calcular SOL. Los resultados de dos experimentos se toman como Vs1, Vp1 y Vs2, Vp2, y se sustituyen en Eq. (6):
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq7.jpg">(7)
Transformando las ecuaciones y restando la ecuación inferior de la ecuación superior en Eq. (7), se eliminan los parámetros Q y k. A continuación, se obtiene la fórmula de calibración de S OL, como se muestra en Eq. (8):
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq8.jpg">(8)
Realizando una serie de experimentos, la curva se dibuja con P(1/Vp1-1/Vp2) como la coordenada y 2(1/Vs12-1/Vs22) como la abscisa. La pendiente de la curva es SOL.
Después deobtener S OL, el electrodo será reemplazado por diferentes sustratos superhidrofóbicos. Las fuerzas de interacción entre las gotas y los sustratos superhidrofóbicos serán medidas por el sistema que se muestra en la Figura1.

<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

El objetivo de este documento es investigar la fuerza de interacción entre las gotas y los sustratos superhidrofóbicos en el aire. Se diseña un sistema de medición basado en un método de palanca óptica. Un voladizo milimétrico se utiliza como un componente sensible a la fuerza en el sistema de medición. En primer lugar, la sensibilidad de la fuerza de la palanca óptica se calibra mediante fuerza electrostática, que es el paso crítico en la medición de la fuerza de interacción. En segundo lugar, tres sustratos superhidrofóbicos con diferentes fracciones de rejilla se preparan con nanopartículas y rejillas de cobre. Por último, el sistema mide las fuerzas de interacción entre las gotas y los sustratos superhidrofóbicos con diferentes fracciones de rejilla. Este método se puede utilizar para medir la fuerza en la escala de submicronewton con una resolución en la escala de nanonewton. El estudio en profundidad del proceso de contacto de gotas y estructuras superhidrofóbicas puede ayudar a mejorar la eficiencia de producción en recubrimiento, película e impresión. El sistema de medición de fuerza diseñado en este papel también se puede utilizar en otros campos de medición de microfuerza.

El desplazamiento del electrodo de placa y la capacitancia correspondiente entre el voladizo y el electrodo medido en un experimento se muestran en la Tabla1. La relación entre la capacitancia C y el desplazamiento z se ajusta mediante polinomio cuadrático utilizando la función polyfit en MATLAB, como se muestra en la Figura4. El coeficiente de orden P se puede obtener mediante la función de ajuste. El valor final de P es 0,2799 pF/mm, que es el promedi...

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

El protocolo tiene como objetivo investigar la interacción entre gotas y sustratos superhidrofóbicos en el aire. Esto incluye calibrar el sistema de medición y medir la fuerza de interacción en sustratos superhidrofóbicos con diferentes fracciones de rejilla.

Medición de la fuerza de interacción entre una gota y un sustrato superhidrofóbico mediante el método de palanca óptica

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 ...

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la biónica y la mecánica de fluidos, como las estructuras superhidrofóbicas de las hojas de loto y los procesos de carbonescencia de las gotas. La principal ventaja de esta técnica es que una fuerza en la escala de submicro-newtons se puede medir con una resolución de escala de nanonewtons. Este método podría proporcionar información sobre el proceso de contacto de las estructuras de gotas y superhidrofóbicas.Y también se puede aplicar a otros campos de medición de micro fuerza. Los individuos que nunca han realizado esta técnica lucharán porque la distancia entre las gotas y los sustratos superhidrofóbicos es difícil de controlar con precisión. Prepare el sistema de medición en un banco de laboratorio apropiado.En el centro del sistema se encuentra el voladizo de silicio, que se suspende sobre una etapa Z de nanoposicionamiento. El voladizo de cinco milímetros de largo se monta al final del soporte. Una cámara de alta velocidad está en su lugar con la línea de visión perpendicular al voladizo.La etapa Z de nanoposicionamiento tiene un soporte que sostiene un electrodo que en este punto. Por último, un láser y un detector sensible a la posición están dispuestos para medir la desviación en voladizo. Después de medir el gradiente de capacitancia, utilice una fuente de alimentación de CC controlada por computadora para calibrar la palanca óptica.Este esquema proporciona una visión general de la configuración para la calibración. Un electrodo de placa está en la etapa Z de nanoposicionamiento. Es 100 micrómetros por debajo del voladizo con una longitud de superposición de medio milímetro.El voladizo y el electrodo forman un condensador, con el tirón positivo de la fuente de alimentación de CC conectado con el voladizo y el tirón negativo con el electrodo de placa. A continuación, ajuste las posiciones relativas del láser, el detector sensible a la posición y el voladizo. Arrétrelos para que el rayo láser se refleje en el voladizo del detector.En el ordenador, establezca la velocidad de adquisición de datos de la tensión de salida del detector en un kilohercio. En el software de control de la fuente de alimentación de CC, ajuste la tensión de inicio a cero voltios. Ajuste la tensión final a 125 voltios.Tener el aumento de voltaje en incrementos de 25 voltios. Mantenga cada valor de voltaje durante cinco segundos. Como la tensión es variada, monitoree la salida de voltaje del detector sensible a la posición.Después de esta secuencia de mediciones, realice una secuencia análoga comenzando con la tensión a 125 voltios y disminuyendo a cero voltios en incrementos de 25 voltios. Utilice los datos de cinco mediciones completas para crear una gráfica en la que la pendiente sea la constante de proporcionalidad entre la fuerza de interacción y la tensión de salida del detector sensible a la posición. Para prepararse para las mediciones, desconecte la fuente de alimentación de CC de la placa y el voladizo.A continuación, trabaje con la etapa Z de nanoposicionamiento. Identifique el electrodo en el soporte de la placa y retire ambos desenroscando el soporte del escenario. En su lugar, atornille un nuevo soporte de placa a la etapa z antes de continuar.Asegúrese de que la línea de visión de la cámara de alta velocidad sea perpendicular al voladizo. A continuación, obtener una estructura superhidrofóbica para el soporte de la placa. Utilice la estructura con un ángulo de contacto de casi 180 grados para suspender la gota de agua del voladizo.Para el experimento, coloque esta estructura en el soporte de la placa en el escenario Z. Con una pipeta micro, coloque una gota de agua de dos microlitros en la estructura superhidrofóbica. Ahora comience a trabajar con el software de la etapa de nanoposicionamiento.En este software, vaya al cuadro de diálogo de velocidad y establezca la velocidad en 10 micrómetros por segundo. Haga clic en el botón de avance para iniciar el movimiento de la gota hacia arriba. Haga clic en Stop cuando la gota entre en contacto con el extremo libre del voladizo.Después de uno o dos segundos, mueva manualmente la etapa Z lejos del voladizo. Una gota hemisférica de agua debe permanecer suspendida de la superficie inferior del voladizo. Para continuar, retire la estructura superhidrofóbica del soporte de la placa y obtenga un sustrato superhidrofóbico para reemplazarlo.Este sustrato consiste en un grano de cobre con pulverización sobre nanopartículas. El sustrato está pegado a un cilindro. Este sustrato tiene una fracción de rejilla del 46,18% Colocar el sustrato en el soporte de la placa.Ajuste la posición del sustrato superhidrofóbico para que esté a 100 micrómetros de la gota hemisférica en el voladizo. Con el detector, el láser y la cámara encendidos, vuelva a trabajar con el software de control de nanoposicionamiento. En el cuadro de diálogo de velocidad, establezca la velocidad en 10 micrómetros por segundo.Haga clic en el botón de avance para iniciar el movimiento del sustrato hacia arriba. Haga clic en Detener cuando el sustrato y la gota hagan contacto. Haga clic en el botón Atrás para mover el sustrato superhidrofóbico hacia abajo.Haga clic en el botón de parada cuando el sustrato y la gota estén separados. Hay diferentes escenarios representados en estas tramas de Interaction Force versos Tiempo. Primer enfoque en los datos en la curva negra que es para el sustrato con fracción de rejilla 46.18%Inicialmente, el sustrato y la gota están lejos del contacto.En este punto, la fuerza es cero. A medida que disminuye la distancia entre el sustrato y la gota, surge una fuerza repulsiva. Esto se refleja en el aumento de la fuerza.Una vez que el sustrato y la gota entran en contacto, la fuerza entre los dos se vuelve atractiva, lo que conduce a una disminución en la curva a medida que la gota humede gradualmente el sustrato a través de la acción capilar. Eventualmente, el voladizo oscila alrededor de una posición de equilibrio. Cuando se utilizan otras fracciones de rejilla más altas, la magnitud de la fuerza entre la gota y el sustrato disminuye.Al intentar este procedimiento, es importante recordar que la posición relevante entre el láser, PSD y el voladizo no se puede cambiar. Lo que puede garantizar la precisión de los resultados de la medición. Después de su desarrollo, esta técnica allana un camino para investigaciones en el campo de la medición de la fuerza de tensión para explorar la fuerza durante las gotas en contacto con el sustrato en el aire.

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