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

Författarna tackar Tianjin Natural Science Foundation (nr 18JCQNJC04800), Tribology Science fond of State viktiga laboratoriet för Tribology (nr. SKLTKF17B18) och Kinas nationella Naturvetenskaps stiftelse (Grant No. 51805367) för deras stöd.

1. montering av SOL kalibrerings system
<ol><li>Montera SOL kalibrerings systemet enligt det schematiska diagrammet som visas i figur 2.</li>
	<li>Fäst lasern till ett stöd, vilket gör vinkeln mellan lasern och den horisontella riktningen vara 45 °.</li>
	<li>Fix PSD till ett annat stöd, vilket gör PSD vinkel rätt mot lasern. Anslut PSD till data insamlings enheten och data insamlings enheten till datorn. Obs: dessa vinklar bestäms av försöks ledaren visu...

<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 detta protokoll monteras och kalibreras ett mät system baserat på optisk spakmetod, som är utformat för att mäta interaktions styrkan mellan dropparna och de superhydrofoba substrat. Bland alla steg är det viktigt att kalibrera SOL med hjälp av elektro statisk kraft. Kalibrerings experimentets resultat verifierar EQ. (8): P (1/vP1-1/vP2) är proportionell mot 2 (1/vS12-1/vS22) och gör det möjligt at...

Kontakten mellan en droppe och en super-hydrofoba yta är mycket vanligt i det dagliga livet och industriell produktion: vattendroppar glider från ytan av Lotus blad1,2, och en vatten strider reser snabbt över vattnet3 ,4,5,6. En super-hydrofoba beläggning på utsidan av ett fartyg kan bidra till att minska korrosions graden av fartyget och minska motståndet i navigeringen7,8,9,10. Det finns ett stort värde för industriell produktion och bionik forskning i att studera kontakt processen mellan en droppe och en super-hydrofoba yta.
För att observera spridnings processen av droppar på en solid yta, använde Biance en höghastighets kamera för att fotografera kontakt processen och fann att varaktigheten av Tröghets regimen i huvudsak fastställs av DROPP storlek11. Eddi fotograferade kontakt processen mellan droplet och den genomskinliga plattan från botten och sidan med hjälp av en höghastighets kamera, som utförligt avslöjade variationen av kontaktradie av trög flytande droplet med tid12. Paulsen kombinerade en elektrisk metod med hög hastighet kamera observation, vilket minskar responstiden till 10 ns13,14.
Atomic Force mikroskopi (AFM) har också använts för att mäta samspelet kraft mellan droplet/bubbla och solida ytor. Vakarelski använde en AFM grenställ för att mäta interaktions krafterna mellan två små bubblor (ca 80-140 μm) i vatten lösning under kontrollerade kollisioner på skalan av mikrometer till nanometer15. Shi används en kombination av AFM och reflektion interferens kontrast mikroskopi (RICM) att samtidigt mäta samspelet kraft och spatiotemporal utvecklingen av tunna vatten film mellan en luft bubbla och glimmerytor av olika hydrofobicitet 16,17.
Men eftersom kommersiella cantispakar som används i AFM är för små, skulle laser fläck bestrålas på grenställ dränkas av droppar eller bubblor. AFM har svårt att mäta samspelet kraft mellan droppar och droppar/substrat i luften.
I detta dokument är ett mät system baserat på en optisk spakmetod utformat för att mäta interaktions kraften mellan droppar och superhydrofoba substrat. Kraft känsligheten hos den optiska spaken (SOL) kalibreras med elektro statisk kraft18, och sedan mäts interaktions krafterna mellan droppar och olika superhydrofoba substrat av mät systemet.
Mät systemets schematiska diagram visas i figur 1. Laser och positions känslig detektor (PSD) utgör den optiska spaken systemet. En millimetrisk kisel-grenställ används som en känslig komponent i systemet. Underlaget är fast på nanopositionering z-steget, som kan röra sig i vertikal riktning. När substratet närmar sig droplet, gör växel verkan kraft grenställ att böja. Sålunda, positionen av lasern fläck på PSD vilja ändra, och produktionen spänningen av PSD vilja ändra. Utspänningen för PSD Vp är proportionell mot interaktions styrkan Fi, som visas i EQ. (1).
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq1.jpg">1
För att erhålla växel verkan styrkan måste SOL kalibreras först. Den elektro statiska kraften används som standard kraft vid kalibreringen av SOL. Som framgår av figur 2utgör grenställ och elektroden en parallell plattkondensator, som kan generera elektro statisk kraft i vertikal riktning. De elektro statiska kraft Fes bestäms av spänningen i DC strömförsörjning Vs, som visas i EQ. (2)19,20,21.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq2.jpg">2
där C är kapacitans av parallell plattan kondensator, z är förskjutningen av grenställ fri ände, och dC/dz kallas kapacitans lutning. Kapacitansen kan mätas med kapacitansbron. Det matematiska förhållandet mellan C och z kan förses med en kvadratisk polynom, som visas i EQ. (3).
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq3.jpg">3
där Q, P och CT är koefficienterna för den kvadratiska termen, den primära termen och den konstanta termen respektive. Därför kan den elektro statiska kraften Fes uttryckas som EQ. (4).
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq4.jpg">4
Eftersom överlappnings området av två plattor av kondensatorn är mycket liten, den elastiska kraft agerat på grenställ kan uttryckas som EQ. (5), enligt Hooke ' s lag:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq5.jpg">5
där k är styvheten i cantilever.
När den elastiska kraften och den elektro statiska kraften som appliceras på grenställ är lika (dvs. fi = fes), är grenställ i jämvikt. EQ. (6) kan härledas från EQs. (1), (2) och (5):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq6.jpg">6
För att minska osäkerheten i kalibrerings resultaten används en differensmetod för att beräkna SOL. Resultaten av två experiment tas som VS1, vP1 och vS2, vP2och ersätts i EQ. (6):
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq7.jpg">7
Omformning av ekvationerna och subtrahera den lägre ekvationen från den övre ekvationen i EQ. (7), parametrarna Q och k elimineras. Därefter erhålls kalibrerings formeln för SOL , som visas i EQ. (8):
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq8.jpg">8
Utför en serie experiment, kurvan ritas med P (1/vP1-1/vP2) som ordinate och 2 (1/vS12-1/VS22) som Abscissa. Lutningen på kurvan är SOL.
Efter att ha fått SOLkommer elektroden att bytas ut mot olika superhydrofoba substrat. Interaktions krafterna mellan droppar och superhydrofoba substrat kommer att mätas med det system som visas 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

Syftet med detta dokument är att undersöka samspelet kraft mellan droppar och super-hydrofoba substrat i luften. Ett mät system baserat på en optisk spakmetod är utformat. En millimetrisk grenställ används som en kraft känslig komponent i mät systemet. För det första är den optiska styrspakskänsligheten kalibrerad med hjälp av elektro statisk kraft, vilket är det kritiska steget för att mäta interaktions kraft. För det andra, tre Super-hydrofoba substrat med olika rutnät fraktioner är beredda med nanopartiklar och koppar galler. Slutligen mäts interaktions krafterna mellan små droppar och superhydrofoba substrat med olika rutnäts fraktioner av systemet. Denna metod kan användas för att mäta kraften på skalan av sub-micronewton med en upplösning på skalan av nanonewton. Den fördjupade studien av kontakt processen för droppar och superhydrofoba strukturer kan bidra till att förbättra produktions effektiviteten i beläggning, film och tryck. Kraft mätnings systemet som utformats i detta papper kan också användas i andra fält av mikrokraft mätning.

Förskjutningen av plattelektroden och motsvarande kapacitans mellan grenställ och elektroden mätt i ett experiment visas i tabell 1. Förhållandet mellan kapacitans C och förskjutning z är monterat av kvadratisk polynom med hjälp av polyfit-funktionen i MATLAB, som visas i figur 4. Den första orderkoefficienten P kan erhållas genom tillpassnings funktionen. Det slutliga värdet av P är 0,2799 pF/mm, vilket är genomsnittet beräknas från tio expe...

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

Syftet med protokollet är att undersöka samspelet mellan droppar och superhydrofoba substrat i luften. Detta inkluderar kalibrering av mät systemet och mätning av interaktions kraft vid superhydrofoba substrat med olika rutnäts fraktioner.

Mätning av interaktions styrkan mellan en droppe och ett Superhydrofobiskt substrat med metoden Optical lever

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 ...

Denna metod kan hjälpa till att besvara viktiga frågor inom bionik och strömningsmekanik, såsom superhydrofoba strukturer av lotusblad och droppen kolestinsprocesser. Den största fördelen med denna teknik är att en kraft på skalan av sub mikro-newton kan mätas med en upplösning av skala av nanonewtons. Denna metod skulle kunna ge insikt i kontaktprocessen för dropp och superhydrofoba strukturer.Och det kan också tillämpas på andra fält av mikro kraft mätning. Individer som aldrig har utfört denna teknik kommer att kämpa eftersom avståndet mellan droppar och de superhydrofoba substraten är svårt att kontrollera exakt. Förbered mätsystemet på en lämplig labbbänk.I mitten av systemet är kisel cantilever, som är upphängd över en nanopositioning Z skede. Den fem millimeter långa cantilever är monterad i slutet av hållaren. En höghastighetskamera är på plats med siktlinjen vinkelrätt mot den kantilever.Nanopositioning Z-stadiet har ett stöd som håller en elektrod som på denna punkt. Slutligen, en laser och en position känslig detektor är anordnade för att mäta cantilever avböjning. När du har mätt kapacitansgradienten använder du en datorstyrd likströmsförsörjning för att kalibrera den optiska spaken.Detta schematiska ger ochöversikt över inställningen för kalibrering. En plattelektrod är på nanopositionering Z-scenen. Det är 100 mikrometer under cantilever med en överlappning längd av en halv millimeter.Den cantilever och elektroden bildar en kondensator, med den positiva dra av DC strömförsörjningen ansluten med cantilever och den negativa dra med plattan elektrod. Därefter justerar de relativa positionerna för lasern, positionskänsliga detektorn och cantilever. Ordna dem så att laserstrålen reflekteras av cantilever till detektorn.Vid datorn, ställ in dataanskaffningshastigheten för detektorns utspänning till en kilohertz. I programvaran för styrning av likströmsaggregatet ställer du in startspänningen på noll volt. Ställ in ändspänningen på 125 volt.Ha spänningsökningen i steg om 25 volt. Håll varje spänningsvärde i fem sekunder. Eftersom spänningen varieras, övervaka spänningseffekten av position känsliga detektor.Efter denna sekvens av mätningar, utföra en analog sekvens som börjar med spänningen vid 125 volt och minskar till noll volt i steg om 25 volt. Använd data från fem fullständiga mätningar för att skapa en tomt där lutningen är konstanten av proportionalitet mellan interaktionskraften och positionskänslig detektorutspänning. För att förbereda för mätningarna, koppla bort likströmsmatningen från plattan och fribärande.Därefter, arbeta med nanopositionering Z scenen. Identifiera elektroden på sitt plåtstöd och avlägsna båda genom att avsvetsa stödet från scenen. I deras ställe, skruva en ny platta stöd till z-stadiet innan du fortsätter.Se till att höghastighetskamerans siktlinje är vinkelrät mot den som kan användas. Därefter får du en superhydrofoba struktur för plattan stöd. Använd strukturen med en kontaktvinkel på nästan 180 grader för att suspendera vattendropparet från cantilever.För experimentet, fäst denna struktur på plattan stöd på Z-scenen. Med en mikropipett, placera en två mikroliterdropp vatten på den superhydrofoba strukturen. Nu börjar arbeta med nanopositionering skede programvara.I denna programvara, gå till rutan hastighet dialog och ställa in hastigheten till 10 mikrometer per sekund. Klicka på knappen framåt för att starta droplet rör sig uppåt. Klicka på Stopp när droplet kontakter den fria änden av fribärande.Efter en eller två sekunder flyttar du manuellt Z-scenen bort från cantilever. En halvsfärisk vattendropp bör förbli upphängd från den nedre ytan av den cantilever. För att fortsätta, ta bort den superhydrofoba strukturen från plattan stöd och få en superhydrofoba substrat för att ersätta den.Detta substrat består av en koppargnyta med besprutat på nanopartiklar. Underlaget limmas fast på en cylinder. Detta substrat har en gallerfraktion på 46,18%Placera underlaget på plattans stöd.Justera positionen för det superhydrofoba substratet så det är 100 mikrometer från den halvklotformade droppen på cantilever. Med detektorn, laser, och kameran på, återgå till arbetet med nanopositionering kontroll programvara. I rutan för hastighetsdialog ställer du in hastigheten på 10 mikrometer per sekund.Klicka på knappen framåt för att starta substratet som rör sig uppåt. Klicka på stopp när underlaget och droppen får kontakt. Klicka på bakåtknappen för att flytta det superhydrofoba substratet nedåt.Klicka på stoppknappen när underlaget och droppen är separerade. Det finns olika scenarier representerade i dessa tomter av Interaction Force verser Time. Först fokusera på data i den svarta kurvan som är för substratet med gallerfraktion 46,18%Initialt är substratet och droppen långt ifrån kontakt.Vid denna punkt är kraften noll. När avståndet mellan underlaget och droppen minskar uppstår en motbjudande kraft. Detta återspeglas av den ökning som gäller.När substratet och droppen kommer i kontakt, blir kraften mellan de två attraktiva, vilket leder till en minskning av kurvan som droppen gradvis väts substrat genom kapillärverkan. Så småningom, den cantilever pendlar runt en jämvikt position. När andra högre gallerfraktioner används minskar kraftens magnitud mellan droppen och substratet.Medan du försöker detta förfarande, är det viktigt att komma ihåg att den relevanta positionen mellan laser, PSD, och cantilever inte kan ändras. Vilket kan säkerställa noggrannheten i mätresultat. Efter dets utveckling, banar denna teknik ett sätt för forskningar inom området för spänningskraftmätning för att utforska kraften under droppar 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

Tillverka Metamaterial med den metod fiberdragning

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

Dra nytta av Minskad Droplet-yta Interaktion att optimera Transport av Bioanalytes i digitala Mikrofluidik

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

Mönstring via Optiska mätt Transitions - tillverkning och 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

Experiment på Ultraljud Smörjning med hjälp av en piezoelektriskt assisterad tribometer och 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 för att mäta Orientering och rotationshastighet av 3D-tryckt Partiklar 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

Standardiserad metod för att mäta avskiljningsgrad från Wipe-sampling av spår Sprängämnen

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

Experimentell genomförandet av en ny komposit Fabrication metod: utsätta Bare fibrer på sammansatta ytan av metoden mjuka lager

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 Flödescytometri genom Asymmetrisk Detektering Tidssträckning Optisk Mikroskopi (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 pipett-spets baserat metod för sådd celler till Droplet mikroflödessystem plattformar

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 slumpmässig deplacement mätning genom att kombinera en magnetisk skala och två fiber Bragg galler

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