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

Yazarlar Tianjin doğal Bilim Vakfı (No. 18JCQNJC04800), Tribology devlet anahtar Laboratuvarı Tribology Bilim Fonu teşekkür ederiz (Hayır. SKLTKF17B18) ve Ulusal Doğal Bilim Vakfı Çin (Grant No. 51805367) onların destek için.

1. Sol kalibrasyon sisteminin montajı
<ol><li>Sol kalibrasyon sistemini Şekil 2' de gösterilen şematik diyagrama göre birleştirin.</li>
	<li>Lazeri bir desteğe sabitleyebilir, lazer ile yatay yön arasındaki açı 45 ° olabilir.</li>
	<li>PSD 'i lazere dik hale getirmek için başka bir destek ile tekrar yapın. PSD 'ye veri edinme cihazına ve veri edinme cihazına bilgisayara bağlanın. Not: Bu açılar deneylerin görsel ölçümü ile belirlenir ve ta...

<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>

Bu protokolde, optik kol yöntemine dayanan bir ölçüm sistemi monte edilmiş ve kalibre edilmiş olup, damlacıklar ile süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim gücünü ölçmek için tasarlanmıştır. Tüm adımlar arasında, Sol kullanarak elektrostatik kuvvet kalibre etmek önemlidir. Kalibrasyon denemenin sonuçları EQ. (8): P (1/vP1-1/vP2) 2 (1/vS12-1/vS22) ile orantılıdır ve bunun d...

Bir damlacık ve süper hidrofobik yüzey arasındaki temas günlük yaşam ve endüstriyel üretimde çok yaygındır: Lotus Leaf1,2yüzeyinden kayar su damlacıkları ve su üzerinde hızla seyahat su Strider3 ,4,5,6. Bir geminin dış yüzeyinde süper hidrofobik kaplama, geminin korozyon derecesini azaltmaya ve navigasyon7,8,9,10direncini azaltmanıza yardımcı olabilir. Bir damlacık ile süper hidrofobik yüzey arasındaki temas sürecini inceleyerek endüstriyel üretim ve biyonik araştırmalar için büyük değer vardır.
Katı bir yüzeyde damlacıklar yayılma sürecini gözlemlemek için, Biance iletişim sürecini fotoğraf için yüksek hızlı bir kamera kullandı ve atalet rejimi süresinin ağırlıklı olarak damla boyutu11ile sabit olduğunu bulundu. Eddi bir yüksek hızlı kamera kullanarak damlacık ve şeffaf plaka arasındaki temas sürecini fotoğrafladı, hangi kapsamlı zaman12ile viskoz damlacık temas yarıçapı varyasyonu ortaya. Paulsen yüksek hızlı kamera gözlem ile bir elektrik yöntemi kombine, böylece 10 ns13,14yanıt süresini azaltır.
Atom kuvveti mikroskopisi (AFM) aynı zamanda damlacık/kabarcık ve katı yüzeyler arasındaki etkileşim gücünü ölçmek için de kullanılmıştır. Vakarelski, mikrometre ölçeği üzerinde kontrollü çarpışmalar sırasında 2 küçük kabarcıklar (yaklaşık 80-140 μm) arasındaki etkileşim güçlerini ölçmek için bir AFM konsol kullanılmış nanometreler15. Shi aynı anda etkileşim kuvveti ve farklı hidrophobicity bir hava balonu ve Mika yüzeyleri arasında ince su filmin zamanmekansal evrim ölçmek için AFM ve yansıma girişim kontrast mikroskopisi (ricm) bir kombinasyonu kullandı 16,17.
Ancak, AFM kullanılan ticari atölyeler çok küçük olduğundan, konsol üzerinde ışınlanmış lazer spot damlacıklar veya kabarcıklar tarafından batık olacaktır. AFM, havada damlacıklar ve damlacıklar/substratlar arasındaki etkileşim gücünün ölçülmesi konusunda zorluklara sahiptir.
Bu yazıda, optik kol yöntemine dayanan bir ölçüm sistemi, damlacıklar ile süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim gücünü ölçmek için tasarlanmıştır. Optik kolu (Sol) kuvvet hassasiyeti elektrostatik kuvvet18ile kalibre edilir ve sonra damlacıklar ve farklı süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim güçleri ölçüm sistemi ile ölçülür.
Ölçüm sisteminin şematik şeması Şekil 1' de gösterilir. Lazer ve pozisyon duyarlı dedektör (PSD) optik kolu sistemi oluşturur. Sistemde hassas bir bileşen olarak milimetrik silikon konsol kullanılır. Substrat, dikey yönde hareket edebilir Nanopositioning z-aşama üzerinde sabit. Substrat damlacık yaklaştığında, etkileşim kuvveti, konsol viraj neden olur. Böylece, PSD 'de lazer noktanın konumu değişecek ve PSD 'nin çıkış voltajı değişecek. PSD Vp 'Nin çıkış voltajı, EQ 'da gösterildiği gibi, etkileşim kuvveti Fıile orantılıdır (1).
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq1.jpg">1
Etkileşim gücünü elde etmek için, Sol ilk kalibre edilmelidir. Elektrostatik kuvvet, Solkalibrasyonunda standart kuvvet olarak kullanılır. Şekil 2' de gösterildiği gibi, konsol ve elektrot dikey yönde elektrostatik kuvvet üretebilir bir paralel plaka kondansatör, makyaj. Elektrostatik kuvvet F'ler , EQ. (2)19,20,21' de gösterildiği gibi, DC güç kaynağı Vsvoltajı ile belirlenir.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq2.jpg">2
C , paralel plaka kondansatörünün kapasitans olduğunu, z , konsol serbest ucunu yer değiştirmesi ve dC/dz kondansitance gradyan denir. Kapasitans, kapasitans Köprüsü ile ölçülmüştür. C ve z arasındaki matematiksel ilişki, EQ 'da gösterildiği gibi, ikinci dereceden bir polinom ile monte edilebilir (3).
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq3.jpg">3
Burada Q, P ve CT ikinci dereceden terim, birincil terim ve sırasıyla sabit terim katsayıları vardır. Bu nedenle, elektrostatik kuvvet Fes EQ olarak ifade edilebilir (4).
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq4.jpg">4
Kondansatörün iki plakasının örtüşme alanı çok küçük olduğundan, konsol üzerinde hareket eden elastik kuvvet EQ olarak ifade edilebilir (5), Hooke kanununa göre:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq5.jpg">5
Burada k , konsol sertliği.
Konsol üzerinde uygulanan elastik kuvvet ve elektrostatik kuvvet eşit olduğunda (örn. fi = fes), konsol denge içindedir. EQ. (6) EQS 'den elde edilebilir. (1), (2) ve (5):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq6.jpg">6
Kalibrasyon sonuçlarının belirsizliğini azaltmak için Solhesaplamak için bir fark yöntemi kullanılır. İki deneylerin sonuçları VS1, vP1 ve vS2, vP2olarak alınır ve EQ. (6) olarak değiştirilir:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq7.jpg">7
Denklemleri dönüştürerek ve alt denklemin EQ 'daki üst denklemden çıkartıldığı (7), Q ve k parametreleri ortadan kaldırılmıştır. Ardından, EQ 'da gösterildiği gibi Sol 'un kalibrasyon formülü elde edilir. (8):
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59539/59539eq8.jpg">8
Bir dizi deney gerçekleştirirken, eğri, Ordinat ve 2 (1/vS12-1/vS22) olarak abscissa olarak P (1/vP1-1/vP2) ile çizilir. Eğri eğim Sol.
Solaldıktan sonra, elektrot farklı süper-hidrofobik substratlar ile değiştirilir. Damlacıklar ile süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim güçleri Şekil 1' de gösterilen sistem tarafından ölçülecektir.

<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

Bu makalenin amacı, havada damlacıklar ve süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim gücünü araştırmaktır. Optik kol yöntemine dayanan bir ölçüm sistemi tasarlanmıştır. Milimetre konsol, ölçüm sisteminde kuvvet duyarlı bir bileşen olarak kullanılır. Öncelikle, optik kolun kuvvet duyarlılığı, etkileşim gücünün ölçülmesi açısından kritik bir adım olan Elektrostatik kuvvet kullanılarak kalibre edilir. İkincisi, nanopartiküller ve bakır Izgaralar ile farklı ızgara fraksiyonları ile üç süper hidrofobik substrat hazırlanır. Son olarak, farklı ızgara fraksiyonları ile damlacıklar ve süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşim güçleri sistem tarafından ölçülür. Bu yöntem, nanonewton ölçeği üzerinde bir çözünürlük ile sub-micronewton ölçeği üzerinde kuvvet ölçmek için kullanılabilir. Damlacıklar ve süper hidrofobik yapıların temas sürecinin derinlemesine çalışması, kaplama, film ve baskıda üretim verimliliğini artırmaya yardımcı olabilir. Bu yazıda tasarlanan Kuvvet ölçüm sistemi, mikrokuvvet ölçümünün diğer alanlarında da kullanılabilir.

Plaka elektrodunun yer değiştirmesi ve tek bir deneyde ölçülen elektrot ile ilgili Kondansat ile Tablo 1' de gösterilir. Kapasitans C ve deplasman z arasındaki ilişki, Şekil 4' te gösterildiği gibi MATLAB 'deki polyfit fonksiyonunu kullanarak ikinci dereceden polinomial ile donatılmıştır. İlk sipariş katsayısı P sığdırma fonksiyonu ile elde edilebilir. P son değeri 0,2799 pF/mm, hangi ortalama on deneysel sonuçları hesaplanır.
...

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

Protokol, havada bulunan damlacıklar ve süper hidrofobik substratlar arasındaki etkileşimi araştırmayı amaçlamaktadır. Bu, ölçüm sistemini kalibre etmek ve farklı ızgara fraksiyonları ile süper hidrofobik substratlar etkileşim gücünü ölçmek içerir.

Optik kol metodu ile bir damlacık ile süper hidrofobik substrat arasındaki etkileşim gücünü ölçme

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 ...

Bu yöntem, lotus yapraklarının süperhidrofobik yapıları ve damlacık birleştirme süreçleri gibi biyonik ve akışkanlar mekaniği alanındaki anahtar soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin en büyük avantajı, alt mikro-newton ölçeğindeki bir kuvvetin nanonewton ölçeği ile ölçülebilen bir kuvvet olmasıdır. Bu yöntem damlacık ve süperhidrofobik yapıların temas süreci hakkında bilgi sağlayabilir.Ve aynı zamanda mikro kuvvet ölçümü diğer alanlara uygulanabilir. Damlacıklar ve süperhidrofobik yüzeyler arasındaki mesafeyi doğru bir şekilde kontrol etmek zor olduğu için bu tekniği hiç gerçekleştirmemiş bireyler mücadele edecektir. Ölçüm sistemini uygun bir laboratuvar tezgahında hazırlayın.Sistemin merkezinde bir nanopositioning Z sahne üzerinde askıya silikon cantilever, olduğunu. Beş milimetre uzunluğundaki kantil, tutucunun ucuna monte edilir. Yüksek hızlı bir kamera kantilever dik görüş hattı ile yerinde.Nanopositioning Z aşaması bu noktada bir elektrot tutan bir destek vardır. Son olarak, bir lazer ve pozisyona duyarlı dedektör kantilever sapma ölçmek için düzenlenmiştir. Kondansatif gradyanı ölçtükten sonra, optik kolu kalibre etmek için bilgisayar kontrollü DC güç kaynağı kullanın.Bu şema, kalibrasyon için kurulumun genel görünümünü ve genel görünümünü sağlar. Bir plaka elektrot nanopositioning Z aşamasında. Bir üst üste binme uzunluğu yarım milimetre olan kantilin 100 mikrometre altındadır.Kantilve elektrot bir kondansatör oluşturur, DC güç kaynağının kantilever ve plaka elektrodu ile negatif çekme ile bağlı pozitif çekme ile. Daha sonra, lazerin göreli konumlarını, pozisyona duyarlı dedektörü ve kantilever'i ayarlayın. Lazer ışınının kantilever tarafından dedektöre yansıyacak şekilde düzenleyin.Bilgisayarda, dedektör çıkış geriliminin veri toplama hızını bir kilohertz'e ayarlayın. DC güç kaynağı kontrol yazılımında, başlangıç gerilimini sıfır volta ayarlayın. Son voltajı 125 volta ayarlayın.25 voltluk artışlarda voltaj artışı var. Her voltaj değerini beş saniye tutun. Voltaj farklı olduğundan, pozisyon hassas dedektörvoltaj çıkışını izleyin.Bu ölçümlerden sonra, 125 voltvolt voltile başlayan ve 25 volt luk artışlarla sıfır volta inen benzer bir sıra gerçekleştirin. Eğimin etkileşim kuvveti ile pozisyona duyarlı dedektör çıkış gerilimi arasındaki orantılılık sabiti olduğu bir çizim oluşturmak için beş tam ölçümden elde edilen verileri kullanın. Ölçümlere hazırlanmak için DC güç kaynağını plaka ve kantilever'den koparın.Daha sonra, nanopositioning Z sahne ile çalışın. Plaka desteğindeki elektrodu belirleyin ve desteği sahneden söküp çıkararak her ikisini de çıkarın. Onların yerine, devam etmeden önce z aşamasına yeni bir plaka desteği vida.Yüksek hızlı kameranın görüş açısının kantilever'e dik olduğundan emin olun. Sonra, plaka desteği için süperhidrofobik bir yapı olsun. Kantilever gelen su damlacık askıya almak için neredeyse 180 derece temas açısı ile yapı kullanın.Deney için, bu yapıyı Z sahnesindeki plaka desteğine yapıştırın. Bir mikro pipet ile, süperhidrofobik yapısı üzerinde su iki mikrolitre damlacık yerleştirin. Şimdi nanopositioning sahne yazılımı ile çalışmaya başlayın.Bu yazılımda, hız diyalog kutusuna gidin ve hızı saniyede 10 mikrometreye ayarlayın. Açılan damlanın yukarı doğru hareket etmesini başlatmak için ileri düğmesini tıklatın. Damlacık, cantilever'in serbest ucuna temas ettiğinde dur'u tıklatın.Bir veya iki saniye sonra, Z sahnesini el ile kantilden uzağa taşıyın. Bir hemisfalik su damlacığı kantilinalt yüzeyinden askıda kalmalıdır. Devam etmek için, plaka desteğinden süperhidrofobik yapıyı çıkarın ve değiştirmek için süperhidrofobik bir substrat alın.Bu substrat nano tanecikleri üzerine püskürtülür ile bakır bir kum oluşur. Substrat bir silindir üzerine yapıştırılmış. Bu substrat% 46.18 bir ızgara fraksiyonu vardır plaka desteği üzerinde substrat yerleştirin.Süperhidrofobik substrat konumunu ayarlayın, böylece kantilever üzerindeki hemisferik damlacık 100 mikrometre. Dedektör, lazer ve kamera açıkken, nanokonumlandırma kontrol yazılımıyla işe geri dönün. Hız diyalog kutusunda, hızı saniyede 10 mikrometreye ayarlayın.Substrat yukarı doğru hareket başlatmak için ileri düğmesini tıklatın. Substrat ve damlacık temas ettiğinde dur'u tıklatın. Süperhidrofobik substratı aşağı doğru hareket ettirmek için geri düğmesini tıklatın.Alt tabaka ve damlacık ayrıldığında durdur düğmesini tıklatın. Etkileşim Gücü ayetleri Zaman bu arsalar temsil edilen farklı senaryolar vardır. İlk olarak, ızgara fraksiyonu %46.18 olan alt tabaka için olan siyah eğrideki verilere odaklanın Başlangıçta, substrat ve damlacık temastan uzaktır.Bu noktada, kuvvet sıfırdır. Substrat ve damlacık arasındaki mesafe azaldıkça itici bir kuvvet ortaya çıkar. Bu da kuvvet artışıyla yansıtılır.Bir kez substrat ve damlacık temas halinde, ikisi arasındaki kuvvet çekici hale gelir, damlacık yavaş yavaş kılcal eylem yoluyla substrat ıslak olarak eğrinin bir azalmaya yol açan. Sonunda, kantilever bir denge pozisyonu etrafında salınım. Diğer yüksek ızgara fraksiyonları kullanıldığında, damlacık ve substrat arasındaki kuvvetin büyüklüğü azalır.Bu yordamı çalışırken, lazer, PSD ve cantilever arasındaki ilgili konumu değiştirilemez hatırlamak önemlidir. Bu da ölçüm sonuçlarının doğruluğunu sağlayabilir. Bu teknik, geliştirildikten sonra, havadaki substratile temas eden damlacıklar sırasında kuvveti keşfetmek için gerilim kuvveti ölçümü alanındaki araştırmalar için bir yol açar.

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

Fiber Çizim Yöntemi Kullanma Fabricating meta malzeme

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

Azaltılmış Damlacık-yüzey etkileşiminden yararlanarak Dijital Mikroakiskan içinde Bioanalytes ulaşımı optimize etmek

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

Optik Doyurulabilen Geçişler aracılığıyla Desenlendirme - İmalat ve Karakterizasyonu

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

Ultrasonik Yağlama üzerinde deneyler bir piezoelektrik destekli tribometre ve Optik profilometre kullanma

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

Oryantasyon ve dönme hızının ölçülmesi yöntemleri türbülansına tanecikler 3D basılmış

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

İz Patlayıcı Wipe-örneklemenin toplama verimi ölçümü için standart yöntem

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

Deneysel yeni bir bileşik imalat yöntemi uygulanması: bileşik yüzeyi yumuşak katman yöntemi tarafından çıplak lifleri ortaya

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

Asimetrik Algılama Zaman-Streçi Optik Mikroskopi (ATOM) ile Mikroakışkan Görüntüleme Akış Sitometresi

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

Pipet Ucu yöntemine damlacık mikrosıvısal platformlar tohum hücrenin temel

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

Manyetik Ölçek ve İki Fiber Bragg Gratings Birleştirerek Rastgele Yer Değiştirme Ölçümü

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