이 방법은 연꽃 잎의 초소수성 구조및 액적 결합 공정과 같은 생체 공학 및 유체 역학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 하위 마이크로 뉴턴의 규모에 대한 힘이 나노 뉴턴의 스케일의 해상도로 측정 될 수 있다는 것입니다. 이 방법은 물방울과 초소수성 구조의 접촉 과정에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다.
또한 마이크로 포스 측정의 다른 분야에도 적용할 수 있습니다. 이 기술을 수행 한 적이없는 개인은 물방울과 초소수성 기판 사이의 거리가 정확하게 제어하기 어렵기 때문에 어려움을 겪을 것입니다. 적절한 실험실 벤치에서 측정 시스템을 준비합니다.
시스템의 중심에는 나노 위치 Z 단계에 걸쳐 중단되는 실리콘 캔틸레버가 있습니다. 5mm 길이의 캔틸레버가 홀더 끝에 장착됩니다. 캔틸레버에 수직으로 시야가 있는 고속 카메라가 마련되어 있습니다.
나노 위치 Z 단계는 이 시점에서 전극을 보유하는 지지가 있습니다. 마지막으로, 레이저및 위치 민감 검출기는 캔틸레버 편향을 측정하도록 배치됩니다. 커패시턴스 그라데이션을 측정한 후 컴퓨터 제어DC 전원 공급 장치를 사용하여 광학 레버를 보정합니다.
이 회로도는 교정을 위한 설정에 대한 개요를 제공하고 있습니다. 플레이트 전극은 나노 위치 Z 단계에 있습니다. 캔틸레버 아래 100마이크로미터이며, 오버랩 길이는 반 밀리미터입니다.
캔틸레버와 전극은 캔틸레버와 연결된 DC 전원 공급 장치의 양수 당김과 플레이트 전극으로 네거티브 풀을 통해 커패시터를 형성합니다. 다음으로, 레이저의 상대적 위치, 위치 민감 검출기 및 캔틸레버를 조정합니다. 레이저 빔이 캔틸레버에 의해 검출기에 반영되도록 정렬합니다.
컴퓨터에서 검출기 출력 전압의 데이터 수집 속도를 1킬로헤르츠로 설정합니다. DC 전원 공급 장치 제어 소프트웨어에서 시작 전압을 0볼트로 설정합니다. 최종 전압을 125볼트로 설정합니다.
25볼트 증분의 전압 증가를 갖는다. 각 전압 값을 5초 동안 유지합니다. 전압이 다양하기 때문에 위치 감지기의 전압 출력을 모니터링합니다.
이 일련의 측정 후, 125볼트의 전압으로 시작하여 25볼트 단위로 0볼트로 감소하는 유사한 시퀀스를 수행합니다. 5개의 완전한 측정값의 데이터를 사용하여 경사가 상호 작용 력과 위치 감지기 출력 전압 사이의 비례성의 일정인 플롯을 만듭니다. 측정을 준비하려면 플레이트 및 캔틸레버에서 DC 전원 공급 장치를 분리합니다.
다음으로, 나노 포지팅 Z 단계와 함께 작동합니다. 플레이트 지지대의 전극을 식별하고 스테이지에서 지지체를 풀어 둘 다 제거합니다. 그들의 자리에서, 계속하기 전에 z 단계에 새로운 플레이트 지원을 나사.
고속 카메라의 시야가 캔틸레버에 수직으로 유지되도록 합니다. 다음으로, 플레이트 지지체에 대한 초소수성 구조를 얻을 수 있습니다. 거의 180도의 접점으로 구조를 사용하여 캔틸레버에서 물방울을 중단하십시오.
실험의 경우 이 구조를 Z 단계의 플레이트 지지체에 부착합니다. 마이크로 파이펫을 사용하면 초소수성 구조에 두 개의 마이크로리터 물방울을 놓습니다. 이제 나노 위치 단계 소프트웨어작업을 시작합니다.
이 소프트웨어에서 속도 대화 상자로 이동하여 초당 10 마이크로미터로 속도를 설정합니다. 앞으로 버튼을 클릭하여 물방울이 위쪽으로 이동하기 시작합니다. 액적캔틸레의 자유 끝에 닿으면 중지를 클릭합니다.
1~2초 후, 수동으로 Z 스테이지를 캔틸레버에서 멀리 이동합니다. 물의 반구형 물방울은 캔틸레버의 낮은 표면에서 중단되어야한다. 계속하려면, 플레이트 지지대에서 초소수성 구조를 제거하고 교체하는 초소수성 기판을 얻습니다.
이 기판은 나노 입자에 분사 된 구리 모래로 구성됩니다. 기판은 실린더에 붙어 있습니다. 이 기판은 46.18%의 그리드 분획을 가지며 플레이트 지지대상에 기판을 배치한다.
캔틸레버의 반구형 물방울에서 100 마이크로미터되도록 초소수성 기판의 위치를 조정합니다. 검출기, 레이저 및 카메라를 켜면 나노 포지셔닝 제어 소프트웨어와 함께 작동하도록 돌아갑니다. 속도 대화 상자에서 속도를 초당 10 마이크로미터로 설정합니다.
기판을 위로 이동하려면 앞으로 버튼을 클릭합니다. 기판과 물방울이 접촉할 때 중지를 클릭합니다. 뒤로 버튼을 클릭하여 초소수성 기판을 아래쪽으로 이동합니다.
기판과 물방울이 분리되면 정지 버튼을 클릭합니다. 상호 작용 포스 구절 시간의 이 플롯에 표현 된 다른 시나리오가 있습니다. 먼저 그리드 분수 46.18%를 가진 기판에 대한 검정 곡선의 데이터에 초점을 맞추고, 기판과 액적은 접촉과는 거리가 멀다.
이 시점에서 힘은 0입니다. 기판과 액적 사이의 거리가 감소함에 따라 반발력이 발생합니다. 이는 힘의 증가에 의해 반영됩니다.
기판과 액적이 접촉하면 둘 사이의 힘이 매력적으로 변하여 액적이 점차 모세관 작용을 통해 기판을 적시히 젖으면서 곡선이 감소합니다. 결국, 캔틸레버는 평형 위치를 중심으로 진동합니다. 다른 높은 그리드 분획을 사용하면 액적과 기판 사이의 힘의 크기가 감소합니다.
이 절차를 시도하는 동안 레이저, PSD 및 캔틸레버 사이의 관련 위치를 변경할 수 없다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 이는 측정 결과의 정확성을 보장 할 수 있습니다. 개발 후, 이 기술은 장력 측정 분야의 연구를 위한 방법을 열어 공중기기판과 접촉하는 물방울 동안의 힘을 탐구합니다.
