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.
