Лазерный мир

Щедрина Н.Н. (науч. рук. Одинцова Г.В.) // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [год]. УДК тезиса: 532.64, 544.032.65

В работе рассмотрено лазерное формирование градиента смачиваемости на поверхности на нержавеющей стали AISI 304 путем комбинирования гидрофильных и супергидрофильных областей. Структурирование производилось при помощи наносекундного волоконного лазера с длиной волны 1.06 мкм. Продемонстрированно создание шаблонов со сложной формой записи (разветвление, слияние, поворот и огибание препятствия) и топологией рельефа поверхности для направленного течения жидкости.

Контроль такого свойства поверхности как смачиваемость представляет большой интерес. Одной из привлекательных областей применений является направленное течение жидкости, которое возможно осуществить путем создания градиентной смачиваемости. Уменьшая значение угла смачивания, можно контролировать траекторию течения капли. Направленное смачивание и течение жидкостей на поверхности материалов, в частности металлов, активно исследуется в микрофлюидике, для создания химических сенсоров, при изучении биомолекулярных взаимодействий и других перспективных применений. Методы создания градиента смачивания, такие как химическое и электрохимическое травления, а также существующие лазерные методы являются многоэтапными и неэкологичными, поскольку предполагают пост-обработку образцов химическими реактивами.

Данная работа состоит в разработке одноэтапного метода лазерного формирования структур для направленного течения жидкости на поверхности нержавеющей стали путем создания градиента смачиваемости с помощью волоконного лазера с наносекундной длительностью импульсов.

На данный момент подобраны режимы лазерного излучения позволяющие создать гидрофильные и супергидрофильные значений углов смачиваемости. Была получена зависимость, демонстрирующая, что при увеличении плотности мощности и перекрытии импульсов лазерного излучения имеется тенденция к уменьшению угла смачивания, что хорошо соотносится с уравнением Венцеля, где при увеличении шероховатости поверхность становится более гидрофильной.

Были выбраны режимы лазерного излучения с перекрытием импульсов в 60% и, путем изменения мощности излучения с небольшим шагом, были получены образцы с градиентной смачиваемостью с обработанными участками, расположенными от гидрофильной до супергидрофильной. Дополнительная обработка материала не осуществлялась, эксперименты проводились сразу после лазерного структурирования. Таким образом были получены образцы, на которых возможно направленное движение капли за счет уменьшения поверхностной энергии системы. Также было продемонстрировано создание шаблонов со сложными формами, такими как разветвление, слияние, поворот и огибание препятствия.

Данный способ формирования структур с градиентной смачиваемостью позволит создавать микромасштабные элементы устройств направленного растекания жидкостей. Такие функциональные мини- и микро-элементы могут интегрироваться в автономные поверхностные устройства для выполнения задач бактерицидной обработки, предконцентрирования гидрофильных и гидрофобных аналитов для хемо- и биосенсорики, сбора и удаления жидкостей, а также их разделения и очистки.

Источник: https://kmu.itmo.ru/digests/article/3726