Control and characterization of wetting at micro- and nanoscales

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Zhou, Quan, Associate Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
dc.contributor.author Liimatainen, Ville
dc.date.accessioned 2017-12-13T10:02:57Z
dc.date.available 2017-12-13T10:02:57Z
dc.date.issued 2017
dc.identifier.isbn 978-952-60-3742-4 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-7258-6 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/29066
dc.description.abstract Wetting of surfaces is a fundamental research topic related to phenomena that are ubiquitous, from everyday life to science and technology. Liquid-repellent surfaces with low wettability can be found in textiles, kitchenware, eyeglasses and other optics, car windscreens and mirrors, outer surfaces of buildings and structures, and in various plants and insects in nature, which often provide inspiration for artificial repellent and super-repellent surfaces. Synthesizing and characterizing such surfaces is of great interest for both scientific studies and practical applications.    Despite remarkable advances in the past few decades, challenges in wettability characterization and controlled wettability still remain. Measuring the wettability of superhydrophobic surfaces in a reliable and repeatable manner is difficult using traditional optical contact angle methods. In wetting control, one challenge is limiting the wetting of low surface tension liquids, such as oils and solvents, which easily spread on most surfaces. Another challenge is patterned wettability, where well-defined areas should have extreme differences in wetting properties.    This thesis presents results in characterization of superhydrophobic surfaces, and wetting control through patterning and its applications in hybrid microassembly. Firstly, a force measurement-based method for characterization of superhydrophobic surface wettability is described. Interaction forces between a droplet and the surface are measured using high resolution to extract wetting and adhesion properties. The method can be applied in a scanning manner to map and reveal small local variations in wettability.    A method for confining low surface tension liquids based on surface topography was also developed. The technique is realized using well-established silicon microfabrication techniques, and is applicable from the macroscale to the microscale. As the method is based purely on surface topography, it is widely applicable to different surface materials.    Finally, a scanning electron beam method for accurate (sub-μm), high wetting contrast water wettability patterning is introduced. The results also reveal the possible wettability-modifying effects of electron beams in environmental scanning electron microscopes (ESEM), which are well‑established tools used in variousmicro- and nanoscale wetting studies. en
dc.description.abstract Pintojen kostuminen on perustavanlaatuinen tutkimusaihe, joka liittyy sekä arkipäiväisiin että moniin tieteen ja teknologian ilmiöihin. Nesteitä hylkiviä, heikosti kostuvia pintoja löytyy tekstiileistä, keittiövälineistä, silmälaseista ja muusta optiikasta, auton tuulilaseista ja peileistä, rakennusten ulkopinnoilta sekä luonnossa monista kasveista ja hyönteisistä. Luonnolliset pinnat toimivat usein inspiraationa keinotekoisia, nesteitä hylkiviä ja superhylkiviä pintoja kehitettäessä. Tällaisten pintojen valmistaminen ja kostumisominaisuuksien mittaaminen on kiinnostavaa niin tutkimuskohteena kuin käytännön sovellusten kannaltakin.    Viime vuosikymmenten edistyksestä huolimatta kostumisominaisuuksien mittaamisessa ja hallinnassa on edelleen haasteita. Superhydrofobisten pintojen kostuvuuden luotettava ja toistettava mittaaminen on hankalaa perinteisellä optisella kontaktikulmamittauksella. Kostumisen hallinnassa eräs haaste on matalan pintajännityksen nesteiden kostumisen rajoittaminen. Tällaisia nesteitä ovat esimerkiksi öljyt ja monet liuottimet, jotka leviävät helposti useimmilla pinnoilla. Toinen haaste on kuvioitu kostuvuus, jossa tarkkaan määritellyillä alueilla kostumisominaisuudet poikkeavat huomattavasti muusta pinnasta.    Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin superhydrofobisten pintojen kostumisominaisuuksien mittausta sekä kostuvuuden kuviointia erityisesti mikrokokoonpanon sovelluksiin. Aluksi kuvaillaan superhydrofobisten pintojen kostuvuuden mittaamiseen menetelmä, joka perustuu vesipisaran ja pinnan välisten voimien mittaamiseen korkealla tarkkuudella. Menetelmällä voidaan kartoittaa pieniä, paikallisia poikkeamia kostuvuudessa.    Työssä kehitettiin myös pinnan topografiaan perustuva menetelmä rajoittamaan matalan pintajännityksen nesteiden leviämistä pinnoilla. Vakiintuneilla mikrovalmistustekniikoilla toteutettua menetelmää voidaan soveltaa makromittakaavasta mikromaailmaan asti, ja se sopii useille pintamateriaaleille.    Lisäksi väitöskirjatyössä esitellään uusi, kohdistettuun elektronisuihkuun perustuva menetelmä kostuvuuden tarkkaan kuviointiin. Tulokset myös osoittavat, että kostumisilmiöitä pyyhkäisyelektronimikroskoopilla tutkittaessa elektronisuihkulla voi olla näytteen kostumisominaisuuksia muokkaavia vaikutuksia.  fi
dc.format.extent 69 + app. 89
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 13/2017
dc.relation.haspart [Publication 1]: Ville Liimatainen, Veikko Sariola and Quan Zhou, ”Controlling liquid spreading using microfabricated undercut edges”, Advanced Materials, vol. 25, no. 16, pp. 2275 – 2278, 2013. DOI: 10.1002/adma.201204696
dc.relation.haspart [Publication 2]: Ville Liimatainen, Ali Shah, Leena-Sisko Johansson, Nikolay Houbenov and Quan Zhou, “Maskless, high-precision, persistent, and extreme wetting-contrast patterning in an environmental scanning electron microscope”, Small, vol. 12, no. 14, pp. 1847 – 1853, 2016. DOI: 10.1002/smll.201503127
dc.relation.haspart [Publication 3]: Ville Liimatainen, Maja Vuckovac, Ville Jokinen, Veikko Sariola, Quan Zhou and Robin Ras, “Mapping microscale wetting variations on biological and synthetic water-repellent surfaces”, submitted to Science (8 pages).
dc.relation.haspart [Publication 4]: Quan Zhou, Ville Liimatainen and Iiris Routa, “Microsystem integration using hybrid microassembly”, in Proc. IEEE Electronic System-Integration Technology Conference, ESTC’14, pp. 1 – 6, 2014. DOI: 10.1109/ESTC.2014.6962768
dc.relation.haspart [Publication 5]: Ville Liimatainen, Veikko Sariola and Quan Zhou, “Undercut edges for robust capillary self-alignment in hybrid microassembly”, in Proc. IEEE Int. Conf. Nano/Micro Engineered and Molecular Systems , NEMS’13, pp. 1088 – 1091, 2013. DOI: 10.1109/NEMS.2013.6559911
dc.relation.haspart [Publication 6]: Ville Liimatainen, Mohamed Kharboutly, David Rostoucher, Michaël Gauthier and Quan Zhou, “Capillary self-alignment assisted hybrid robotic handling for ultra-thin die stacking”, in Proc. IEEE Int. Conf. Robotics and Automation, ICRA’13, pp. 1403 – 1408, 2013. DOI: 10.1109/ICRA.2013.6630754
dc.relation.haspart [Publication 7]: Bo Chang, Ville Liimatainen, Iiris Routa and Quan Zhou, “High-accuracy positioning of microchips on patterns with jagged edges using hybrid microassembly”, in Proc. IEEE Int. Conf. Mechatronics and Automation, ICMA’12, pp. 807 – 812, 2012. DOI: 10.1109/ICMA.2012.6283246
dc.subject.other Physics en
dc.title Control and characterization of wetting at micro- and nanoscales en
dc.title Pintojen kostuvuuden hallinta ja mittaus mikro- ja nanomittakaavassa fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Sähkötekniikan ja automaation laitos fi
dc.contributor.department Department of Electrical Engineering and Automation en
dc.subject.keyword wettability characterization en
dc.subject.keyword wetting patterns en
dc.subject.keyword droplet self-alignment en
dc.subject.keyword kostuvuuden mittaus fi
dc.subject.keyword kostumiskuviot fi
dc.subject.keyword pisaran itsekohdistus fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-3742-4
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Zhou, Quan, Associate Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
dc.opn Sitti, Metin, Prof., Max Planck Institute for Intelligent Systems, Germany
dc.opn Snoeijer, Jacco, Prof., University of Twente, Eindhoven University of Technology, Netherlands
dc.contributor.lab Micro- and Nanorobotics Group en
dc.rev Kallio, Pasi, Prof., Tampere University of Technology, Finland
dc.rev Snoeijer, Jacco, Prof., University of Twente, Netherlands
dc.date.defence 2017-02-06


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account