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5-1 AAO 結構的介電溼潤效應

首先利用陽極氧化法製作出 AAO 厚度皆為 2μm ,但不同粗糙度之詴 片,分別為 S-14、S-20、O-33、O-60、P-180、P-340 六組進行 EWOD,其 V2和cosθ 關係圖為圖 5.1。

根據公式 2.11,介電溼潤公式 θ θ

,由 cosθ 和 V2作圖則斜率為 rm(

),在同組詴片下

為定值,因此會隨電壓變化的 則是粗糙因子 rm,在圖 5.1 中因粗糙度 r 值造成起始點不同。由於 AAO 為 封壁結構造成液滴滲入結構但底部仍然擁有氣體,需考慮孔洞內氣體對液 滴壓縮時的影響[87],因此不適用傳統介電溼潤公式(公式 2.10)。

因此於圖 5.2 表示電壓與接觸角關係圖,橫軸為施加電壓 V,縱軸為液 滴接觸角 θ。由圖發現 S-14、S-20、O-33、O-60、P-180 皆為連續性變化,

而 P-340 在通電之初即可看見明顯的斜率變化,因 P-340 起始為 Cassie state,

當通電後造成液滴滲入結構內轉變成 Wenzel state, 此刻擁有明顯的接觸角 變化,當液滴為 Wenzel state 以後繼續施加電壓,斜率變化則和 S-14、S-20、

O-33、O-60、P-180 之 Wenzel state 擁有同樣的連續性變化。

圖 5.1 不同粗糙度 AAO 於 EWOD 時的 V2與cosθ 關係圖。

圖 5.2 不同粗糙度 AAO 於 EWOD 時的 V 與 θ 關係圖。

0 5000 10000 15000 20000

-1.0

藉由 SEM 可觀察本實驗中 P-340 利用二次陽極氧化法製作 AAO 為封 壁結構,如圖 5.3,封閉結構使得氣體在 EWOD 時會被局限在液體與結構 之間,當 EWOD 驅動液滴時,局限在結構中的氣體將會因被壓縮而抵抗液 滴的滲入,因此在傳統的介電溼潤公式中需再加上空氣阻力的探討因素,

使得傳統 EWOD 公式不適用於此結構使用。

圖 5.3 AAO 為封壁結構之剖面圖。

因在 EWOD 時之液滴變化不適用理論介電溼潤公式,因此針對封壁結構在 此以示意圖探討其液滴變化,為圖 5.4。

圖 5.4 封壁結構於 EWOD 之液滴變化示意圖。

(a) (b)

(c) (d)

圖 5.4(a)為液滴滴於 AAO 結構表面上之起始接觸角,液滴進入結構但未填 起始空氣高度為 2026nm,P-180 為 166nm,起始壓力為 1atm,可求得壓縮 單一孔內氣體 1nm 之深度所需的力。

接觸到的孔洞個數。

S-14:

P-180:

由上述計算可清楚得知,壓縮小孔洞 S-14 所需的力較小,因此表示 S-14 孔洞小易壓縮。

為了證明上述結果,由 OM 圖測量液滴於 EWOD 時,液滴底部面積與 液滴高度的變化,表 5.1 中底部有標記顏色的數據為開始變動之起始點,液 滴高度中 S-14 標記點為 0.699mm,0.699mm 對應電壓為 49V,表示 S-14 液滴高度在 49V 時產生變化下降至 0.699mm,此表皆以此表示數據。由表 5.1 即可了解 AAO 封壁結構於施加電壓時的液滴變化現象,由於起始液滴 滴於結構表面時,會因液滴滴落高度、速度等因素造成些微的影響,使得 液滴未施加電位時進入結構內的量會有所差異,為了去除這影響因素,在 此由觀察液滴開始因電位影響而開始壓縮氣體至因壓縮氣體達到飽和開始 向外擴散為止,液滴能承受越大電壓表示液滴可以壓縮至越深入的結構內。

表 5.1 可見 S-14 可承受 25V 之電壓,而 S-20、O-33、O-60、P-180 皆為 20V,

P-340 為 0V,可證實 S-14 較易壓縮,液滴可滲入結構較深處。

表 5.1 量測液滴於 EWOD 時之變化。

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