Conversion of Polymer Surfaces into Nonwetting Substrates for Liquid Metal Applications

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作者
Sachin Babu,Behnoush Dousti,Gil Sik Lee,Jeong‐Bong Lee
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:37 (27): 8139-8147 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.1c00689
摘要

Liquid metal-based applications are limited by the wetting nature of polymers toward surface-oxidized gallium-based liquid metals. This work demonstrates that a 120 s CF4/O2 plasma treatment of polymer surfaces—such as poly(dimethylsiloxane) (PDMS), SU8, S1813, and polyimide—converts these previously wetting surfaces to nonwetting surfaces for gallium-based liquid metals. Static and advancing contact angles of all plasma-treated surfaces are >150°, and receding contact angles are >140°, with contact angle hysteresis in the range of 8.2–10.7°, collectively indicating lyophobic behavior. This lyophobic behavior is attributed to the plasma simultaneously fluorinating the surface while creating sub-micron scale roughness. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results show a large presence of fluorine at the surface, indicating fluorination of surface methyl groups, while atomic force microscopy (AFM) results show that plasma-treated surfaces have an order of magnitude greater surface roughness than pristine surfaces, indicating a Cassie–Baxter state, which suggests that surface roughness is the primary cause of the nonwetting property, with surface chemistry making a smaller contribution. Solid surface free energy values for all plasma-treated surfaces were found to be generally lower than the pristine surfaces, indicating that this process can be used to make similar classes of polymers nonwetting to gallium-based liquid metals.
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