一種在超疏水基體上實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸?shù)姆椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在超疏水基體上實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸?shù)姆椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]超疏水表面是指材料表面與水滴的接觸角大于150°且滾動(dòng)角小于10°，其表面的微納米微觀形貌和疏水官能團(tuán)決定了其疏水性能。液滴定向運(yùn)輸是指液滴在超疏水表面沿著設(shè)計(jì)的軌道滾動(dòng)。它在生物分析、液滴分離等微流控領(lǐng)域存在潛在的應(yīng)用價(jià)值。近年來，在超疏水表面實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸受到越來越多專家、學(xué)者的關(guān)注。QianFeng Xu等(Applied Physics Letters, 2008, 93 (23), 233112.)用刀片在超疏水表面劃出一個(gè)寬度約200 μ m的S型線，實(shí)現(xiàn)水滴沿著S型線的定向運(yùn)輸。Seo等(ACS applied materials&interfaces, 2011，3 (12)，4722-4729.)通過選擇性紫外強(qiáng)化光解，在超疏水表面獲得既定形狀的超親水軌跡，實(shí)現(xiàn)水滴的多種定向運(yùn)輸。公開號(hào)為103966654A的發(fā)明專利通過在鋁合金超疏水表面進(jìn)行特殊的光刻處理，得到具有特定形狀的水滴定向滾動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)了液滴定向運(yùn)輸。以上方法雖然可以實(shí)現(xiàn)在超疏水表面實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸，但可控性較差或工藝復(fù)雜，并對(duì)超疏水表面造成不可逆的破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服已有方法存在的破壞性、復(fù)雜性及通用性差等不足，提供一種在超疏水基體上實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸?shù)姆椒?。通過對(duì)超疏水基體進(jìn)行選擇性等離子體親水化處理，得到具有特定形狀的親水性軌跡，從而實(shí)現(xiàn)液滴的定向運(yùn)輸。
[0004]等離子體中富含活性高能粒子，當(dāng)?shù)入x子體作用于超疏水基體時(shí)，其表面的低表面能官能團(tuán)鍵被打斷，并發(fā)生表面氧化，高表面能官能團(tuán)隨之引入基體表面，被處理表面因此轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水表面。在超疏水表面做選擇性等離子體親水化處理，即可形成特定親水性軌跡。液滴與親水軌跡接觸的部分滿足Wenzel模型，液滴滾動(dòng)時(shí)所受阻力較大；液滴與超疏水表面接觸的部分滿足Cassie模型，滾動(dòng)時(shí)所受阻力小。因此當(dāng)基體傾斜角Θ后，液滴在重力和阻力的綜合作用下會(huì)沿著所設(shè)計(jì)的親水性軌跡滾動(dòng)。
[0005]—種在超疏水基體上實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸?shù)姆椒ǎ入x子體與超疏水基體反應(yīng)，使超疏水基體轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水表面，獲得超疏水基體表面的親水性軌跡:
[0006]I)當(dāng)?shù)入x子體的橫截面尺寸大于所需親水性軌跡寬度，需將掩膜置于超疏水基體表面上，等離子體通過掩膜上鏤空位置與超疏水基體表面發(fā)生作用，形成選擇性親水化處理；
[0007]2)當(dāng)?shù)入x子體與超疏水表面作用橫截面尺寸等于所需親水性軌跡寬度，不需要掩膜輔助即可獲得所需尺寸的親水性軌跡；所述的掩膜上鏤空位置的形狀與親水性軌跡的形狀相同。
[0008]將處理后的超疏水基體傾斜一定角度，使液滴能夠沿著處理后的親水性軌跡流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液滴在超疏水基體上定向運(yùn)輸。
[0009]所述的掩膜上鏤空位置的形狀與親水性軌跡的形狀相同。
[0010]超疏水基體表面親水化處理所采用的等離子體是低壓等離子體或大氣壓等離子體。
[0011]本發(fā)明的有益之處在于:操作簡(jiǎn)單、處理效率高、成本低；因?yàn)榈入x子體作用只分解超疏水表面的低表面能官能團(tuán)而幾乎不破壞表面微納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超疏水表面的可逆親水性處理；該方法可獲得任意寬度的定向運(yùn)輸軌跡，滿足不同大小液滴的定向運(yùn)輸要求；該方法適用于多種基體超疏水表面，通用性好。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明采用掩膜對(duì)超疏水表面親水化處理的示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明采用無掩膜方法對(duì)超疏水表面親水化處理的示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明得到的超疏水表面液滴定向運(yùn)輸示意圖。
[0015]圖中:I超疏水基體；2掩膜；3掩膜上鏤空部分；4等離子體；
[0016]5等離子體在超疏水基體表面的運(yùn)動(dòng)軌跡；6液滴；
[0017]7親水性軌跡(液滴定向運(yùn)輸軌跡);Θ為傾斜角度。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合技術(shù)方案用等離子體射流處理超疏水基體，使超疏水基體轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水表面，獲得超疏水基體表面的親水性軌跡。將處理后的超疏水基體傾斜一定角度，使液滴能夠沿著處理后的親水性軌跡流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液滴在超疏水基體上定向運(yùn)輸。
[0019]實(shí)施例:
[0020]本實(shí)施例為大氣壓冷等離子射流對(duì)超疏水鋁表面進(jìn)行有掩膜親水化處理，實(shí)現(xiàn)超疏水鋁表面的水滴定向運(yùn)輸。
[0021]冷等離子體射流發(fā)生器采用公開號(hào)為CN 102625557 A的發(fā)明專利中提出的大氣壓氮?dú)饫涞入x子體射流發(fā)生器，工作氣體采用純度為99.999%的氮?dú)?。因產(chǎn)生的等離子體射流直徑大于所需親水性軌跡，故實(shí)施例中采用掩膜板，鏤空部分為寬度為0.5mm的“S”型曲線。射流沿著“S”型軌跡以lmm/s的速度處理超疏水鋁表面，形成親水性“S”軌跡。將處理后的基體如圖3放置，傾斜角Θ =20°，將20 μ L的水滴滴于“S”上游，水珠將沿著設(shè)計(jì)的“S”型軌跡滾動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在超疏水基體上實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸?shù)姆椒?，其特征在于，等離子體與超疏水基體反應(yīng)，使超疏水基體轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水表面，獲得超疏水基體表面的親水性軌跡: 1)當(dāng)?shù)入x子體的橫截面尺寸大于所需親水性軌跡寬度，需將掩膜置于超疏水基體表面上，等離子體通過掩膜上鏤空位置與超疏水基體表面發(fā)生作用，形成選擇性親水化處理； 2)當(dāng)?shù)入x子體與超疏水表面作用橫截面尺寸等于所需親水性軌跡寬度，不需要掩膜輔助即可獲得所需尺寸的親水性軌跡；所述的掩膜上鏤空位置的形狀與親水性軌跡的形狀相同； 將處理后的超疏水基體傾斜一定角度，使液滴能夠沿著處理后的親水性軌跡流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液滴在超疏水基體上定向運(yùn)輸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，超疏水基體表面親水化處理所采用的等離子體是低壓等離子體或大氣壓等離子體。3.一種在超疏水基體上實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸?shù)姆椒?，其特征在于，用等離子體射流處理超疏水基體，使超疏水基體轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水表面，獲得超疏水基體表面的親水性軌跡: 1)當(dāng)?shù)入x子體射流的橫截面尺寸大于所需親水性軌跡寬度，需將掩膜置于超疏水基體表面上，等離子體射流通過掩膜上鏤空位置與超疏水基體表面發(fā)生作用，形成選擇性親水化處理； 2)當(dāng)?shù)入x子體射流與超疏水表面作用橫截面尺寸等于所需親水性軌跡寬度，不需要掩膜輔助即可獲得所需尺寸的親水性軌跡；所述的掩膜上鏤空位置的形狀與親水性軌跡的形狀相同； 將處理后的超疏水基體傾斜一定角度，使液滴能夠沿著處理后的親水性軌跡流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液滴在超疏水基體上定向運(yùn)輸。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在超疏水基體上實(shí)現(xiàn)液滴定向運(yùn)輸?shù)姆椒?，屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。通過對(duì)超疏水基體表面進(jìn)行選擇性等離子體處理，等離子體中的高能粒子及活性成分將被處理區(qū)域的超疏水基團(tuán)分解氧化生成親水基團(tuán)，使被處理區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈弑砻婺艿挠H水區(qū)域，實(shí)現(xiàn)液滴沿著親水軌跡的定向運(yùn)輸。根據(jù)所需親水性軌跡尺寸大小與所選用等離子體尺度的關(guān)系，選擇無/有掩膜等離子體親水化處理，得到預(yù)定寬度的定向運(yùn)輸軌跡。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、處理效率高、成本低；且等離子體作用只分解超疏水表面的低表面能官能團(tuán)而不破壞表面微納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超疏水表面的可逆親水性處理；該方法可獲得任意寬度的定向運(yùn)輸軌跡，滿足不同大小液滴的定向運(yùn)輸要求。
【IPC分類】C08J7/00
【公開號(hào)】CN105566666
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410539557
【發(fā)明人】劉新, 陳發(fā)澤, 楊曉龍, 黃帥, 徐文驥
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2014年10月13日