一種在超疏水基體上實現(xiàn)液滴定向運輸?shù)姆椒?br>【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料表面處理技術領域，具體涉及一種在超疏水基體上實現(xiàn)液滴定向運輸?shù)姆椒ā?br>【背景技術】
[0002]超疏水表面是指材料表面與水滴的接觸角大于150°且滾動角小于10°，其表面的微納米微觀形貌和疏水官能團決定了其疏水性能。液滴定向運輸是指液滴在超疏水表面沿著設計的軌道滾動。它在生物分析、液滴分離等微流控領域存在潛在的應用價值。近年來，在超疏水表面實現(xiàn)液滴定向運輸受到越來越多專家、學者的關注。QianFeng Xu等(Applied Physics Letters, 2008, 93 (23), 233112.)用刀片在超疏水表面劃出一個寬度約200 μ m的S型線，實現(xiàn)水滴沿著S型線的定向運輸。Seo等(ACS applied materials&interfaces, 2011，3 (12)，4722-4729.)通過選擇性紫外強化光解，在超疏水表面獲得既定形狀的超親水軌跡，實現(xiàn)水滴的多種定向運輸。公開號為103966654A的發(fā)明專利通過在鋁合金超疏水表面進行特殊的光刻處理，得到具有特定形狀的水滴定向滾動軌跡，從而實現(xiàn)了液滴定向運輸。以上方法雖然可以實現(xiàn)在超疏水表面實現(xiàn)液滴定向運輸，但可控性較差或工藝復雜，并對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、復雜性及通用性差等不足，提供一種在超疏水基體上實現(xiàn)液滴定向運輸?shù)姆椒?。通過對超疏水基體進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，從而實現(xiàn)液滴的定向運輸。
[0004]等離子體中富含活性高能粒子，當?shù)入x子體作用于超疏水基體時，其表面的低表面能官能團鍵被打斷，并發(fā)生表面氧化，高表面能官能團隨之引入基體表面，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，液滴滾動時所受阻力較大；液滴與超疏水表面接觸的部分滿足Cassie模型，滾動時所受阻力小。因此當基體傾斜角Θ后，液滴在重力和阻力的綜合作用下會沿著所設計的親水性軌跡滾動。
[0005]—種在超疏水基體上實現(xiàn)液滴定向運輸?shù)姆椒?，等離子體與超疏水基體反應，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?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?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，實現(xiàn)液滴在超疏水基體上定向運輸。
[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:操作簡單、處理效率高、成本低；因為等離子體作用只分解超疏水表面的低表面能官能團而幾乎不破壞表面微納米結構，實現(xiàn)對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輸軌跡，滿足不同大小液滴的定向運輸要求；該方法適用于多種基體超疏水表面，通用性好。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明采用掩膜對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動軌跡；6液滴；
[0017]7親水性軌跡(液滴定向運輸軌跡);Θ為傾斜角度。
【具體實施方式】
[0018]以下結合技術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，實現(xiàn)液滴在超疏水基體上定向運輸。
[0019]實施例:
[0020]本實施例為大氣壓冷等離子射流對超疏水鋁表面進行有掩膜親水化處理，實現(xiàn)超疏水鋁表面的水滴定向運輸。
[0021]冷等離子體射流發(fā)生器采用公開號為CN 102625557 A的發(fā)明專利中提出的大氣壓氮氣冷等離子體射流發(fā)生器，工作氣體采用純度為99.999%的氮氣。因產(chǎn)生的等離子體射流直徑大于所需親水性軌跡，故實施例中采用掩膜板，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，水珠將沿著設計的“S”型軌跡滾動。
【主權項】
1.一種在超疏水基體上實現(xiàn)液滴定向運輸?shù)姆椒?，其特征在于，等離子體與超疏水基體反應，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?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?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，實現(xiàn)液滴在超疏水基體上定向運輸。2.根據(jù)權利要求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現(xiàn)液滴定向運輸?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，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?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?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，實現(xiàn)液滴在超疏水基體上定向運輸。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在超疏水基體上實現(xiàn)液滴定向運輸?shù)姆椒?，屬于材料表面處理技術領域。通過對超疏水基體表面進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)域的超疏水基團分解氧化生成親水基團，使被處理區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈弑砻婺艿挠H水區(qū)域，實現(xiàn)液滴沿著親水軌跡的定向運輸。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系，選擇無/有掩膜等離子體親水化處理，得到預定寬度的定向運輸軌跡。本發(fā)明操作簡單、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而不破壞表面微納米結構，實現(xiàn)對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輸軌跡，滿足不同大小液滴的定向運輸要求。
【IPC分類】C08J7/00
【公開號】CN105566666
【申請?zhí)枴緾N201410539557
【發(fā)明人】劉新, 陳發(fā)澤, 楊曉龍, 黃帥, 徐文驥
【申請人】大連理工大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月13日