一種基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，主要包括了一個微流體操控下基板和一個上基板，所述下基板表面具有微納米雙重結構；微米結構為條狀結構，其表面均勻覆蓋一層導電層，該導電層表面覆蓋一層疏水介質層；納米結構位于微米結構底部間隙，其表面也覆蓋一層疏水介質層；所述下基板具有超疏水特性；所述上基板內表面覆蓋一組并排的電極陣列，該組電極排列方向與下基板條狀結構相互垂直，且相鄰電極之間間隔很小，電極表面覆蓋一層疏水介質層。本發(fā)明提供的電潤濕微流體裝置的下基板表面提供了較好的流體減遲滯特性，同時具備了電潤濕功能，可結合超疏水表面和電潤濕技術的雙重優(yōu)勢，實現具有強驅動能力、弱遲滯特性的微流體裝置。
【專利說明】—種基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電潤濕微流體裝置，尤其涉及一種基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置。
【背景技術】
[0002]電潤濕技術是近年來得到廣泛應用研究的新型微流體技術，其具有功耗低、響應速度快、器件結構簡單、體積小等特點。目前主流的電潤濕微流體裝置均基于光滑平整的微流體操控平臺，包含了疏水性絕緣層、光滑平整電極層。但是器件仍然存在水滴接觸角飽和以及固體表面對流體的遲滯力等一系列問題，嚴重影響到電潤濕器件的性能及可應用范圍。研究人員發(fā)現部分超疏水表面具有顯著的減遲滯特性，并且基于不同浸潤態(tài)可觀察到更大范圍的接觸角改變。然而，電潤濕效應對微流體的操控功能完全依賴于對水滴浸潤性的調節(jié)，在普通超疏水表面進行浸潤性調節(jié)會導致從具有減遲滯特性的Cassie態(tài)到具有強遲滯特性Wenzel態(tài)的轉換,而由于能量壁魚的作用，處于Wenzel態(tài)的水滴無法自動回復至 Cassie 態(tài)。

【發(fā)明內容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，可以在電潤濕操作過程中維持在非浸潤的Cassie態(tài)，從而具備超疏水表面的減遲滯特性。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0005]一種基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，包括一個微流體操控的下基板、一個微流體操控的上基板、以及位于下基板和上基板之間的微流體腔，所述下基板的上表面上設置有微納米雙重結構；所述微納米雙重結構中的微米結構包括并排間隔布置在下基板上表面上的一組微米級條狀結構(對材料無特殊要求，只要滿足微米級即可)，所述條狀結構的表面覆蓋有一層導電層，所述導電層的表面覆蓋有一層疏水介質層；所述微納米雙重結構中的納米結構包括布置在下基板上表面上的納米級結構陣列(對材料和結構陣列的單元無特殊要求，只要滿足納米級即可)，所述結構陣列的表面覆蓋有一層疏水介質層，所述結構陣列布置在相鄰條狀結構的間隙之間；所述下基板上表面的裸露處覆蓋有一層疏水介質層；
[0006]所述上基板的下表面覆蓋有一層疏水介質層，在上基板和其上覆蓋的疏水介質層之間并排間隔布置有一組電極，所述電極的長度方向取向和條狀結構的長度方向取向相垂直。
[0007]優(yōu)選的，所述微流體腔內為水性微流體，所述下基板與水性微流體接觸角大于150°，具有超疏水性。
[0008]所述疏水介質層可以為含氟聚合物，比如聚四氟乙烯。
[0009]所述上基板和電極均為透明材質，便于觀察并記錄微流體操控特性。[0010]所述所有條狀結構表面的導電層在下基板的末端相連，實現統(tǒng)一加電，從而簡化驅動電路。
[0011]有益效果:本發(fā)明提供的基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，創(chuàng)新地提出了基于復合超疏水結構的微流體操控界面，在電潤濕效應作用下實現浸潤性大范圍可回復調控的同時，實現相比光滑疏水表面更快速的調控速度；首先，由于三相接觸線沿著條狀結構間隙的位移過程中其長度保持不變，從而不會增加額外的粘附力，基于此原理，利用該種條狀結構形成的超疏水表面，電潤濕效應可在其表面實現可回復的大范圍浸潤性調整；其次，在條狀結構底部間隙的納米結構表面由于不存在電極，可避免受到電潤濕效應的影響，穩(wěn)定維持在Cassie狀態(tài)，在條狀結構超疏水表面進行浸潤性調整的過程中，提供可靠的減遲滯特性，提高流體位移速率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明在無電潤濕工作電壓作用下的截面圖；
[0013]圖2為本發(fā)明在無電潤濕工作電壓作用下的側面圖；
[0014]圖3為本發(fā)明在有電潤濕工作電壓作用下的截面圖；
[0015]圖4為本發(fā)明在有電潤濕工作電壓作用下上基板的側面圖；
[0016]圖5為本發(fā)明在有電潤濕工作電壓作用下上基板的側面圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0018]如圖1、圖2所示為一種基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，包括一個微流體操控的下基板12、一個微流體操控的上基板11、以及位于下基板12和上基板11之間的微流體腔10，所述微流體腔10內為水性微流體13，所述下基板12的上表面上設置有微納米雙重結構；所述微納米雙重結構中的微米結構包括并排間隔布置在下基板12上表面上的一組微米級條狀結構16，所述條狀結構16的表面覆蓋有一層導電層18，所述導電層18的表面覆蓋有一層疏水介質層19 ;所述微納米雙重結構中的納米結構包括布置在下基板12上表面上的納米級結構陣列17，所述結構陣列17的表面覆蓋有一層疏水介質層19，所述結構陣列17布置在相鄰條狀結構16的間隙之間；所述下基板12上表面的裸露處覆蓋有一層疏水介質層19 ；
[0019]所述上基板11的下表面覆蓋有一層疏水介質層19，在上基板11和其上覆蓋的疏水介質層19之間并排間隔布置有一組電極15,所述電極15的長度方向取向和條狀結構16的長度方向取向相垂直。
[0020]所述上基板11與下基板12采用材質的要求包括:機械強度高、耐熱耐寒、耐水性、良好的透明性，本實施例中利用玻璃。在實際器件制備過程中，上基板11和下基板12之間由墊片隔開，有效起到支撐作用，從而形成微流體腔10。上基板11與疏水介質層19中間設置的并列排布的電極15由透明導電材質制成，如氧化銦錫。電極15中電極尺寸較為狹長，且相鄰電極間隔極小。在本實施方案中電極15與導電層18分別起到接地和施加驅動信號的作用，兩者也可調換使用，即對所有電極15依次施加驅動信號，對導電層18施加接地信號。所述疏水介質層19由透明材質制成，如單層疏水性的透明非晶態(tài)含氟聚合物，或者在透明無機或者有機介質層表面沉積此含氟聚合物，本發(fā)明中利用AF1600。
[0021]如圖2是本發(fā)明電潤濕微流體裝置在無電潤濕工作電壓作用下的截面圖。水性微流體13處于上基板11和下基板12之間的微流體腔10內。條狀結構16具備了與水接觸角大于150°的超疏水特性，因此水性微流體13無法滲入條狀結構16的間隙。
[0022]如圖3是本發(fā)明電潤濕微流體裝置在有電潤濕工作電壓作用下的截面圖。由于電潤濕效應的作用，條狀結構16的表面具備了親水特性，水性微流體13因此滲入其結構間隙。結構陣列17表面沒有電極層，因此避免了電潤濕效應，其表面依然具備了與水接觸角大于150°的超疏水特性，維持了減遲滯特性。
[0023]如圖4是本發(fā)明電潤濕微流體裝置上基板11表面在有電潤濕工作電壓作用下的偵愐。由于電潤濕效應的作用，水性微流體13由圖1中的扁圓柱形變成了扁長方體。這是由于在電潤濕效應作用下，水滴傾向于粘附在施加有電壓的電極表面。本實施方案中，同時驅動了電極15中的兩個電極，在實際操作過程中，也可以同時驅動多個電極15或者單個電極15。
[0024]如圖5是本發(fā)明電潤濕微流體裝置上基板11表面在有電潤濕工作電壓作用下的側面。通過關閉施加在所有電極15中的兩個電極15上的驅動電壓，再開啟相鄰兩個電極15上的驅動電壓，水性微流體13的位置也相應的發(fā)生了變化。
[0025]與現有技術相比，本發(fā)明創(chuàng)新地提出了基于復合超疏水結構的微流體操控界面，該復合超疏水結構由微米級條狀結構16與納米級結構陣列17構成。在電潤濕效應作用下實現浸潤性大范圍可回復調控的同時，實現相比光滑疏水表面更快速的調控速度。首先，由于三相接觸線沿著條狀結構間隙的位移過程中其長度保持不變，從而不會增加額外的粘附力，基于此原理，利用該種微米級條狀結構陣列16形成的超疏水表面，電潤濕效應可在其表面實現可回復的大范圍浸潤性調整；其次，在微米級條狀結構16底部間隙的納米級結構陣列17表面由于不存在電極，可避免受到電潤濕效應的影響，穩(wěn)定維持在具有減遲滯特性的Cassie狀態(tài)，在微米級條狀結構陣列16超疏水表面進行浸潤性調整的過程中，提供可靠的減遲滯特性，提高流體位移速率，是一種具有強驅動能力、弱遲滯特性的微流體裝置。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，其特征在于:包括一個微流體操控的下基板(12)、一個微流體操控的上基板(11)、以及位于下基板(12)和上基板(11)之間的微流體腔(10)，所述下基板(12)的上表面上設置有微納米雙重結構；所述微納米雙重結構中的微米結構包括并排間隔布置在下基板(12)上表面上的一組微米級條狀結構(16)，所述條狀結構(16)的表面覆蓋有一層導電層(18),所述導電層(18)的表面覆蓋有一層疏水介質層(19);所述微納米雙重結構中的納米結構包括布置在下基板(12)上表面上的納米級結構陣列(17)，所述結構陣列(17)的表面覆蓋有一層疏水介質層(19)，所述結構陣列(17)布置在相鄰條狀結構(16)的間隙之間；所述下基板(12)上表面的裸露處覆蓋有一層疏水介質層(19)； 所述上基板(11)的下表面覆蓋有一層疏水介質層(19)，在上基板(11)和其上覆蓋的疏水介質層(19)之間并排間隔布置有一組電極(15),所述電極(15)的長度方向取向和條狀結構(16)的長度方向取向相垂直。
2.根據權利要求1所述的基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，其特征在于:所述微流體腔(10)內為水性微流體(13)，所述下基板(12)與水性微流體(13)接觸角大于150°。
3.根據權利要求1所述的基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，其特征在于:所述疏水介質層(19)為含氟聚合物。
4.根據權利要求1所述的基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，其特征在于:所述上基板(11)和電極(15)均為透明材質。
5.根據權利要求1所述的基于超疏水表面的電潤濕微流體裝置，其特征在于:所述所有條狀結構(16)表面的導電層(18)在下基板(12)的末端相連。
【文檔編號】B01J19/08GK103464070SQ201310451092
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權日:2013年9月27日
【發(fā)明者】吳俊 , 夏軍, 王保平 申請人:東南大學