本發(fā)明涉及微納加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可對(duì)水下氣泡進(jìn)行捕獲或排斥的裝置和水下氣泡捕獲或排斥的方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，關(guān)于水下氣泡的人工操控的研究吸引了人們極大的興趣。但大部分報(bào)道都是使用化學(xué)刻蝕或化學(xué)改性的方法構(gòu)造Janus系統(tǒng)。

但是現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)建的方法存在以下缺陷：

1.這些方法往往需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)步驟和較高的成本，而且大部分化學(xué)試劑還會(huì)污染環(huán)境，對(duì)人體有害。

2.Janus系統(tǒng)可以用于捕獲氣泡，但不適用于排斥氣泡，因?yàn)闅馀輹?huì)粘附在Janus系統(tǒng)的親氣面。但是親水表面由于疏氣特性，更加適合排斥氣泡。目前還沒(méi)有人在同一個(gè)樣品上實(shí)現(xiàn)Janus鋅網(wǎng)和雙面親水鋅網(wǎng)的可逆轉(zhuǎn)換。

因此，如何改善現(xiàn)有技術(shù)，獲得能夠自由轉(zhuǎn)換的、可進(jìn)行選擇性捕獲或排斥水下氣泡的裝置及方法，是急需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種可選擇性捕獲或排斥水下氣泡的裝置及其應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)Janus鋅網(wǎng)和雙面親水鋅網(wǎng)的可逆轉(zhuǎn)換的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種可選擇性捕獲或排斥水下氣泡的裝置，所述裝置具體為表面分布有多錐形孔陣列的錫箔基板，所述多錐形孔陣列具體由多個(gè)錐形孔構(gòu)成，所述錐形孔具體由孔徑較大的上表面微孔和孔徑較小的下表面微孔構(gòu)成，所述上表面微孔設(shè)置在錫箔基板的頂部且其直徑為139～142μm，所述下表面微孔設(shè)置在錫箔基板的底部且其直徑為60μm～62μm，所述上表面微孔和下表面微孔邊緣均附著有納米顆粒；

當(dāng)需要進(jìn)行捕獲水下氣泡時(shí)，將所述錫箔基板用錫紙包裹錫紙進(jìn)行包裹并在黑暗環(huán)境中加熱改性，獲得可捕獲水下氣泡的裝置；

當(dāng)需要進(jìn)行排斥水下氣泡時(shí)，將所述錫箔基板用紫外線LED燈照射改性，獲得可排斥水下氣泡的裝置。

進(jìn)一步，所述錫箔基板采用下述方法進(jìn)行加工制成：

采用激光功率為50mw的納秒激光器以1mm/s的掃描速度和200μm打孔間隔對(duì)錫箔基材進(jìn)行均勻直寫(xiě)鉆孔，獲得上表面微孔直徑為139～142μm、下表面微孔直徑為60μm～62μm且微孔邊緣附著納米顆粒的多錐形孔陣列的錫箔基板，且所述納秒激光器中心波長(zhǎng)為355nm，脈寬為10ns，重復(fù)頻率為10Hz。

進(jìn)一步，加熱改性時(shí)加熱溫度為250℃，加熱時(shí)間為30min。

進(jìn)一步，紫外線LED燈照射改性時(shí)，紫外線LED燈的功率為70W，波長(zhǎng)為365nm且照射時(shí)長(zhǎng)為10h。

本發(fā)明還提供一種捕獲水下氣泡的方法，該方法包括將權(quán)利要求4所述的可捕獲水下氣泡的裝置放置在水下，此時(shí)其上表面為超疏水/水下親氣，下表面為親水/水下疏氣，處于水中時(shí)在上下面間形成潤(rùn)濕梯度，水下氣泡由下表面穿過(guò)錐形孔至上表面，可用于捕獲其上表面的氣泡。

本發(fā)明還提供一種排斥水下氣泡的方法，該方法包括將權(quán)利要求4所述的可排斥水下氣泡的裝置放置在水下，此時(shí)其上表面為親水/水下疏氣，下表面也為親水/水下疏氣，處于水中時(shí)為雙面親水，水下氣泡無(wú)法由下表面穿過(guò)錐形孔至上表面，可用于排斥其下方的氣泡。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供了一種可進(jìn)行自由切換的Janus鋅網(wǎng)，其可采用錫紙包裹錫箔基板并對(duì)其進(jìn)行加熱后，獲得可捕獲水下氣泡的裝置；采用紫外線LED燈照射錫箔基板后，可獲得排斥水下氣泡的裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了自由切換功能錫箔基板，實(shí)現(xiàn)了可選擇性捕獲或排斥氣泡的目的；本發(fā)明提供的改性方法，操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需化學(xué)試劑、快速、高效、無(wú)污染的構(gòu)建Janus系統(tǒng)的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為錫箔改性示意圖：

圖2為加工完成的錫箔基板中上表面和下表面微孔結(jié)構(gòu)放大圖；

圖3為加工完成的錫箔基板加熱改性時(shí)加熱時(shí)長(zhǎng)與其表面水接觸角及氣泡接觸角關(guān)系圖；

圖4為加工完成的錫箔基板紫外燈改性時(shí)照射時(shí)長(zhǎng)與其表面水接觸角及氣泡接觸角關(guān)系圖；

圖5為加工完成的錫箔基板、加熱改性的錫箔基板和紫外改性的錫箔基板水下氣泡測(cè)試圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本實(shí)施例中，以錫箔作為基材對(duì)其進(jìn)行加工，其中加工方法具體為：

采用激光功率為50mw的納秒激光器以1mm/s的掃描速度和200μm打孔間隔對(duì)錫箔基材進(jìn)行均勻直寫(xiě)鉆孔，獲得上表面微孔直徑為139～142μm、下表面微孔直徑為60μm～62μm且微孔邊緣附著納米顆粒的多錐形孔陣列的錫箔基板，且所述納秒激光器中心波長(zhǎng)為355nm，脈寬為10ns，重復(fù)頻率為10Hz；

獲得的錫箔基板的上表面和下表面微孔結(jié)構(gòu)如圖2；

對(duì)獲得的錫箔基板外側(cè)包覆錫紙后進(jìn)行溫度為250℃的加熱改性處理，針對(duì)不同加熱時(shí)長(zhǎng)獲得的不同改性錫箔基板進(jìn)行水滴接觸角和氣泡接觸角測(cè)量，獲得的結(jié)果如圖3；

由圖3可知伴隨加熱時(shí)長(zhǎng)增加，上下表面的水接觸角不斷增大并在30min時(shí)趨于穩(wěn)定，上下表面的氣泡接觸角在30min時(shí)趨于穩(wěn)定；

由圖3可得，穩(wěn)定后，其上表面為超疏水，接觸角為154°-160°，對(duì)應(yīng)水中氣泡的接觸角為29°～32°，其下表面為親水，其接觸角為79°～87°，對(duì)應(yīng)水中氣泡接觸角為105°～115°；

分析可得，基材上表面由于更大的粗糙度，加熱后改性為超疏水/水下親氣，下表面粗糙度較小，仍然為親水/水下疏氣，從而在上下面間形成了潤(rùn)濕梯度，此時(shí)水下氣泡可以從下表面通過(guò)錐孔穿透到上表面，可以用于捕獲氣泡；

同時(shí)，選的加熱時(shí)長(zhǎng)為30min為最佳加熱時(shí)長(zhǎng)；

對(duì)獲得的錫箔基板進(jìn)行紫外線LED燈進(jìn)行照射，針對(duì)不同照射時(shí)長(zhǎng)獲得的不同改性錫箔基板進(jìn)行水滴接觸角和氣泡接觸角測(cè)量，獲得的結(jié)果如圖4；

由圖4可知伴隨照射時(shí)長(zhǎng)增加，上下表面的水接觸角不斷降低并趨于穩(wěn)定，上下表面的氣泡接觸叫不斷增大并趨于穩(wěn)定；

由圖4可得，穩(wěn)定后，上表面接觸角為27°-40°，對(duì)應(yīng)水中氣泡接觸角為140°-155°，其下表面也為親水，接觸角為51°-71°，對(duì)應(yīng)水中氣泡接觸角為109°～129；

分析可得，上表面經(jīng)紫外線照射后改性為親水/水下疏氣，下表面也是親水/水下疏氣，得到了雙面親水鋅網(wǎng)，水下氣泡無(wú)法穿過(guò)雙面親水網(wǎng)，可以用于排斥氣泡；

同時(shí)，選定照射時(shí)長(zhǎng)為10h為最佳照射時(shí)長(zhǎng)；

激光打孔后、加熱后和紫外燈照射后，水下氣泡測(cè)試對(duì)比圖如圖5；

由圖5，可得本發(fā)明提供的方法能夠有效地提供可自由切換的雙面錫箔基板，其可選擇性的進(jìn)行捕獲或排斥氣泡。

與報(bào)道的氟化改性或化學(xué)刻蝕方法不同，本發(fā)明采用納秒激光鉆孔結(jié)合加熱和UV輻照的方法改變樣品的潤(rùn)濕性，操作更加簡(jiǎn)便，無(wú)環(huán)境污染。

利用鋅箔本身良好的光催化特性，可以通過(guò)加熱或UV輻照，自由切換Janus網(wǎng)和雙面親水網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)選擇性地捕獲或排斥水下氣泡，這是過(guò)去不曾實(shí)現(xiàn)的功能。