發(fā)布時間：2020-09-24 14:07

　　 隨著微流控技術(shù)的迅速發(fā)展,多功能、便攜化器件與系統(tǒng)成為其發(fā)展的必然趨勢,微尺度流體的精確操控是其前提與基礎(chǔ)�；诮橘|(zhì)層的電潤濕效應(yīng)作為一種微流體現(xiàn)象可通過電壓精確控制液滴形變與位移,已在柔性電子紙、變焦液體透鏡、微流控分析、能量收集、微移動平臺器等領(lǐng)域中表現(xiàn)出誘人的發(fā)展前景。但目前傳統(tǒng)固體介質(zhì)上的電潤濕存在可逆性較差、驅(qū)動電壓較高(50-200V左右)、液滴震蕩及高壓易擊穿等問題,已成為制約電潤濕器件與系統(tǒng)便攜化及應(yīng)用的重要因素。部分工作雖在空氣環(huán)境中實現(xiàn)了低電壓電潤濕,但仍然存在可逆性極差與介質(zhì)層太薄極易被擊穿等諸多問題,而利用交流電驅(qū)動液滴提升電潤濕可逆性的方法又很大程度上限制了電潤濕的應(yīng)用范圍。研究發(fā)現(xiàn)液滴與介質(zhì)層三相接觸線的釘扎作用是導(dǎo)致驅(qū)動電壓高及可逆性差的一個重要因素,而液體介質(zhì)層的出現(xiàn)可有望減小來自基底的釘扎作用力,受到這一思路的啟發(fā),研究者們提出了一種新型的基于光滑注液多孔表面的電潤濕模型,可有效改善電潤濕的可逆性、減弱液滴震蕩,然而該模型仍存在驅(qū)動電壓過高的問題。針對目前基于光滑注液多孔表面的電潤濕驅(qū)動電壓過高的問題,為了降低電潤濕現(xiàn)象的驅(qū)動電壓,本文開展了經(jīng)氟硅烷修飾的注液多孔聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene,PTFE)薄膜上水滴的電潤濕效應(yīng)研究。研究發(fā)現(xiàn),在28μm厚的PTFE多孔薄膜上先經(jīng)全氟辛基三氯硅烷水解/接枝修飾,并灌注硅油后表現(xiàn)出良好的疏水性,該薄膜可實現(xiàn)在正0-60V電壓作用下水滴在空氣環(huán)境中接觸角從112°到58°之間的連續(xù)可逆調(diào)制,大幅度降低了正向驅(qū)動電壓。同時通過調(diào)節(jié)氟硅烷溶液的濃度,這種低壓電潤濕可以實現(xiàn)完全的可逆性。此外實驗發(fā)現(xiàn)這種基于氟硅烷修飾的光滑注液薄膜電潤濕在正負電壓調(diào)制時表現(xiàn)出與傳統(tǒng)介質(zhì)層電潤濕完全不一樣的非對稱性,在施加正向直流電壓時可以觀察到低電壓電潤濕現(xiàn)象,然而在施加負向直流電壓時觀察不到低電壓電潤濕現(xiàn)象。我們的研究提供了一種新的途徑來實現(xiàn)低壓可逆電潤濕,對豐富介電潤濕相關(guān)理論不僅有非常重要的科學(xué)意義,而且在微流控器件設(shè)計與應(yīng)用等領(lǐng)域具有巨大的實際應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN492
【部分圖文】：

圖 1-1 Lippmann 搭建的電毛細實驗裝置示意圖相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)中有效控制液滴的一種方法，由于電潤濕性好，體積小等諸多優(yōu)勢，而且不需要利用復(fù)體液滴相對靈活，精確的操縱，因而使得其在光域日益成為研究重點。包括飛利浦，三星，朗大學(xué)等世界上許多的科研機構(gòu)都開展了基于中科院微系統(tǒng)所和清華大學(xué)精密儀器系也開表明了電潤濕技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。r 等首次提出利用介質(zhì)上電潤濕實現(xiàn)了對小水 Berge 和 Peseux 將電潤濕技術(shù)應(yīng)用到了變焦進展13，如圖 1-2 所示，該透鏡通過改變電壓

圖 1-1 Lippmann 搭建的電毛細實驗裝置示意圖1.2 電潤濕的相關(guān)應(yīng)用作為微流體系統(tǒng)中有效控制液滴的一種方法，由于電潤濕自身具備調(diào)控范圍寬，速度快，可靠性好，體積小等諸多優(yōu)勢，而且不需要利用復(fù)雜的微納米通道,便可實現(xiàn)對微流體液滴相對靈活，精確的操縱，因而使得其在光學(xué)、生命、化學(xué)、電子學(xué)等諸多領(lǐng)域日益成為研究重點。包括飛利浦，三星，朗訊，加州大學(xué)洛杉磯分校，辛辛那提大學(xué)等世界上許多的科研機構(gòu)都開展了基于介電潤濕現(xiàn)象的產(chǎn)品研發(fā)12。國內(nèi)的中科院微系統(tǒng)所和清華大學(xué)精密儀器系也開展了相關(guān)的科學(xué)研究。這一切充分表明了電潤濕技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。2000 年 Fair 等首次提出利用介質(zhì)上電潤濕實現(xiàn)了對小水滴的驅(qū)動6。在同年，法國科學(xué)家 Berge 和 Peseux 將電潤濕技術(shù)應(yīng)用到了變焦液體透鏡的制作中去并取得一系列進展13，如圖 1-2 所示，該透鏡通過改變電壓來改變液體曲面的

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 光滑注液多孔表面極性低壓電潤濕行為研究曲率半徑，從而實現(xiàn)焦距的變化。2003 年 CK Kim 等首次提出了數(shù)字微流控電路的構(gòu)想，從而實現(xiàn)了液滴的輸運、產(chǎn)生、分離和合并14。2004 年飛利浦公司R.Hayes 等人推出了基于介電潤濕效應(yīng)的電子顯示紙（圖 1-3），這種電子紙是一種和我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娨�、電腦顯示器工作原理十分相似的成像設(shè)備引起，這引起了人們對于電潤濕顯示技術(shù)的高度關(guān)注15。美國杜克大學(xué) Richard Fair 等人將介電潤濕應(yīng)用到了 Lab-on-a-chip 中16，設(shè)計出了如圖 1-4 所示的微流控芯片，并取得了成功，這對介電潤濕的發(fā)展和未來分析科學(xué)產(chǎn)生了深遠的影響。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周春隆;;有機顏料粒子表面極性調(diào)整技術(shù)進展[J];精細與專用化學(xué)品;2007年17期

2 益小蘇,鄒湘坪;乙炔等離子體聚合及對HDPE表面極性的改進[J];高分子材料科學(xué)與工程;1996年05期

3 鄒仲之;上皮的細胞表面極性[J];解剖學(xué)雜志;1991年03期

4 李一鳴;;試論石料的親水性[J];華東公路;1984年03期

5 何炳林,王林富,史作清,施榮富,馮君謙,趙芬芝,劉振華,普敏莉;高比表面極性吸附樹脂的合成及其性能研究[J];離子交換與吸附;1991年03期

6 艾瑩瑩;張永春;陳紹云;李桂民;;改性5A分子篩吸附分離CO_2/N_2的研究[J];低溫與特氣;2010年03期

7 羅欣,武德珍,云洋;聚烯烴表面改性技術(shù)[J];化工科技;1998年04期

8 梅超群;樊永明;羅冠群;張洪利;;溫度對楊木木粉表面自由能和表面極性的影響[J];應(yīng)用化工;2010年07期

9 王子瑩;邱夢怡;楊妍;孫可;;不同生物炭吸附乙草胺的特征及機理[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2016年01期

10 李亞娜;李樹材;王建清;;離子轟擊對HDPE膜表面性能的影響[J];天津科技大學(xué)學(xué)報;2010年03期

相關(guān)會議論文 前4條

1 陳成;石恒沖;;利用反相氣相色譜測定木粉的表面性能[A];第二屆中國林業(yè)學(xué)術(shù)大會——S11 木材及生物質(zhì)資源高效增值利用與木材安全論文集[C];2009年

2 曾小偉;袁榮華;溫青;范云鴿;王春紅;施榮富;;懸掛雙鍵后交聯(lián)反應(yīng)制備的高比表面極性大孔吸附樹脂[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集（下冊）[C];2009年

3 歐榮賢;謝延軍;王清文;Michael P.Wolcott;;細胞壁化學(xué)改性對HDPE復(fù)合材料流變性能的影響[A];第十二屆全國流變學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2014年

4 鄭安吶;管涌;周強;程巖;;分子組裝抗菌技術(shù)及其對高分子材料性能的影響[A];第二屆中國抗菌材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會論文集[C];2002年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 呂軍鋒;薄膜表面極性火焰處理技術(shù)的原理及其特點[N];中國包裝報;2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 侯麗新;顏色分區(qū)的片狀立方氮化硼單晶的特性研究[D];吉林大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 強文斌;光滑注液多孔表面極性低壓電潤濕行為研究[D];蘭州大學(xué);2018年

2 劉中偉;表面極性纖維的制備及其對水泥基材料增強改性的研究[D];濟南大學(xué);2014年

3 厲世能;芳綸纖維的老化及表面處理的研究[D];蘇州大學(xué);2012年

本文編號：2825820