發(fā)布時間：2020-05-18 11:15

【摘要】：液滴的定向輸運是固體表面特殊浸潤性的重要應(yīng)用之一。實現(xiàn)液滴快速、可逆、可重復(fù)的定向輸運在局部化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)分離、臨床診斷、噴墨打印等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。然而,現(xiàn)有主流的輸運手段存在輸運效率低,設(shè)備復(fù)雜,不可逆以及容易造成液滴損失等缺點,并不能滿足實際應(yīng)用的需求�；谝陨蠁栴},本課題首先通過仿真和實驗探究固體表面形貌對液滴浸潤性的影響。分別建立具有柱狀微結(jié)構(gòu)、片狀微結(jié)構(gòu)以及“樹狀”微納結(jié)構(gòu)的表面仿真模型,并在實驗中采用不同的方法在不同的鋁合金基底上分別制備了類似的表面結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)液滴在三相接觸線越不連續(xù)的表面上鋪展程度越低,即表面的疏水性越好。且“樹狀”微納結(jié)構(gòu)的表面易在微槽內(nèi)留存空氣,對液滴的粘附力降低。通過對比接觸角,滾動角,表面的平整度以及制備的難易程度,最終選擇在鋁合金基底上制備“樹狀”微納結(jié)構(gòu)作為本課題制備超疏水表面的主要方法。本課題還通過仿真對超疏水軌道與超親水軌道避免液滴偏離軌道的機理進行了研究。超疏水軌道依靠垂直壁為液滴提供重力勢壘來避免液滴偏離軌道。在超疏水軌道的寬度大小合適的情況下,軌道越深,液滴越難偏離軌道。而超親水軌道避免液滴偏離的機理有所不同。超親水表面首先要在液滴接觸軌道時吸附少量的液體,通過液體與液滴之間的范德華力的作用避免液滴偏離軌道。范德華力的大小與超親水軌道的橫截面積有關(guān),隨著超親水軌道的橫截面積增大,液滴所受到范德華力增大,液滴越不容易偏離軌道。但是如果軌道橫截面積過大,液滴將完全浸入軌道,無法進行輸運。
【圖文】：

第 1 章 緒 論.1 課題背景本課題是哈爾濱工業(yè)大學(xué) MEMS 中心的研究項目。該項目是國家自然科基金資助的研究項目，旨在對微納米尺度的特殊浸潤性表面進行研究。隨著微電子工業(yè)的發(fā)展，微機電加工(MEMS:Micro-Electro-Mechanicaystems)技術(shù)逐漸走進人們的日常生活。近年來，設(shè)備的日益微型化、微芯片高度集成化對微操作技術(shù)提出了更高的要求[1]。微液滴轉(zhuǎn)移通常是指對微液的拾取、移動和釋放，屬于典型的微操作過程。研究發(fā)現(xiàn)，，特殊浸潤性表面液滴的定向輸運方面具有廣泛的應(yīng)用價值，而超疏水表面[2]與超親水表面以具有獨特的表面浸潤性而受到世人關(guān)注。尤其是超疏水表面以及其高接觸角相關(guān)現(xiàn)象的研究可以追溯很長一段時間[3]，自從發(fā)現(xiàn)“荷葉效應(yīng)”[4,5]以來，續(xù)有很多研究者都成功制備出了具有高接觸角的超疏水表面[6-9]。與此同時多關(guān)于特殊浸潤性表面的新功能和新應(yīng)用都被揭示出來[10,11]。

圖 1-2 超疏水表面的自清潔特性[3]現(xiàn)如今，具有高粘附力的超疏水表面常被用于實現(xiàn)液滴的定向輸運。然用高粘附力超疏水表面輸運液滴的方法由于表面本身粘附力的限制導(dǎo)致運液滴的體積可調(diào)范圍較窄，且只能將液滴從低粘附力表面輸運至粘附力的表面，無法實現(xiàn)液滴的多次轉(zhuǎn)移、可逆轉(zhuǎn)移，且轉(zhuǎn)移效率過低。因此，一種可實現(xiàn)液體可逆的、方便快捷的轉(zhuǎn)移方法是十分必要的。由于超疏水能夠排斥水，超親水表面可以吸附水，將這兩種特殊浸潤性表面配合使用實現(xiàn)對液滴的快速定向輸運。這種方法將在局部化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)分離床診斷、噴墨打印等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。.2 國內(nèi)外特殊浸潤性表面制備工藝介紹隨著研究的不斷深入，國內(nèi)外對特殊浸潤性表面的制備方法研究已經(jīng)取重大進展，經(jīng)過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，想要獲得理想的超疏水表面，主要由方法來實現(xiàn)：一是可通過用低表面能的物質(zhì)修飾已有粗糙結(jié)構(gòu)的材料表面是在低表面能的材料上構(gòu)造粗糙表面[35]。而制備超親水表面也主要有兩
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O647

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2669632