自然界中許多生物表面都呈現(xiàn)出圖案化的陣列結(jié)構(gòu),不同的形狀、尺寸、間距及排列方式等使得動(dòng)/植物表面表現(xiàn)出各種奇特的潤(rùn)濕特性,例如超疏水性、超親水性、各向異性潤(rùn)濕性、定向潤(rùn)濕性等。近年來(lái),受動(dòng)植物表面陣列結(jié)構(gòu)及其潤(rùn)濕特性的啟發(fā),借助于先進(jìn)的仿生制備技術(shù),人工制備的圖案化陣列表面也呈現(xiàn)出多樣潤(rùn)濕性并被廣泛應(yīng)用于日常生活及工農(nóng)生產(chǎn)業(yè)中,例如自清潔、流體控制、防結(jié)冰以及微流控等諸多領(lǐng)域。本文從梯度表面液滴定向潤(rùn)濕的機(jī)理及應(yīng)用的角度出發(fā),以圖案化陣列梯度表面為研究對(duì)象,從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)液滴在其表面的潤(rùn)濕狀態(tài)、定向潤(rùn)濕行為及其在微流控器件中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文的主要研究成果如下:（1）結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)研究分析了不同表面張力的液滴在陣列梯度表面能夠發(fā)生定向潤(rùn)濕的初始條件。設(shè)計(jì)了五種圖案化的親疏水陣列梯度表面,預(yù)測(cè)了不同表面張力液滴能夠自發(fā)定向傳輸?shù)木嚯x,然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。利用不同表面張力液滴在陣列梯度表面定向潤(rùn)濕的差異性,將陣列梯度應(yīng)用到開放式微流控器件中去,制備出了一種“醫(yī)用酒精檢測(cè)計(jì)”,用以快速而簡(jiǎn)便地確定醫(yī)用酒精的應(yīng)用范圍。（2）從理論上分析了親水單元形狀變化對(duì)各向異性... 

【文章來(lái)源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：107 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

自然界中的定向潤(rùn)濕行為：(a)蝴蝶翅膀[1]

性明顯優(yōu)于相應(yīng)的完全非極性的化合物。高分碳?xì)滏溨袣浔黄渌尤〈�，其�?rùn)濕性能將等物質(zhì)屬于高表面能物質(zhì)，一般容易為液體所四氟乙烯等屬于低表面能物質(zhì)，一般不容易被可降低高聚物的表面能，取代的氫原子越多，面能，如玻璃表面的極性基團(tuán)（親水基團(tuán)）被的自由能，從而使玻璃表面疏水性提高。這種將這種表面能很低（疏水疏油）的涂料刷涂于避免堵塞，從而提高輸運(yùn)效率。固體表面上，液滴并不完全鋪展開而與固體表觸角。接觸角的定義是在固 氣 液三相交點(diǎn)之間的夾角就是接觸角，用 θ0表示，如圖 1-

的聚合物經(jīng)過(guò)打磨變粗糙之后變得更親水，因此他們認(rèn)為疏水和親水的界限應(yīng)為 65o。固體表面的接觸角是固體、液體、氣體之間張力相互平衡的結(jié)果，它使整個(gè)體系量趨于最低。一般情況下，液體在平坦固體表面的接觸角大小可用 Young 方程[11]來(lái)表示sv sl0lvcos = (1-其中，θ0表示本征接觸角，γsl、γsv和 γlv分別表示固-液、固-氣以及液-氣界面的表面力。Young 方程是研究液體在固體表面潤(rùn)濕性作用的基礎(chǔ)，其描述的是理想表面，即體是完全平滑且成分均一。但是固體表面往往不是完全光滑的，常常還具有一定的粗度。將一滴液滴滴在粗糙表面上時(shí)，其真實(shí)的接觸角很難測(cè)量，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的只是其表接觸角，表觀接觸角和表面張力關(guān)系不符合 Young's 方程，關(guān)于粗糙表面的潤(rùn)濕性研究目前最為成熟的是 Wenzel 理論[12]和 Cassie 理論[13]，Wenzel 理論和 Cassie 理論的模型別如圖 1-3(a)和(b)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表面穩(wěn)定潤(rùn)濕狀態(tài)及轉(zhuǎn)型過(guò)程的熱力學(xué)分析[J]. 吳兵兵,吳化平,張征,董晨晨,柴國(guó)鐘.  物理學(xué)報(bào). 2015(17)
[2]激光刻蝕硅表面的形貌及其對(duì)浸潤(rùn)性的影響[J]. 管自生,張強(qiáng).  化學(xué)學(xué)報(bào). 2005(10)
[3]微接觸印刷技術(shù)在表面圖案化中的應(yīng)用[J]. 馮杰,高長(zhǎng)有,沈家驄.  高分子材料科學(xué)與工程. 2004(05)

碩士論文
[1]柔性多級(jí)屈曲結(jié)構(gòu)表面潤(rùn)濕特性的機(jī)械調(diào)控研究[D]. 曹彬彬.浙江工業(yè)大學(xué) 2017



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