激光加工技術(shù)因具有精度高,耗時短等優(yōu)點,近些年被廣泛應用在精密鉆孔,精密切割,微納加工等領(lǐng)域。通過激光加工在材料表面構(gòu)造理想的微結(jié)構(gòu),可以高效、精準地控制表面潤濕性。本文以激光加工技術(shù)為基礎(chǔ),研究了一系列操控水下氣泡的方法,為超高速氣泡捕捉、定向氣泡輸送、收集和氣液分離等領(lǐng)域的先進材料設(shè)計提供新的視角。全文內(nèi)容主要包括以下幾部分:（1）通過納秒激光微鉆孔制備了具有錐孔陣列的紫外光/熱雙響應鋅箔,其上表面的微孔直徑達到141μm,下表面微孔直徑為60μm;一旦錐孔陣列鋅箔被加熱改性,其上表面將呈現(xiàn)超疏水性,而下表面仍保持親水,這種具有非對稱潤濕性的材料形象地稱為“雙面神”。我們基于“雙面神”鋅箔的潤濕梯度特性成功地捕獲了水下氣泡;隨后,“雙面神”鋅箔被放在紫外LED下輻照10 h后,其上表面由超疏水恢復為親水,我們利用這種雙面親水的鋅箔驅(qū)趕水下氣泡。基于鋅箔的紫外光/熱雙響應特性,可以快速實現(xiàn)“雙面神”鋅箔與雙面親水鋅箔的可逆切換,達到對水下氣泡進行捕獲或驅(qū)逐的目的。這種結(jié)合納秒激光打孔和外部刺激的方法具有很多優(yōu)點:1.納秒激光加工技術(shù)不受材料的限制,它可根據(jù)控制系統(tǒng)中繪制的復雜圖案進行... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

具有液滴操控能力的生物

第一章緒論10捕獲氣泡和排斥氣泡之間的可逆切換；（2）將仿水稻葉的PDMS溝槽表面與SLMP相結(jié)合，制備了SLMP注入表面(SLMP-IS)實現(xiàn)了水下氣泡的各向異性滑動。1.2材料表面潤濕性材料的潤濕性主要包括材料與液體或氣體的接觸角、滾動角、粘滯力等，是材料表面的重要性質(zhì)。潤濕性是材料表面的微納結(jié)構(gòu)和化學成分共同作用的結(jié)果，通過改變材料潤濕性，可以達到控制液滴或氣泡運動的目的。1.2.1接觸角接觸角是衡量固體表面潤濕性的一個重要參數(shù)。如圖1.2所示，當固體表面的液滴處于平衡狀態(tài)時，在液體/固體/氣體的交叉點處作一條氣/液界面的切線，該切線與固體表面的夾角，稱為接觸角。圖1.2接觸角的定義Fig.1.2Theconceptofcontactangle.固體表面的潤濕過程與固體的表面張力有關(guān)。當液滴在固體表面達到平衡狀態(tài)時，可以使用楊氏方程來解釋接觸角與表面張力之間的關(guān)系。=+（1.1）式中、、分別表示固氣、固液、液氣之間的表面張力（N/m），為固體表面的接觸角。根據(jù)楊氏方程可以推測出固體表面接觸角的大小并反映出幾種不同的潤濕特性：（1）當0o<時，固體表面具有超親水特性，此時液滴極易滯留在固體表面并沿著表面迅速鋪展；（2）當<時，固體表面具有親水特性，此時液滴也會滯留在固體表面并沿著表面緩慢鋪展；（3）當<時，固體表面具有疏水特性，此時液滴不易在固體表面鋪展；（4）當150o時，固體表面具有超疏水特性，此時液滴接觸固體表面時會

構(gòu)。由于粗糙結(jié)構(gòu)的存在，固液界面實際接觸面積大于表觀上的接觸面積，從而提高了固體表面的親水性或疏水性。根據(jù)Wenzel方程，粗糙表面的接觸角與光滑表面的接觸角具有如下關(guān)系：=（1.2）式中為固體表面粗糙因子，是固液界面的實際接觸面積與表觀接觸面積之比。所以，粗糙結(jié)構(gòu)對固體表面的潤濕性起到了放大作用，即固體表面是本征疏水時，表面的粗糙度越大，接觸角越大；固體表面是本征親水時，表面的粗糙度越大，接觸角越校但是，Wenzel方程只適用于固體表面粗糙結(jié)構(gòu)均勻的表面，這大大降低了Wenzel方程的適用性。圖1.3Wenzel模型Fig.1.3ThemodelofWenzel而科學家Cassie卻認為液體無法完全浸入固體表面的粗糙結(jié)構(gòu)，液滴在粗糙表面以一種復合狀態(tài)存在，如圖1.4所示。即液滴無法完全浸入固體表面，液滴與固體表面間還存在一部分空氣。液滴與表面的表觀接觸面積實際是固/液接觸面積與固/氣接觸面積之和。根據(jù)Cassie方程，粗糙表面接觸角與光滑表面接觸角具有如下關(guān)系：=+1（1.3）式中為固液接觸面積與表面積之比。對于本征疏水的固體表面（），越小則越大，所以粗糙結(jié)構(gòu)同樣對固體表面的潤濕性具有放大作用。當固體表面的粗糙度足夠大時，液滴將會以球狀滯留在固體表面。雖然Cassie模型與Wenzel模型對于液滴與固體的接觸方式提供了不同的想法，但都考慮到了粗糙結(jié)構(gòu)對固液接觸的影響，為后續(xù)的潤濕性研究提供了理論支撐。

【參考文獻】：
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