PDMS/P（VDF-TrFE）基介电润湿材料的制备及性能研究
发布时间：2021-02-13 07:41
电介质上的电润湿（Electrowetting On Dielectric,EWOD）是通过改变界面张力来控制微小液滴的最有效方法之一,在生物领域用芯片、光学应用器件、显示器件、芯片上实验室等领域有广泛的应用前景。电极和液滴之间的介电层在EWOD器件中起着至关重要的作用,其中高介电常数的介电薄膜能有效地抑制其表面导电液滴的电解,并使得在施加外加电场时,介电层接触角的变化范围大大提高,且高介电常数对降低驱动阈值电压、提高器件可靠性至关重要。而介电层具有低表面能和低润湿性是保证薄膜表面微流体更方便流动的另一关键因素。因此具有高介电常数和疏水表面的介电层是低压电润湿器件的关键。本文中,在前期工作将PDMS和P（VDF-TrFE）两种有机物共混制成单层介电润湿膜的背景下,为获得更好的疏水性能,我们选择自制纳米粒径的PS球掺入构造微凸起结构来提高复合薄膜的疏水性能,同时一定程度上改善复合薄膜的介电性能。进一步地,为了优化接触角和介电性能,降低粗糙度,分为两个方面进行研究,一是探索PS小球制备方法,降低PS小球的粒径和掺杂量,制成三种有机物共混的介电润湿膜;二是在PS球外负载Au纳米颗粒,成功制备...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电润湿显示器件装置图
第一章绪论9图1.3（a）两个平行电极板之间的水滴转移，（b）水滴在共面电极上滑动、爬升和上行，（c）将浸泡在盐水中的汞液滴转移到阴极Figure1.3(a)Waterdroptransferbetweentwoparallelelectrodeplates,(b)waterdropletsslide,climbandascendoncoplanarelectrodes,(c)transferthedropofmercuryimmersedinbrinetothecathode.上述电极和电解质的夹层结构复杂，产生很大的摩擦力，限制了液滴的移动。为了解决这些问题，U.Yi等人[46]研究了无盖板共面电极的EWOD驱动,如图1.3(b)。他们展示了较为全面的液滴操作技术，包括在这个共面电极上滑动、爬升和上坡。在这种共面EWOD结构中可以引入更多的传感机制，从而提高其在各种应用中的灵活性。J.Kim等人[47]研究了附着在倾斜衬底上的液滴的滑动行为，如图1.3(b)所示。对于足够小的液滴体积(键数小于0.8)，由于EWOD的作用有限，驱动液滴移动是困难的，而对于足够大的液滴(键数大于2.5)，重力占优势，液滴会自动滑落。在0.8到2.5之间的键数区域，液滴在起始状态下附着在倾斜的表面上，当施加适当的电压时，液滴会向下滑动。根据理论模拟，EWOD在衬底周围引入了径向静电力，破坏了表面张力和摩擦力之间的平衡。因此，当施加适当的电压时，液滴可以向下滑动。A.K.Das等[48-51]研究了液滴在倾斜基片上的爬升，甚至在垂直基片上的上升，EWOD所产生的驱动力可以克服重力，这种液滴操纵可以用于集成的微流控分析系统。J.Lee等[52]研究了微电子机械系统中的连续电润湿现象。由于汞液滴的不对称极化，在盐水电解质中的汞液滴可以向阴极移动(图1.3c)，当外加电压仅为2.8V时，该系统中汞液滴的移动速度可达40mms1。随后，研究人员重点研究了一种无毒的液态金属合金Galinstan。M.Dickey等人[53]利用
浙江大学硕士学位论文101.3.3可变焦透镜可变焦透镜的原理和电润湿器件相类似，施加在液滴两端的电压的变化可以控制液滴接触角的大小，接触角不同则液滴的曲率半径就不一样，从而通过焦距的改变实现不同成像要求。图1.4是其结构原理图，整个密封装置中有两种液体，分别为油介质（1）和导电盐溶液（2），当施加电压后，液滴形状发生改变，由A变为B，从而达到改变焦距的效果。整个装置就是利用液体润湿性随电压的微小变化而改变的原理来实现变焦的作用。该装置中要避免重力作用等对液滴的影响，两种液体的密度也需保证尽量相近[57]。图1.4可变焦透镜装置图Figure1.4Varifocuslensdevicediagram1.3.4其他应用领域根据电润湿原理，电润湿还可以应用于可控液滴渗透性电调谐纳米网[58]。在没有电压的情况下，电解质在超疏水膜过滤器上形成Cassie-Baxter状态，如图1.5所示，在施加电压时，纳米网变成亲水型，然后液体渗透过它，与亲水收集器接触被收集。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation of pyramid-SiNWs binary structure with Ag nanoparticles-assisted chemical etching[J]. Zi-Long Zhang,Bo Wang,Yu Chen,Yun-Hui Tang,Xue-Mei Song,Qing-Liu Li,Hui Yan. Rare Metals. 2019(04)
[2]铝基碳化硅复合材料超疏水表面的蚀刻制备及性能表征[J]. 张瑞麟,郭钟宁,江树镇,吴明,罗红平,王冠. 腐蚀科学与防护技术. 2018(01)
硕士论文
[1]MgO基介电润湿复合材料的制备及性能研究[D]. 夏宇婷.浙江大学 2018
本文编号：3032189
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电润湿显示器件装置图
第一章绪论9图1.3（a）两个平行电极板之间的水滴转移，（b）水滴在共面电极上滑动、爬升和上行，（c）将浸泡在盐水中的汞液滴转移到阴极Figure1.3(a)Waterdroptransferbetweentwoparallelelectrodeplates,(b)waterdropletsslide,climbandascendoncoplanarelectrodes,(c)transferthedropofmercuryimmersedinbrinetothecathode.上述电极和电解质的夹层结构复杂，产生很大的摩擦力，限制了液滴的移动。为了解决这些问题，U.Yi等人[46]研究了无盖板共面电极的EWOD驱动,如图1.3(b)。他们展示了较为全面的液滴操作技术，包括在这个共面电极上滑动、爬升和上坡。在这种共面EWOD结构中可以引入更多的传感机制，从而提高其在各种应用中的灵活性。J.Kim等人[47]研究了附着在倾斜衬底上的液滴的滑动行为，如图1.3(b)所示。对于足够小的液滴体积(键数小于0.8)，由于EWOD的作用有限，驱动液滴移动是困难的，而对于足够大的液滴(键数大于2.5)，重力占优势，液滴会自动滑落。在0.8到2.5之间的键数区域，液滴在起始状态下附着在倾斜的表面上，当施加适当的电压时，液滴会向下滑动。根据理论模拟，EWOD在衬底周围引入了径向静电力，破坏了表面张力和摩擦力之间的平衡。因此，当施加适当的电压时，液滴可以向下滑动。A.K.Das等[48-51]研究了液滴在倾斜基片上的爬升，甚至在垂直基片上的上升，EWOD所产生的驱动力可以克服重力，这种液滴操纵可以用于集成的微流控分析系统。J.Lee等[52]研究了微电子机械系统中的连续电润湿现象。由于汞液滴的不对称极化，在盐水电解质中的汞液滴可以向阴极移动(图1.3c)，当外加电压仅为2.8V时，该系统中汞液滴的移动速度可达40mms1。随后，研究人员重点研究了一种无毒的液态金属合金Galinstan。M.Dickey等人[53]利用
浙江大学硕士学位论文101.3.3可变焦透镜可变焦透镜的原理和电润湿器件相类似，施加在液滴两端的电压的变化可以控制液滴接触角的大小，接触角不同则液滴的曲率半径就不一样，从而通过焦距的改变实现不同成像要求。图1.4是其结构原理图，整个密封装置中有两种液体，分别为油介质（1）和导电盐溶液（2），当施加电压后，液滴形状发生改变，由A变为B，从而达到改变焦距的效果。整个装置就是利用液体润湿性随电压的微小变化而改变的原理来实现变焦的作用。该装置中要避免重力作用等对液滴的影响，两种液体的密度也需保证尽量相近[57]。图1.4可变焦透镜装置图Figure1.4Varifocuslensdevicediagram1.3.4其他应用领域根据电润湿原理，电润湿还可以应用于可控液滴渗透性电调谐纳米网[58]。在没有电压的情况下，电解质在超疏水膜过滤器上形成Cassie-Baxter状态，如图1.5所示，在施加电压时，纳米网变成亲水型，然后液体渗透过它，与亲水收集器接触被收集。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation of pyramid-SiNWs binary structure with Ag nanoparticles-assisted chemical etching[J]. Zi-Long Zhang,Bo Wang,Yu Chen,Yun-Hui Tang,Xue-Mei Song,Qing-Liu Li,Hui Yan. Rare Metals. 2019(04)
[2]铝基碳化硅复合材料超疏水表面的蚀刻制备及性能表征[J]. 张瑞麟,郭钟宁,江树镇,吴明,罗红平,王冠. 腐蚀科学与防护技术. 2018(01)
硕士论文
[1]MgO基介电润湿复合材料的制备及性能研究[D]. 夏宇婷.浙江大学 2018
本文编号：3032189
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