光滑注液多孔表面极性低压电润湿行为研究

发布时间：2020-09-24 14:07

　　 随着微流控技术的迅速发展,多功能、便携化器件与系统成为其发展的必然趋势,微尺度流体的精确操控是其前提与基础。基于介质层的电润湿效应作为一种微流体现象可通过电压精确控制液滴形变与位移,已在柔性电子纸、变焦液体透镜、微流控分析、能量收集、微移动平台器等领域中表现出诱人的发展前景。但目前传统固体介质上的电润湿存在可逆性较差、驱动电压较高(50-200V左右)、液滴震荡及高压易击穿等问题,已成为制约电润湿器件与系统便携化及应用的重要因素。部分工作虽在空气环境中实现了低电压电润湿,但仍然存在可逆性极差与介质层太薄极易被击穿等诸多问题,而利用交流电驱动液滴提升电润湿可逆性的方法又很大程度上限制了电润湿的应用范围。研究发现液滴与介质层三相接触线的钉扎作用是导致驱动电压高及可逆性差的一个重要因素,而液体介质层的出现可有望减小来自基底的钉扎作用力,受到这一思路的启发,研究者们提出了一种新型的基于光滑注液多孔表面的电润湿模型,可有效改善电润湿的可逆性、减弱液滴震荡,然而该模型仍存在驱动电压过高的问题。针对目前基于光滑注液多孔表面的电润湿驱动电压过高的问题,为了降低电润湿现象的驱动电压,本文开展了经氟硅烷修饰的注液多孔聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene,PTFE)薄膜上水滴的电润湿效应研究。研究发现,在28μm厚的PTFE多孔薄膜上先经全氟辛基三氯硅烷水解/接枝修饰,并灌注硅油后表现出良好的疏水性,该薄膜可实现在正0-60V电压作用下水滴在空气环境中接触角从112°到58°之间的连续可逆调制,大幅度降低了正向驱动电压。同时通过调节氟硅烷溶液的浓度,这种低压电润湿可以实现完全的可逆性。此外实验发现这种基于氟硅烷修饰的光滑注液薄膜电润湿在正负电压调制时表现出与传统介质层电润湿完全不一样的非对称性,在施加正向直流电压时可以观察到低电压电润湿现象,然而在施加负向直流电压时观察不到低电压电润湿现象。我们的研究提供了一种新的途径来实现低压可逆电润湿,对丰富介电润湿相关理论不仅有非常重要的科学意义,而且在微流控器件设计与应用等领域具有巨大的实际应用价值。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN492
【部分图文】：

图 1-1 Lippmann 搭建的电毛细实验装置示意图相关应用系统中有效控制液滴的一种方法，由于电润湿性好，体积小等诸多优势，而且不需要利用复体液滴相对灵活，精确的操纵，因而使得其在光域日益成为研究重点。包括飞利浦，三星，朗大学等世界上许多的科研机构都开展了基于中科院微系统所和清华大学精密仪器系也开表明了电润湿技术具有良好的应用前景。r 等首次提出利用介质上电润湿实现了对小水 Berge 和 Peseux 将电润湿技术应用到了变焦进展13，如图 1-2 所示，该透镜通过改变电压

图 1-1 Lippmann 搭建的电毛细实验装置示意图1.2 电润湿的相关应用作为微流体系统中有效控制液滴的一种方法，由于电润湿自身具备调控范围宽，速度快，可靠性好，体积小等诸多优势，而且不需要利用复杂的微纳米通道,便可实现对微流体液滴相对灵活，精确的操纵，因而使得其在光学、生命、化学、电子学等诸多领域日益成为研究重点。包括飞利浦，三星，朗讯，加州大学洛杉矶分校，辛辛那提大学等世界上许多的科研机构都开展了基于介电润湿现象的产品研发12。国内的中科院微系统所和清华大学精密仪器系也开展了相关的科学研究。这一切充分表明了电润湿技术具有良好的应用前景。2000 年 Fair 等首次提出利用介质上电润湿实现了对小水滴的驱动6。在同年，法国科学家 Berge 和 Peseux 将电润湿技术应用到了变焦液体透镜的制作中去并取得一系列进展13，如图 1-2 所示，该透镜通过改变电压来改变液体曲面的

兰州大学硕士研究生学位论文 光滑注液多孔表面极性低压电润湿行为研究曲率半径，从而实现焦距的变化。2003 年 CK Kim 等首次提出了数字微流控电路的构想，从而实现了液滴的输运、产生、分离和合并14。2004 年飞利浦公司R.Hayes 等人推出了基于介电润湿效应的电子显示纸（图 1-3），这种电子纸是一种和我们日常使用的电视、电脑显示器工作原理十分相似的成像设备引起，这引起了人们对于电润湿显示技术的高度关注15。美国杜克大学 Richard Fair 等人将介电润湿应用到了 Lab-on-a-chip 中16，设计出了如图 1-4 所示的微流控芯片，并取得了成功，这对介电润湿的发展和未来分析科学产生了深远的影响。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 周春隆;;有机颜料粒子表面极性调整技术进展[J];精细与专用化学品;2007年17期

2 益小苏,邹湘坪;乙炔等离子体聚合及对HDPE表面极性的改进[J];高分子材料科学与工程;1996年05期

3 邹仲之;上皮的细胞表面极性[J];解剖学杂志;1991年03期

4 李一鸣;;试论石料的亲水性[J];华东公路;1984年03期

5 何炳林,王林富,史作清,施荣富,冯君谦,赵芬芝,刘振华,普敏莉;高比表面极性吸附树脂的合成及其性能研究[J];离子交换与吸附;1991年03期

6 艾莹莹;张永春;陈绍云;李桂民;;改性5A分子筛吸附分离CO_2/N_2的研究[J];低温与特气;2010年03期

7 罗欣,武德珍,云洋;聚烯烃表面改性技术[J];化工科技;1998年04期

8 梅超群;樊永明;罗冠群;张洪利;;温度对杨木木粉表面自由能和表面极性的影响[J];应用化工;2010年07期

9 王子莹;邱梦怡;杨妍;孙可;;不同生物炭吸附乙草胺的特征及机理[J];农业环境科学学报;2016年01期

10 李亚娜;李树材;王建清;;离子轰击对HDPE膜表面性能的影响[J];天津科技大学学报;2010年03期

相关会议论文 前4条

1 陈成;石恒冲;;利用反相气相色谱测定木粉的表面性能[A];第二届中国林业学术大会——S11 木材及生物质资源高效增值利用与木材安全论文集[C];2009年

2 曾小伟;袁荣华;温青;范云鸽;王春红;施荣富;;悬挂双键后交联反应制备的高比表面极性大孔吸附树脂[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2009年

3 欧荣贤;谢延军;王清文;Michael P.Wolcott;;细胞壁化学改性对HDPE复合材料流变性能的影响[A];第十二届全国流变学学术会议论文集[C];2014年

4 郑安呐;管涌;周强;程岩;;分子组装抗菌技术及其对高分子材料性能的影响[A];第二届中国抗菌材料产业发展大会论文集[C];2002年

相关重要报纸文章 前1条

1 吕军锋;薄膜表面极性火焰处理技术的原理及其特点[N];中国包装报;2009年

相关博士学位论文 前1条

1 侯丽新;颜色分区的片状立方氮化硼单晶的特性研究[D];吉林大学;2012年

相关硕士学位论文 前3条

1 强文斌;光滑注液多孔表面极性低压电润湿行为研究[D];兰州大学;2018年

2 刘中伟;表面极性纤维的制备及其对水泥基材料增强改性的研究[D];济南大学;2014年

3 厉世能;芳纶纤维的老化及表面处理的研究[D];苏州大学;2012年

本文编号：2825820