阵列梯度表面液滴定向润湿机理及其在微流控器件中的应用

发布时间：2022-01-19 20:46

　　自然界中许多生物表面都呈现出图案化的阵列结构,不同的形状、尺寸、间距及排列方式等使得动/植物表面表现出各种奇特的润湿特性,例如超疏水性、超亲水性、各向异性润湿性、定向润湿性等。近年来,受动植物表面阵列结构及其润湿特性的启发,借助于先进的仿生制备技术,人工制备的图案化阵列表面也呈现出多样润湿性并被广泛应用于日常生活及工农生产业中,例如自清洁、流体控制、防结冰以及微流控等诸多领域。本文从梯度表面液滴定向润湿的机理及应用的角度出发,以图案化阵列梯度表面为研究对象,从理论和实验两方面对液滴在其表面的润湿状态、定向润湿行为及其在微流控器件中的应用进行了系统的研究。本文的主要研究成果如下:（1）结合理论和实验研究分析了不同表面张力的液滴在阵列梯度表面能够发生定向润湿的初始条件。设计了五种图案化的亲疏水阵列梯度表面,预测了不同表面张力液滴能够自发定向传输的距离,然后通过实验对预测结果进行了验证。利用不同表面张力液滴在阵列梯度表面定向润湿的差异性,将阵列梯度应用到开放式微流控器件中去,制备出了一种“医用酒精检测计”,用以快速而简便地确定医用酒精的应用范围。（2）从理论上分析了亲水单元形状变化对各向异性... 

【文章来源】：浙江工业大学浙江省

【文章页数】：107 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

自然界中的定向润湿行为：(a)蝴蝶翅膀[1]

性明显优于相应的完全非极性的化合物。高分碳氢链中氢被其他原子取代后，其润湿性能将等物质属于高表面能物质，一般容易为液体所四氟乙烯等属于低表面能物质，一般不容易被可降低高聚物的表面能，取代的氢原子越多，面能，如玻璃表面的极性基团（亲水基团）被的自由能，从而使玻璃表面疏水性提高。这种将这种表面能很低（疏水疏油）的涂料刷涂于避免堵塞，从而提高输运效率。固体表面上，液滴并不完全铺展开而与固体表触角。接触角的定义是在固 气 液三相交点之间的夹角就是接触角，用 θ0表示，如图 1-

的聚合物经过打磨变粗糙之后变得更亲水，因此他们认为疏水和亲水的界限应为 65o。固体表面的接触角是固体、液体、气体之间张力相互平衡的结果，它使整个体系量趋于最低。一般情况下，液体在平坦固体表面的接触角大小可用 Young 方程[11]来表示sv sl0lvcos = (1-其中，θ0表示本征接触角，γsl、γsv和 γlv分别表示固-液、固-气以及液-气界面的表面力。Young 方程是研究液体在固体表面润湿性作用的基础，其描述的是理想表面，即体是完全平滑且成分均一。但是固体表面往往不是完全光滑的，常常还具有一定的粗度。将一滴液滴滴在粗糙表面上时，其真实的接触角很难测量，实验测得的只是其表接触角，表观接触角和表面张力关系不符合 Young's 方程，关于粗糙表面的润湿性研究目前最为成熟的是 Wenzel 理论[12]和 Cassie 理论[13]，Wenzel 理论和 Cassie 理论的模型别如图 1-3(a)和(b)。

【参考文献】：
期刊论文
[1]微纳复合结构表面稳定润湿状态及转型过程的热力学分析[J]. 吴兵兵,吴化平,张征,董晨晨,柴国钟.  物理学报. 2015(17)
[2]激光刻蚀硅表面的形貌及其对浸润性的影响[J]. 管自生,张强.  化学学报. 2005(10)
[3]微接触印刷技术在表面图案化中的应用[J]. 冯杰,高长有,沈家骢.  高分子材料科学与工程. 2004(05)

硕士论文
[1]柔性多级屈曲结构表面润湿特性的机械调控研究[D]. 曹彬彬.浙江工业大学 2017



本文编号：3597534