[发明专利]电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件及制备方法和应用

权利要求书

1.电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件，其特征在于：包括参考电极、具有电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动特性梯度结构材料基底芯片、控制电路和水溶性导电液体；所述的具有电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动特性的梯度结构材料基底芯片由导电控制电极和梯度结构材料膜构成；所述的梯度结构材料膜是在导电控制电极表面制备的具有电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动特性的微结构膜；所述的导电控制电极与参考电极的一端通过带有开关的控制电路进行电连接，参考电极的另一端与水溶性导电液体进行电连接。

2.根据权利要求1所述的电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件，其特征在于：所述的梯度结构材料膜的微结构是尺度范围为微米到微米尺度、微米到纳米尺度、纳米到纳米尺度的梯度孔、梯度球或梯度管结构，具体为孔状结构、球状结构、管状结构、柱状结构或颗粒状结构中的任意一种；其中梯度孔的孔径在10μm到0.6μm之间，梯度球直径在1μm到10nm之间，梯度管管径在200μm到0.2μm之间。

3.根据权利要求1所述的电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件，其特征在于：所述的梯度结构材料膜材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺或聚氨酯中的一种或几种的复合体。

4.根据权利要求1所述的电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件，其特征在于：所述的导电控制电极选自氧化铟锡透明导电玻璃、氟掺杂的氧化锡透明导电玻璃、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、铜和铝导电材料中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件，其特征在于：所述的水溶性导电液体为0.001-0.1mol/L的NaCl、K₂SO₄、KCl、KNO₃或NaClO₄的水溶液中任意一种。

6.根据权利要求1所述的电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件的应用，其特征在于：将所述的电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件应用于显示器件，在电场及梯度结构协同作用下，在水下，所述定向运动器件表面的油滴会沿着梯度方向定向运动。

7.一种权利要求1所述的电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件的具有电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动特性的梯度结构材料基底芯片的制备方法，其特征在于：

(1)将导电控制电极进行清洗干燥处理；

(2)在导电控制电极表面制备梯度孔、梯度球或梯度管结构；

(2.1)在导电控制电极表面制备聚苯乙烯梯度孔结构的方法为：在步骤(1)清洗干净的导电控制电极上浸渍提拉浓度为2～20wt％的聚苯乙烯的四氢呋喃溶液，提拉过程中控制导电控制电极表面的相对湿度由95％递减到35％，待溶剂自然挥发即形成聚苯乙烯梯度孔结构；

(2.2)在导电控制电极表面制备聚苯乙烯梯度球结构的方法为：在步骤(1)清洗干净的导电控制电极上旋涂质量分数为0.01～1wt％的聚苯乙烯微球乙醇溶液中，形成聚苯乙烯薄膜，50℃真空加热24h以除去残余溶剂；在氮气气氛中，将上述薄膜的一端在150℃加热2～48h，另一端保持室温，即形成聚苯乙烯梯度球结构；

(2.3)在导电控制电极表面制备聚苯乙烯梯度管结构的方法为：在步骤(1)清洗干净的导电控制电极上放置一个聚苯乙烯薄片，用孔径为0.2μm的氧化铝薄膜覆盖在聚苯乙烯薄片上，施加500Pa的压力，一端加热至200℃，另一端保持室温，加热3～10h,然后冷却到室温，放入10wt％的NaOH溶液中浸泡24h；然后用去离子水冲洗并用氮气干燥，即形成聚苯乙烯梯度管结构。

(2.4)在导电控制电极表面制备聚甲基丙烯酸甲酯梯度孔结构的方法为：在步骤(1)清洗干净的导电控制电极上浸渍提拉浓度为2～20wt％的聚甲基丙烯酸甲酯的四氢呋喃溶液，提拉过程中用一定湿度的空气吹扫提拉出的薄膜，相对湿度由95％递减到35％，待溶剂自然挥发即形成聚甲基丙烯酸甲酯梯度孔结构；

(2.5)在导电控制电极表面制备聚甲基丙烯酸甲酯梯度球结构的方法为：在步骤(1)清洗干净的导电控制电极旋涂质量分数为0.01～1wt％的聚甲基丙烯酸甲酯微球乙醇溶液中，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，50℃真空加热24h以除去残余溶剂；在氮气气氛中，将上述薄膜的一端在150℃加热2～48h，另一端保持室温，即形成聚甲基丙烯酸甲酯梯度球结构；

(2.6)在导电控制电极表面制备聚甲基丙烯酸甲酯梯度管结构的方法为：将步骤(1)清洗干净的导电控制电极上放置一个聚甲基丙烯酸甲酯薄片，用孔径为0.2μm的氧化铝薄膜覆盖在聚甲基丙烯酸甲酯薄片上，施加500Pa的压力，一端加热至200℃，另一端保持室温，加热3～10h,然后冷却到室温，放入10wt％的NaOH溶液中浸泡24h；然后用去离子水冲洗并用氮气干燥，即形成聚甲基丙烯酸甲酯梯度管结构；

(2.7)在导电控制电极表面制备聚氨酯梯度孔结构的方法为：将固含量为27wt％的聚氨酯加入圆底烧瓶中，然后称取聚氨酯质量的3wt％的致孔剂尿素放入小烧杯，加入质量比为1:1的丁酮和二甲基甲酰胺DMF中搅拌均匀后倒入圆底烧瓶，将聚氨酯的质量分数降低到20％，随后将圆底烧瓶置于60℃油浴中，充分搅拌并冷凝回流20min后，在油浴中静置10min，得到聚氨酯溶液备用；将步骤(1)清洗干净的导电控制电极上均匀涂覆此聚氨酯溶液，一端加热至150℃，一端保持室温，静置10min；然后加入DMF的凝固浴中7min，最后放入60～80℃的热水中水洗，3h后取出，在30℃的烘箱中烘干。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的清洗是分别通过去离子水、丙酮、乙醇和去离子水进行超声洗涤；所述的干燥为在30～80℃烘烤1～10小时。