[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

说明书

技术领域

本发明涉及外场及结构驱动液体运动技术领域，特别涉及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。

背景技术

液体的定向运动在水收集、防雾、防油污、防覆冰、定向运动催化、油墨印刷、显示技术等微流体器件以及生物医药方面具有重要的科学研究意义和广泛的应用前景。研究人员已经实现了通过表面能驱动液体微尺度的方向性运动。其中制备梯度表面能表面，即沿着特定方向具有化学组成或物理结构递变以形成表面能梯度的表面，得到了广泛研究(详见参考文献[1]:S.Daniel,M.K.Chaudhury,J.C.Chen,Science2001,291,633-636；参考文献[2]:S.W.Lee,P.E.Laibinis,J.Am.Chem.Soc.2000,122,5395-5396；参考文献[3]:F.Lugli,G.Fioravanti,D.Pattini,L.Pasquali,M.Montecchi,D.Gentili,M.Murgia,Z.Hemmatian,F.Zerbetto,Adv.Func.Mater.2013,23,5543-5549；参考文献[4]:J.Ju,K.Xiao,X.Yao,H.Bai,L.Jiang,Adv.Mater.2013,25,5937-42.)。但是单一梯度表面能驱动液体运动需要克服表面对液体的粘滞力，这导致很多运动不能发生。另外一个实现液体定向运动的重要的方法是通过在均匀表面上引入外部能量，如热、光、磁、电等。其中电场诱导液体定向运动具有响应速度快、易于控制的优点，但是电路设计复杂(详见参考文献[5]:R.A.Hayes,B.J.Feenstra,Nature425,383-385；参考文献[6]:J.Heikenfeld,K.Zhou,E.Kreit,B.Raj,S.Yang,B.Sun,A.Milarcik,L.Clapp,R.Schwartz,Nature Photonics2009,3,292-296；参考文献[7]:G.McHale,C.V.Brown,N.Sampara,Nat.Commun.2013,4,1605-1612；参考文献[8]:M.R.Powell,L.Cleary,M.Davenport,K.J.Shea,Z.S.Siwy,Nat.Nanotechnol.2011,6,798-802.)。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件。

本发明的再一目的是提供电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件的应用。

本发明的还一目的是提供梯度结构材料基底芯片的制备方法。

本发明提供的电场及梯度结构协同驱动水下油定向运动器件，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的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；

所述的梯度结构材料膜可以进行周期性制备，在周期性梯度结构材料膜表面可以实现水下油滴的定向连续运动。

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导电液体进行电连接；

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变化结构，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；

上述方法制得的梯度结构材料膜中，所述的梯度变化结构包括梯度孔、梯度球和梯度管，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。

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、聚酰亚胺或聚氨酯等中的一种或几种的复合体。

所述的导电控制电极的导电层选自ITO玻璃(氧化铟锡透明导电玻璃)、FTO玻璃(氟掺杂的氧化锡透明导电玻璃)、AZO玻璃(铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃)、铜和铝等导电材料中的任意一种。

所述的应用于显示器件的水溶性导电液体的电解质是本领域常用的电解质材料，如0.001-0.1mol/L NaCl、K₂SO₄、KCl、KNO₃或NaClO₄的水溶液等中任意一种。