[发明专利]一种在超疏水基体上实现液滴定向运输的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种在超疏水基体上实现液 滴定向运输的方法。

背景技术

超疏水表面是指材料表面与水滴的接触角大于150°且滚动角小于10°，其表 面的微纳米微观形貌和疏水官能团决定了其疏水性能。液滴定向运输是指液滴 在超疏水表面沿着设计的轨道滚动。它在生物分析、液滴分离等微流控领域存 在潜在的应用价值。近年来，在超疏水表面实现液滴定向运输受到越来越多专 家、学者的关注。QianFengXu等(AppliedPhysicsLetters,2008,93(23),233112.) 用刀片在超疏水表面划出一个宽度约200μm的S型线，实现水滴沿着S型线的 定向运输。Seo等(ACSappliedmaterials&interfaces,2011,3(12),4722-4729.)通过 选择性紫外强化光解，在超疏水表面获得既定形状的超亲水轨迹，实现水滴的 多种定向运输。公开号为103966654A的发明专利通过在铝合金超疏水表面进行 特殊的光刻处理，得到具有特定形状的水滴定向滚动轨迹，从而实现了液滴定 向运输。以上方法虽然可以实现在超疏水表面实现液滴定向运输，但可控性较 差或工艺复杂，并对超疏水表面造成不可逆的破坏。

发明内容

本发明旨在克服已有方法存在的破坏性、复杂性及通用性差等不足，提供 一种在超疏水基体上实现液滴定向运输的方法。通过对超疏水基体进行选择性 等离子体亲水化处理，得到具有特定形状的亲水性轨迹，从而实现液滴的定向 运输。

等离子体中富含活性高能粒子，当等离子体作用于超疏水基体时，其表面 的低表面能官能团键被打断，并发生表面氧化，高表面能官能团随之引入基体 表面，被处理表面因此转变为亲水表面。在超疏水表面做选择性等离子体亲水 化处理，即可形成特定亲水性轨迹。液滴与亲水轨迹接触的部分满足Wenzel模 型，液滴滚动时所受阻力较大；液滴与超疏水表面接触的部分满足Cassie模 型，滚动时所受阻力小。因此当基体倾斜角θ后，液滴在重力和阻力的综合作 用下会沿着所设计的亲水性轨迹滚动。

一种在超疏水基体上实现液滴定向运输的方法，等离子体与超疏水基体反 应，使超疏水基体转变为亲水表面，获得超疏水基体表面的亲水性轨迹：

1)当等离子体的横截面尺寸大于所需亲水性轨迹宽度，需将掩膜置于超疏 水基体表面上，等离子体通过掩膜上镂空位置与超疏水基体表面发生作用，形 成选择性亲水化处理；

2)当等离子体与超疏水表面作用横截面尺寸等于所需亲水性轨迹宽度，不 需要掩膜辅助即可获得所需尺寸的亲水性轨迹；所述的掩膜上镂空位置的形状 与亲水性轨迹的形状相同。

将处理后的超疏水基体倾斜一定角度，使液滴能够沿着处理后的亲水性轨 迹流动，实现液滴在超疏水基体上定向运输。

所述的掩膜上镂空位置的形状与亲水性轨迹的形状相同。

超疏水基体表面亲水化处理所采用的等离子体是低压等离子体或大气压等 离子体。

本发明的有益之处在于：操作简单、处理效率高、成本低；因为等离子体 作用只分解超疏水表面的低表面能官能团而几乎不破坏表面微纳米结构，实现 对超疏水表面的可逆亲水性处理；该方法可获得任意宽度的定向运输轨迹，满 足不同大小液滴的定向运输要求；该方法适用于多种基体超疏水表面，通用性 好。下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明采用掩膜对超疏水表面亲水化处理的示意图。

图2是本发明采用无掩膜方法对超疏水表面亲水化处理的示意图。

图3是本发明得到的超疏水表面液滴定向运输示意图。

图中：1超疏水基体；2掩膜；3掩膜上镂空部分；4等离子体；

5等离子体在超疏水基体表面的运动轨迹；6液滴；

7亲水性轨迹(液滴定向运输轨迹)；θ为倾斜角度。

具体实施方式

以下结合技术方案用等离子体射流处理超疏水基体，使超疏水基体转变为 亲水表面，获得超疏水基体表面的亲水性轨迹。将处理后的超疏水基体倾斜一 定角度，使液滴能够沿着处理后的亲水性轨迹流动，实现液滴在超疏水基体上 定向运输。

实施例：

本实施例为大气压冷等离子射流对超疏水铝表面进行有掩膜亲水化处理， 实现超疏水铝表面的水滴定向运输。

冷等离子体射流发生器采用公开号为CN102625557A的发明专利中提出的 大气压氮气冷等离子体射流发生器，工作气体采用纯度为99.999％的氮气。因产 生的等离子体射流直径大于所需亲水性轨迹，故实施例中采用掩膜板，镂空部 分为宽度为0.5mm的“S”型曲线。射流沿着“S”型轨迹以1mm/s的速度处理超疏 水铝表面，形成亲水性“S”轨迹。将处理后的基体如图3放置，倾斜角θ＝20°， 将20μL的水滴滴于“S”上游，水珠将沿着设计的“S”型轨迹滚动。