[发明专利]一种梯度浸润性表面的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种梯度浸润性表面的制备方法及应用，采用阳极氧化法，将铜、锌、不锈钢以及钛材质制备的片或网作为工作电极，再根据不同材质选取不同的对电极，然后在特定的电解液中进行氧化，阳极氧化反应开始时，利用提拉法向上不断提拉工作电极，直到工作电极完全被提拉出电解液，阳极氧化反应结束，取下工作电极，用去离子水冲洗掉残留的电解液，在室温下干燥12h，即得到具有梯度浸润性表面，然后利用上述制备的梯度浸润性表面控制水下油滴定向运动以及液体选择性分离。本发明所需设备少，成本低，操作简单；在控制水下油滴定向运动的过程中具有简单快捷等优点；在控制液体选择性分离的过程中能避免孔道被油污堵塞污染，实现高效分离。

技术领域

本发明属于功能材料制备领域，具体的说，涉及一种梯度浸润性表面的制备以及利用上述表面进行液体定向运输和液体选择性分离。

背景技术

液体的定向运动及选择性分离在液体运输、可控油水分离、可控化学反应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。

已有研究人员通过制备梯度浸润性表面实现了液体微尺度的方向性运动。通过设计表面化学组成梯度、几何结构梯度或者以上二者结合的梯度可以获得具有梯度浸润性的表面。利用梯度浸润性表面各范围内的表面张力及拉普拉斯压力的差异，在宏观上体现在接触角、粘附力等的差异，可以实现液体的运输。(详见参考文献[1]:M.K.Chaudhury,G.M.Whitesides,Science 1992,256,1539-1541；参考文献[2]:S.Daniel,M.K.Chaudhury,J.C.Chen,Science2001,291,633-636；参考文献[3]:J.Ju,K.Xiao,X.Yao,H.Bai,L.Jiang,Adv.Mater.2013,25,5937-5942.)虽然以上方法均实现了液体的定向运动，但也存在不足之处，如需要利用含氟化合物，制备过程复杂，成本需求高等。

而利用特殊浸润性材料，即亲水疏油或疏油亲水特性的材料，进行油水分离已得到广泛的研究,特别是利用超亲水和水下超疏油材料在重力作用下可以实现油水分离。(详见参考文献[1]:Z.X.Xue,S.T.Wang,L.Lin,L.Chen,M.J.Liu,L.Feng,L.Jiang,Adv.Mater.2011,23,4270-4273；参考文献[2]：F.Zhang,W.B.Wang,Z.Shi,D.Wang,J.Jin,L.Jiang,Adv.Mater.2013,25,4192-4198.)但在重力法液体分离的过程中，油水分离孔道容易被油污堵塞，导致不连续分离，降低了油水分离效率。

因此，如何提供一种操作简单、易于控制以及经济实惠的梯度浸润性表面来进行液体定向运输以及如何在避免重力法油水分离过程中孔道被油污污染堵塞的情况下实现液体选择性分离，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种操作简单、成本低、易于控制的阳极氧化法来制备梯度浸润性表面，且利用上述表面来实现水下油滴定向运动；同时利用上述表面进行液体选择性分离，避免了重力法油水分离中油污堵塞孔道的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种梯度浸润性表面的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铜片或铜网依次用丙酮、乙醇和去离子水清洗干净，60℃干燥30min；

(2)将步骤(1)清洗好的铜片或铜网作为工作电极，铜丝作为对电极，两电极之间的距离为2-5cm，铜片或铜网的阳极氧化在1mol/L的KOH电解液中进行，采用恒流模式进行氧化，氧化电流密度为6mA/cm²，在氧化的过程中利用提拉法控制氧化时间。

(3)阳极氧化反应开始时，向上不断提拉工作电极，提拉速度为12mm/min，直到工作电极完全被提拉出电解液，阳极氧化反应结束，取下工作电极，用去离子水冲洗掉残留的电解液，在室温下干燥12h，即得到具有梯度浸润性表面。