[发明专利]一种测量电场下固液界面滑移临界电压的方法

说明书

本发明公开了一种测量电场下固液界面滑移临界电压的方法，可用于测量电场下固液界面存在摩擦力作用时出现滑移的临界电压。临界电压的测量方法借助接触角测量仪，通过加液法获得待测液滴在不同电压下的前进角值，通过增加法获得不同电压下的表观接触角值，根据公式计算出固液界面的最大作用力和最大摩擦力，通过比较两个力的大小获得固液界面出现滑移时的临界电压，即当固液界面作用力首次根于固液界面最大摩擦力时，其对应的电压即为固液界面滑移的临界电压。本发明的测试方法试验简单，通过接触角测量仪就能够测得整个试验所需要的数据，操作简单，测试结果精准。

技术领域

本发明属于微流控制系统技术领域，具体涉及一种测量电场下固液界面滑移临界电压的方法。

背景技术

微流体控制系统是微机电系统的一项重要研究内容，可实现微量流体的分离、合并、运输、混合等功能，广泛应用于分析化学、生物医学、诊断及药物学等领域。常规微流体控制系统通过微型泵、微型阀对微液滴进行操作和控制。随着微流体控制系统技术的蓬勃发展，常规微流体控制系统面临结构复杂、加工难度大、需要机械泵、阀配合使用、集成化难度大、机械部件磨损以及使用寿命短等问题，已难以满足微型化、集成化、可调化等现代微流体控制技术发展的需要。

为了解决上述问题，近年来国内外对微液滴的操纵与控制进行了一系列深入研究。在众多微液滴驱动方式中，介质上电润湿驱动以能独立控制单个液滴，具备能耗低，结构简单，不需要复杂的三维流体通道等特点，成为最具发展前途的驱动方式之一。介质上电润湿是指通过调整施加在固体和液体之间的电场改变固液界面的润湿特性，从而使固液气三相接触线发生运动，以达到对微液滴的控制和操作。前期研究表明，微液滴在固体表面的接触角随着电压的增加而降低，当电压增加到一个临界值时，固-液界面开始出现滑移，三相接触线出现移动。因此，电场作用下三相接触线的运动是粘着-滑移-粘着循环往复的过程。

介质上电润湿现象通常用Young-Lippmann方程进行描述，该方程认为三相接触线在电场下是连续变化的过程，即当在液体和固体之间施加电势时，三相接触线即会发生位移，这与实际观察到的现象不符合。因此该方程并不能预测固液界面出现滑移时的临界电压。迄今为止还没有一种可靠的方法预测电场下固液界面出现滑移时的临界电压。电场下固液界面出现滑移时的临界电压与固体、液滴性质密切相关，对具有不同固液界面的微流体控制系统，其固液界面出现滑移的临界电压并不相同。微流体控制系统的核心和关键是对微液滴进行精确操作和控制。因此，为了对微流体进行精确操作和控制，测量固液界面出现滑移时的临界电压具有极为重要的意义。基于此，开发一种测量电场下固液界面滑移临界电压的方法非常必要。

发明内容

本发明公开了一种测量电场下固液界面滑移临界电压的方法，可用于测量电场下固液界面存在摩擦力作用时出现滑移的临界电压。该方法借助接触角测量仪，可获得测试液在不同电压下的前进角值和表观接触角值，计算固液界面的作用力和最大摩擦力，通过比较两个力的大小获得固液界面出现滑移时的临界电压。当固液界面作用力首次等于固液界面最大摩擦力时对应的电压即固液界面滑移的临界电压。

本发明为实现上述目的，主要通过以下技术方案实现：

一种测量电场下固液界面滑移临界电压的方法，包括如下步骤：

步骤一、将待测固体表面切割后得到固体试验样品，然后对固体试验样品进行反复清洗和干燥处理直至固体试验样品表面干净清洁，再进行疏水处理，得到介质上电润湿标准试验样品；

步骤二、选择任意一种已知表面张力的液体作为测试液；

步骤三、将步骤一中得到的介质上电润湿标准试验样品置于接触角测量仪，介质上电润湿标准试验样品底部通过银粉粘接在铜板上；

步骤四、将步骤三中的铜板、介质上电润湿标准试验样品与进液针管依次串接在电路中；进液针管通过设定的滴液速度将步骤二中的测试液滴在介质上电润湿标准试验样品表面，设定一个恒定电压，启动接触角测量仪测量该恒定电压下测试液的前进角值；