[发明专利]电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件及其制备方法

说明书

本发明公开了电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底，电极以及框架；基底包括介电弹性材料和疏水微纳米结构；疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面；电极为石墨电极膏涂覆于基底正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且基底正反两面的“回”字状电极通过导线连接外接电路；基底四周固定于框架上。并公开了其制备方法。将疏水微纳米结构与介电弹性材料相结合，通过电场来控制介电弹性材料发生形变，进而影响粘附于介电弹性材料表面的疏水微纳米结构间距，改变液体在表面浸润性和运动情况。本发明通过电场实现表面液体的可控运输，操作简便，响应速度快，可逆性好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及外场及结构驱动液体运动领域，更具体的说是涉及一种电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件、制备方法及应用。

背景技术

现有的基于超疏水性质的液体输运材料在液体的可控输运、防雾防冰、制备微反应器等领域具有广阔的应用前景。超疏水材料通常通过在疏水表面上构筑微纳米结构增加表面的疏水性；已有研究表明机械拉伸作用可以改变超疏水材料柔性基底上微纳米结构之间的距离，进而改变表面的粘附性和液体在表面上的浸润性，控制液体的“停留”与“释放”，继而应用于液体输运。

然而，目前对柔性基底的机械拉伸的控制方法耗时费力，灵活性差，可控性差，可逆性差，无法与实际应用相结合。而目前对于电浸润的研究主要是通过在液滴与电极之间施加电场来实现液滴在疏水亲水之间的转换，难以实现亲疏水的可逆控制，更不能实现对液滴的可控捕捉和释放。

因此，如何提供一种使用方便、可控性强的表面液体操控材料及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件及其制备方法，将电场响应微纳米材料的微纳米结构与其对电场的智能响应性相结合，完成表面液体可控输运。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底，电极以及框架；

所述基底包括介电弹性材料和疏水微纳米结构；所述疏水微纳米结构粘附于所述介电弹性材料表面；所述电极为石墨电极膏涂覆于所述基底正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且所述基底正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带连接外接电路；所述基底四周固定于所述框架上。

本发明将疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面形成基底，并在基底上涂覆石墨电极膏形成“回”字状电极；如图1所示，当电压施加到“回”字状电极上时，涂覆电极区域的介电弹性材料分子被诱导沿着电场定向排列，正电荷和负电荷的吸引力会对介电弹性材料产生压力，被称为Maxwell应力；当Maxwell应力强到足以压倒介电弹性材料的机械刚度(或模量)时，介电弹性材料在电极平面内膨胀，介电弹性材料的厚度减小并且其表面积增加，此变化仅在涂有电极的范围发生；因此，在基底四周固定于框架的基础上，介电弹性材料涂覆电极区域的表面积变化引起未涂覆电极区域表面积变化，使得粘附于介电弹性材料表面的疏水微纳米结构间距发生变化，进而改变液体在基底表面的接触角，以达到控制表面浸润性或控制表面液体输运的目的。

优选地，所述介电弹性材料选自聚丙烯酸酯类弹性体、聚氨酯、聚氨酯复合材料、硅橡胶或硅橡胶复合材料中的任意一种。

进一步优选地，所述介电弹性体选用道康宁VHB 9473 3M胶带，其模量随温度变化较小，应变响应快，没有预拉伸的情况下厚度为0.24mm，预拉伸2*2倍后厚度为0.13mm，预拉伸3*3倍后厚度为0.1mm。

优选地，所述疏水微纳米结构粒径为20nm-10μm；若粒径太小容易出现团聚情况；粒径太大影响其疏水性，也不易粘附于基底之上。

进一步优选地，所述疏水微纳米结构粒径为20nm-60nm.