[发明专利]基于飞秒激光制备的光控驱动微流传输系统

说明书

本发明涉及一种基于飞秒激光制备的光控驱动微流传输系统，属于激光应用技术领域。本发明在聚合物基底材料表层加工出规则排列的锥体结构；所有锥体结构的同一侧制备有薄片材料；连续激光照射聚合物基底表面，激光辐照区域的锥体结构向同一侧倾斜形成固液接触面处表面张力的差值，从而驱动液滴移动；当连续激光辐照表面锥体阵列结构时，由于AuNPs的光局部增强以及RGO的高光热转化特性，拥有AuNPsRGO薄片的表面迅速光热引发局部热膨胀导致光辐照区域的结构向同一侧倾斜，形成固液接触面处表面张力的差值，驱动液滴向结构倾斜方向移动。通过控制激光位置可灵活实现液滴在结构表面按指定轨迹移动。该光控驱动微流传输系统将在微流控等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于飞秒激光制备的光控驱动微流传输系统，属于激光应用技术领域。

背景技术

近些年来，研究发现控制固体表面上的液滴移动不仅会产生有趣的科学现象，而且有望在各种传热、微型发动机以及微流体技术中得到可行的应用。目前，已经有多种技术被报道用来实现固体表面上液滴的可控移动。例如电湿润技术通过施加电场来控制液滴的接触角从而实现液滴的移动，其具有低能耗、响应速度快等优势。然而，高压源和控制电路的使用增加了微流体系统的复杂性，阻碍了该技术的扩展应用。磁控技术通过改变磁场位置来控制超顺磁微液滴的位移，然而，磁纳米粒子的掺杂不利于药物传递应用等。

随着微纳制造技术的发展，已有研究通过表面微观结构设计来破坏液滴的润湿对称性以及固液界面表面张力的梯度变化，从而实现液滴的定向运输。纳米压印、光刻以及聚焦离子束等工艺为表面结构的制备提供了常规手段，但往往存在材料适应性差、工序复杂、难实现可控加工等挑战。飞秒激光具有超快超强的特性，已成为表面微纳结构最有潜力的加工方法之一。通过飞秒激光直写技术可灵活高效的在材料表面加工微槽、微纳复合结构等，诱导固液界面表面张力的梯度变化并实现液滴的定向传输应用。然而，基于该技术制备的表面结构形貌很难实现后期的有效控制，从而导致液滴的传输路径单一固定，极大地限制了其实用性和应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有微流传输可控性差、重复利用性弱、应用局限大等问题，提供一种基于飞秒激光制备的光控驱动微流传输系统；该系统基于飞秒激光直写技术加工，无需掩膜、真空环境等。同时，系统具有自恢复和自清洁性能，可多次重复用于可控液滴传输。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

基于飞秒激光制备的光控驱动微流传输系统，通过飞秒激光在聚合物基底材料表层加工出规则排列的微纳锥体结构；所述所有锥体结构的同一侧制备有AuNPsRGO薄片材料；连续激光照射聚合物基底表面，激光辐照区域的锥体结构向同一侧倾斜形成固液接触面处表面张力的差值，从而驱动液滴移动；

所述锥体结构的锥顶角大小为30°～70°。

系统的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：聚焦飞秒激光光束辐照聚合物材料表面，并在纵横两个垂直方向上进行飞秒激光扫描直写加工，形成微纳双尺度锥体阵列结构。该阵列结构表面具有超疏水和自清洁特性。

步骤2：在步骤1加工的结构表面基础上，均匀旋涂一层金纳米颗粒和氧化石墨烯的混合物(AuNPsGO)薄层；使用激光还原技术在锥体阵列的单一侧表面还原/掺杂高效光热转换的纳米材料(AuNPsRGO薄片)；清洗未经激光处理的混合涂层；形成光控驱动微流传输表面。

步骤3：使用连续激光照射步骤2制备的基底表面，激光辐照区域的锥体结构向同一侧倾斜形成固液接触面处表面张力的差值，从而驱动液滴移动。

一种基于飞秒激光制备的光控驱动微流传输系统装置，包括飞秒激光器、能量调节装置、机械快门、超快反射镜、二向色镜、聚焦物镜、分束镜、宽带光源、CCD、高精度位移平台、程控计算机等；