[發明專利]靜電調控在超疏水基底上的液滴彈道發射的方法及裝置

有效

• 申請號: 201710972225.7
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107779842B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 李寧;董智超;江雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所;中國科學院大學
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;C23C16/02;C23C16/56
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開了一種靜電調控在超疏水基底上的液滴彈道發射的方法及裝置，通過靜電充電使液滴與超疏水基底帶有靜電電荷，在靜電場的作用下，液滴沿著靜電場方向彈道發射。所述裝置包括：靜電發生器、放電針、恒溫恒濕裝置和所述超疏水低黏附的石英基底；靜電發生器與放電針電連接，靜電高壓電源一端接地，放電針和超疏水低黏附的石英基底固定安裝于恒溫恒濕裝置內，放電針豎直放置，超疏水低黏附的石英基底位于放電針上方，并與之不接觸。本發明提供的靜電調控在超疏水基底上的液滴彈道發射的方法及裝置，使用超疏水低黏附石英基體組裝的靜電發射液滴裝置可以在靜電場作用下將靜止在石英基底表面的微升級液滴以一定的速度和方向排離出固體表面。

技術領域

本發明涉及微流控技術領域，具體涉及一種靜電調控在超疏水基底上的液滴彈道發射的方法及裝置。

背景技術

液滴在超疏水表面的跳躍現象在近年來引起了廣泛的研究關注，它在增強自清潔，抗結冰，打印和液滴冷凝等方向具有重要的應用價值。在自然界，一些生物利用自身表面的有結構的超疏水表面將凝結的液滴從身體表面排出。這樣的例子有很多，比如水黽利用傾斜的剛毛結構可以使凝結的水滴跳起；蝴蝶利用翅膀表面的微/納棘輪結構，將液滴有方向的進行驅離；壁虎通過自推進過程從皮膚上除去水；槲寄生，通過表面能量自行推進冷凝水跳躍去除污染物。在特殊的表面結構和微小液滴的融合作用下，合并后的液滴可以從超疏水表面進行彈離。然而，對于較大的微升級別的液滴，甚至對使撞擊到表面的液體在幾毫秒內從疏水表面反彈，或者使靜止的液滴從表面沿受控的彈道方向高速跳起，實現這些現象仍然是一個技術挑戰。

發明內容

基于以上背景技術，本發明提供一種靜電調控在超疏水基底上的液滴彈道發射的方法及裝置。使用超疏水低黏附的石英基底組裝的靜電裝置可以在靜電場作用下將靜止在石英基底表面上的微升級液滴以一定的速度和方向排離出固體表面。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種靜電調控在超疏水基底上的液滴彈道發射的方法，所述方法通過靜電充電使液滴與超疏水基底帶有靜電電荷，在靜電場的作用下，液滴沿著靜電場方向彈道發射。

優選地，所述超疏水基底為超疏水低黏附的石英基底。

本發明還提供一種超疏水低黏附的石英基底及其制備方法。

一種超疏水低黏附的石英基底，所述石英基底包括有表面覆蓋的中空碳硅納米球；所述中空碳硅納米球的內外表面修飾有超疏水分子。

優選地，所述二氧化硅納米球的直徑為20±5nm；所述覆蓋的中空結構的二氧化硅納米球的厚度為50nm。

優選地，所述超疏水分子為氟化試劑；更優選地，所述氟化試劑選自(十七氟-1,1,2,2-十四烷基)三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷和十三氟辛基三乙氧基硅烷。

本發明的具有超疏水低粘附性的石英基底是在石英片表面修飾有納米結構的re-entrant的二氧化硅基底，并采用氟硅烷進行化學修飾，這樣基底就呈現超疏水的性質。碳硅納米球是直徑為20±5nm的中空形狀，厚度大約為50nm。二級結構和超低表面能的結合使基底呈現超疏水甚至對低表面張力的液體都呈現超疏的性質，比如乙二醇液體。即使基底經過O₂等離子體處理5分鐘后，也可以保持此性質。因此，本發明制備的超疏水低粘附性的石英基底在高靜電壓充電中是一個比較穩定的基底。

一種超疏水低黏附的石英基底的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1、將石英片依次用丙酮、乙醇和去離子水清洗，之后將其放在蠟燭火焰上進行煙熏直至玻璃片變成黑色；

S2、將煙灰涂布的石英片與四乙氧基硅烷和氨水溶液一起放入真空干燥器中，進行四乙氧基硅烷的化學氣相沉積；

S3、將S2得到的石英片在馬弗爐中烘烤，得到表面覆蓋有中空碳硅納米球的石英片；