[發明專利]一種潤濕性可調控的超滑超雙疏表面及其油控和制備方法

有效

• 申請號: 201911108364.0
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN111054610B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 鐘敏霖;張紅軍;劉偉建
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B05D5/00
• 分類號: B05D5/00;B05D5/06;B05D7/14;B05D3/00;B23K26/36;B23K26/362
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種潤濕性可調控的超滑超雙疏表面及其油控和制備方法，該表面由超疏油?超疏水的超雙疏區域和圖案化超親油?超疏水的親疏區域兩部分組成，其制備方法采用脈沖激光加工技術配合圖案化改性方法制備。初始時呈潤濕性各向同性；親疏區浸潤油后變為超滑區，該表面轉變為圖案化超滑/超雙疏表面，呈潤濕性各向異性。通過加油或去油方法可以實時改變潤濕性狀態，在各向同性與各向異性之間快速轉化，并實現類水稻葉各向異性、類蝴蝶翅膀定向粘附性和類仙人掌葉無泵運輸特性。本發明油控法調控表面潤濕性靈活多樣、響應迅速、操作簡單、實施成本低，實現對液滴的實時精確操控。本發明可應用于生物、醫學、化學、集水等多個領域的液滴操控與微流控。

技術領域

本發明涉及液滴操控與微流控表面制備領域，具體涉及一種可用于液滴操控的潤濕性可快速調控的圖案化超滑超雙疏表面以及其油控和制備方法。

背景技術

液滴操控與微流控在生物、醫學、化學、集水等多個領域都具有重要價值。近年來，如何利用浸潤性可控的表面對液滴進行有效操控受到了越來越多的關注。一些在化學物質、光、熱、磁場等刺激下表面潤濕性發生轉變的表面也開始在液滴操控領域得到應用。在這些潤濕性可控的表面中，那些具有各向異性潤濕性并可以對其進行調控的表面具有更為重要的應用前景，因為這些表面可以更好地控制液滴的運動軌跡與運動行為。目前，調節表面潤濕性各向異性的方法主要基于兩種方式：一種是通過改變材料表面上局部區域微米級和納米級陣列的取向，來改變液滴與表面的接觸面形狀，從而實現表面潤濕性各向異性。文獻(Cheng，Z.，et al.(2018).″Superhydrophobic Shape Memory Polymer Arrays withSwitchable Isotropic/Anisotropic Wetting.″Advanced Functional Materials 28(7))通過調節形狀記憶材料表面的微納結構取向改變了表面的潤濕各向異性。利用該方法制備出的表面可以在各向同性超疏水與各向異性超疏水之間進行可逆轉化，但需要復雜的工藝和較長的時間，難以實現對液滴的實時操作。另一種是通過改變表面局部區域化學成分來改變表面的潤濕行為，進而獲得潤濕性各向異性。文獻(Lai，Y.，et al.(2013).″Insitu surface-modification-induced superhydrophobic patterns with reversiblewettability and adhesion.″Advanced Materials 25(12)：1682-1686.)通過在超疏表面局部注射染料可以使表面局部潤濕性變為超親水，這樣的圖案化超疏水表面可以獲得各向異性的潤濕性。當表面的染料被擦除時，表面又可以回復到原來的狀態。但基于現有技術，改變表面潤濕涉及較為復雜耗時的過程，即使實現了潤濕性各向異性的調節，也往往難以快速調控。因此如何制備出可以實時快速調控潤濕性各向異性的表面是當前重要的課題。

基于圖案化超疏水表面可以實現對表面潤濕各向異性的調節，專利(CN105820749 A、CN 105776125 A)利用超疏水/超親水圖案組成的表面，引導液體沿特定軌道運輸甚至是無泵運輸，但是基于超疏水/超親水圖案組成的表面，潤濕性難以實時調節。而且由于親水圖案的高粘附性，用超疏水超親水圖案對液滴進行操控時，液滴往往會殘留在超親水圖案上，造成表面污染和液體浪費。文獻(楊曉龍.非均勻潤濕性圖案化表面加工及其液滴操控研究[D].大連理工大學，2018.)利用親水軌道實現液滴的各向異性滾動，進而可以控制液滴的運動行為。但同時液滴殘留在親水軌道上，造成待測液體的浪費和表面污染。

有鑒于此，我們開發了圖案化超滑超雙疏表面。該表面由兩部分組成，一部分為超疏油-超疏水的超雙疏區，另一部分為圖案化的超親油-超疏水的親疏區。該表面在原始狀態下呈現出潤濕性各向同性，當在超親油-超疏水的親疏區添加油的時候，該區域被油快速浸潤變化為類似于豬籠草的仿生超滑表面，整個表面轉變為圖案化的超滑/超雙疏表面，此時該表面具有潤濕性各向異性。通過添加或去除油(即油控法)可使表面在潤濕性各向同性與各向異性之間進行快速轉化，這種表面比圖案化超疏水/超親水表面具有更加豐富的功能，因而有更廣泛的應用前景。

發明內容