[發明專利]用于液體單向導通的各向異性浸潤性組合的不對稱網材及制備方法

在審

• 申請號: 202010434524.7
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111690161A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 曹墨源;李鵬;李哲
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08J7/04;B05D7/14;C08L67/04;C08L77/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明涉及用于液體單向導通的各向異性浸潤性組合的不對稱網材及制備方法；網材由各向異性軌道按照相互垂直的方向正交組裝、表面疏水粗糙化處理而成；所述網材浸潤有疏水潤滑液，形成超潤滑液體輸運界面；將網材傾斜放置，當水平軌道在上，傾斜軌道在下時，在軌道頂端釋放液滴，此時液滴與軌道接觸面積較大，液滴狀態穩定，液滴將沿傾斜軌道上表面滑動；將網材轉動90度，此時傾斜軌道在上，水平軌道在下，在軌道頂端釋放液滴，此時液滴與軌道接觸面積較小，由于表面能的釋放，液滴將瞬間穿透網孔在傾斜軌道下表面滑動。即通過改變水平軌道和傾斜軌道的相對位置即可實現液體的單向輸運。本發明成本低廉，原料易得，材料選擇性強，生產工藝簡單。

技術領域

本發明屬于功能材料及流體控制技術領域，特別涉及用于液體單向導通的各向異性浸潤性組合的不對稱網材及制備方法。

背景技術

自然界中存在許多動植物，它們可以巧妙地依靠自身表面的特殊微結構和不對稱潤濕性來控制液滴的定向運動，從而在惡劣環境下生存。例如豬籠草能夠以相當高的速度泵送液體，實現自潤滑以捕獲小昆蟲，蝴蝶兩個敞開的半管組成的親水/疏水蝶形長喙可以有效地攝取花蜜而不會漏液，甲蟲背部超親水紋理和超疏水凹槽可從風中吸取水蒸氣形成水珠滾入其嘴中。

人類通過合理調控界面材料的結構與化學組成，可以優化界面與流體之間的相互作用，從而實現類似動植物的低耗、無損、智能的流體單向傳輸過程。這類可實現流體單向傳輸的材料稱為“液體二極管”，是一類僅允許液體在一個方向上通過，而在反方向上阻止其通過的智能界面材料。將該材料應用于微流體控制領域可方便地起到類似閥門開關的作用。在過去的十年中，研究人員設計了一系列具有不對稱潤濕性的材料，如織物、聚合物纖維和金屬網，來實現此類液體的單向導通。例如，液滴將會單向從材料疏水面流向親水面，而此過程中，表面張力是液體輸運的唯一動力。

然而基于浸潤性梯度和浸潤性差異的材料有以下缺點：一、處理起來復雜。常用的處理方法一部分是將材料整體處理成疏水/超疏水再用其它方法將其中一面處理成親水，一部分是將兩種材料分別處理再用熱壓或捆綁結合起來。二、材料分步處理可能會有影響。親水/疏水配合的本質是疏水表面上的球形液滴可以在表面能推進的基礎上自發地轉移到親水表面上。材料的后親水處理可能會影響之前疏水/超疏水的處理。兩種材料熱壓或捆綁的方式也可能會影響親水/疏水的配合，進而影響液體的單向輸運。

在傳統的認識中，浸潤性梯度和浸潤性差異是設計上述單向導通系統的唯一途徑。然而大自然總是給我們以無限啟發。人們發現蝴蝶翅膀利用其定向排列的微/納米結構鱗片控制液滴只可以沿著遠離其身體中心的方向滾落，反之則非常困難。水稻葉片線形定向排列的突起陣列和一維的溝槽結構使得液滴只可以沿葉片水平生長方向滾落，而不會垂直于葉片生長方向滑動。這兩種奇特的現象就是各向異性浸潤性，其是由蝴蝶翅膀和水稻葉片表面的結構所造成的。因此設計一種材料利用各向異性浸潤性來實現液體的單向輸運或是一種新的途徑。

發明內容

本發明的目的是克服基于浸潤性梯度和浸潤性差異實現液體單向導通器件的不足，提供一種用各向異性浸潤性性質實現液體單向導通的不對稱網材及其制備方法。本發明受水稻葉片各向異性浸潤性和豬籠草超潤滑界面現象的啟發，設計了一種可以實現液體單向導通的正交排列的各向異性超潤滑軌道組合網材。與之前依靠不對稱浸潤性結構來實現液體單向操縱的器件相比，僅通過調節網材水平軌道和下降軌道的相對位置即可實現液滴滑動模式和穿透模式的轉換，而不涉及任何浸潤性梯度/對比，發展出了一類利用二維各向異性界面組合來實現液體單向輸運的新途徑。

本發明目的通過以下技術方案實現。

一種用于液體單向導通的各向異性浸潤性組合的不對稱網材；其特征是網材由各向異性軌道按照相互垂直的方向正交組裝、表面疏水粗糙化處理而成；所述網材浸潤有疏水潤滑液，形成超潤滑液體輸運界面；所述網材傾斜放置。

所述網材的軌道寬度為0.4～0.8毫米，厚度為0.1～0.4毫米，軌道按照1.8～2.3毫米等間排列，固定好做成柵欄狀。