[發明專利]液體二極管、表面修飾方法及應用

在審

• 申請號: 202310380250.1
• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116557389A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 薛龍建;張鈺榮;李利軍;林振;王儒騰
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: F15D1/00
• 分類號: F15D1/00;B81B3/00;B29D23/00;B01L3/00;B01J19/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊震

本申請公開了液體二極管、表面修飾方法及應用。液體二極管包括陣列結構層與可形變的基底，通過動態調控基底進而改變陣列結構層中的結構單元間距，有效控制液滴在二極管上的運輸狀態。解決現有技術存在的流體定向運輸/暫停等控制問題，實現液體二極管的制備及多樣性。本申請液體定向運輸的控制方法簡單且液滴運動方向可控，為微流控芯片制作、微反應器、顏料配色、電路控制、油水分離、物質輸送、生物醫學等領域提供了新選擇。

技術領域

本申請涉及液體定向運輸的技術領域，尤其涉及液體二極管、表面修飾方法及應用。

背景技術

液體定向輸送與操控在微流體、霧水收集、噴墨打印、界面催化、膜過濾和生物醫學等技術應用中具有舉足輕重的地位。研究者發現，自然界中存在多種具有液體自發定向運輸的表面，如沙漠甲蟲的背部、蜘蛛網、仙人掌、蝴蝶翅膀和豬籠草等。

目前，受自然界啟發，研究人員已經提出了兩種實現液體定向運輸的驅動方式，包括被動驅動和主動驅動。其中被動驅動是利用不對稱化學成分或物理結構產生潤濕梯度的驅動，例如，液體傾向于在潤濕性梯度作用下從高表面能區域流向低表面能區域，在拉普拉斯壓力作用下從高曲率區域流向低曲率區域；主動驅動是液滴在外部刺激如光、熱、電場或磁場等作用下產生的潤濕性梯度實現定向運輸。相比之下，主動驅動需要外部能量的輔助才能克服釘扎力。而且，目前的主動驅動方式一般只能進行單一種類液體驅動，無法同時實現多種液體的定向運輸。如何結合主動驅動和被動驅動的優點成為研究熱點。

相關技術中，液體驅動大多難以實現可靈活控制性，而且外部能源的使用通常需要復雜的制造技術。因此，迫切需要研發出一種可靈活操控定向運輸例如速度及方向，同時可實現多種液體定向運輸的液體二極管。

發明內容

有鑒于此，本申請提供液體二極管、表面修飾方法及應用，通過拉伸或釋放來改變液體二極管結構單元的實際間距大小，有效調節液滴在彈性體基上的定向運輸狀況，操作靈活、方便。

第一方面，本申請提供一種液體二極管，包括：

可變形的基底；

陣列結構層，用于液體的定向運輸并設于所述可形變基底上，所述陣列結構層由非對稱結構單元呈陣列排布，所述陣列結構間距大小由所述基底變形程度決定，繼而藉由該變形程度的改變操縱液體的定向運輸/暫停或運輸方向。前文已述“該拉伸程度的改變操縱液體的定向運輸”，所屬領域技術人員應當能夠理解的是，拉伸程度必然不會導致三維納米結構層整體結構發生嚴重的破壞，以不導致定向運輸功能的基本喪失。具體而言，液體二極管的運輸能力是和結構固有性能相關，前提是不破壞結構層就能實現運輸。

為了解決該技術難題，本發明人將基底配置成用以承受外力拉伸的對象，控制拉伸程度在基底可承受范圍內，以避免基底不會被破壞；其次，本申請陣列結構層和基底的結合力是具有足夠保障的，以防基底稍有位移就會導致微結構脫離。

可選地，所述結構單元為半圓形、半橢圓形、圓形、橢圓形、多邊形、曲面、雙曲面中的一種或任意幾種的組合。

可選地，所述結構單元的尺寸為納米至毫米級，所述結構層由一種或多種尺寸的結構單元排列在同一平面，或小尺寸結構單元堆疊在大尺寸結構單元上。

可選地，所述結構單元的傾斜方向決定液體的運輸方向，且所述結構單元的傾斜方向與所述基底形成夾角為10-90°。

可選地，所述基底的材料為彈性樹脂、橡膠、水凝膠、金屬網中一種或任意幾種。

可選地，所述基底的變形方式可以是機構變形、機構單元之間的連接方式可以是螺絲、鉚釘中一種或任意幾種。

可選地，所述基底的變形方式可以是結構變形，通過拉伸使結構單元的長寬比發生變化，從而達到液體二極管陣列改變。