[发明专利]一种超疏水表面润湿性的调控装置及调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面润湿性技术领域，尤其涉及可以对材料表面润湿性进行调控的装置和方法。

背景技术

润湿是日常生产和生活中常见的现象，润湿性是固体表面的重要特性之一。超疏水表面在国防、工农业生产和人们日常生活中具有广泛的应用前景，引起了人们的极大关注。超疏水表面已经被用于天线、门窗防积雪，船、潜艇等外壳减小阻力，石油输送管道内壁、微量注射器针尖防止粘附堵塞，减少损耗，纺织品、皮革制品防水防污等。所谓润湿性可控的表面，就是在外界环境的刺激下材料表面的接触角可以发生可逆变化的表面。通过适当改变外界环境条件，可以实现表面润湿性在疏水与亲水之间，甚至在超疏水与超亲水之间转化。目前主要通过两种途径实现表面润湿性的调控：一种是表面微结构的调控，即依靠外界环境的刺激作用使固体表面的形貌发生可逆转变，从而使液滴在材料表面的状态发生响应和变化。其不足是由于当前技术手段的限制，表面微结构的调控难以实现在线控制，目前用该法调控材料表面润湿性的研究并不多。另一种是表面自由能调控，即在保持材料表面形貌的条件下，利用外界环境的刺激作用定向改变材料表面化学组成，从而改变表面自由能，使液滴在表面的接触角相应地发生变化。通过表面自由能调控可以快速、有效地实现材料表面润湿性的在线操控。其不足是实现反复调控比较复杂，不适用于微流体系统。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明设计一种操作方便，且适用于微流体系统的超疏水表面润湿性调控装置与方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种超疏水表面润湿性调控装置，包括微量气体泵、管系、微量气压表、水槽、微量液压表、微量液体泵和超疏水表面，其特征在于在所述超疏水表面设有一个液体容腔，液体容腔一侧设一个气体容腔，气体容腔通过微通道与液体容腔相连通，所述液体容腔设有液体入口和液体出口，液体入口和液体出口分别设在液体容腔相对的两面上，液体入口依次与液压表和微量液体泵出口通过管系连接，液体出口通过管系与水槽相连，微量液体泵入口通过管系与水槽相连；所述气体容腔设有气体入口，气体入口依次与气压表和微量气体泵的出口通过管系连接，微量气体泵的入口与大气相通。

本发明所述一种超疏水表面润湿性调控装置的调控方法，其特征在于所述调控方法包括以下步骤：

a同时接通微量液体泵和微量气体泵，向液体容腔供液体，向气体容腔供气体。

b调整微量气体泵的供气量，控制气体容腔的压力，当气体容腔压力控制在等于或小于液体容腔的压力时，液体和超疏水表面全接触，此时为文策尔（wenzel）模型，当气体压力控制在大于液体容腔内压力时，气体托起液体容腔内的液体，液体与超疏水表面接触面缩小，在一定范围内，气体压力越大，接触面越小，气液固三相的接触角越大，接触面相应变化，成为卡西（cassie）模型，通过控制气体容腔的压力实现文策尔（wenzel）模型与卡西（cassie）模型之间的互相转换，即实现超疏水表面润湿性的可逆调控。

本发明所述一种超疏水表面润湿性调控装置的调控方法，其特征在于所述液体容腔压力为0.3~0.5Mpa，气体容腔的压力为0.1~0.7Mpa。

本发明主要是利用力学的方法实现了超疏水表面润湿性的可逆调控，通过改变气体容腔的压力从而控制气液固三相的接触方式，实现表面润湿性的改变。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.采用的是基于力学的方法，在表面润湿性调控方面用的较少。

2.易于实现，重复性好。

3.适用于微流体系统。

附图说明

本发明共有附图3张，其中：

图1是超疏水表面润湿性调控装置实施例示意图。

图2是实施例超疏水表面上的气体容腔和液体容腔结构示意图。

图3是图2的俯视示意图。

图中1.微量气体泵，2.管系，3.微量气压表，4.试验芯片，5.水槽，6.微量液压表，7.微量液体泵，8.液体容腔，9.超疏水表面，10.液体入口，11.液体出口，12.微通道.，13.气体入口，14.气体容腔，15.构筑了微结构的硅片、16.聚二甲基硅氧烷结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。