[发明专利]一种基于电润湿技术的微流体阀装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流体阀装置，特别是一种基于超轻型石墨烯微流体阀装置。

背景技术

电润湿技术是近年来得到广泛应用研究的新型微流体技术，其具有功耗低、响应速度快、器件结构简单、体积小等特点。基于电润湿技术的新型微流体阀同时还有动作可靠、响应快速和易于连续控制等优势，具备优异的应用价值。但是目前主要的电润湿微流体阀依赖微机械电子工艺，具有较为复杂精密的微观机械结构，加工工艺复杂，尤其在涉及到多相流体的操控时，对特定流体的过滤、阻隔以及可回复操作都是目前面临的主要难题。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种电润湿微流体阀装置，该装置可以精确实现多相流体的过滤，阻隔以及可回复操作，且不需要制备复杂的微机械电子部件。

技术方案：本发明的一种基于电润湿技术的微流体阀装置包括上基板、下基板以及位于上下基板之间的微流体隔层，所述上基板和下基板在靠近微流体隔层一侧分别设置有上导电层、下导电层，在所述的上导电层的下表面设有上疏水介质层，在下导电层的上表面设有下疏水介质层；所述微流体隔层是多孔的海绵状材料；所述微流体隔层的外表面以及内部结构表面均覆盖有一层中间疏水介质层。

所述的上疏水介质层、下疏水介质层和中间疏水介质层为与水性流体接触角大于90°的疏水介质层。

所述微流体隔层是多孔的海绵状石墨烯。

有益效果：与现有技术相比，本发明的电润湿微流体阀装置不依赖复杂的微机械电子部件，充分利用微流体隔层的超疏水性和较好的亲油性，即可实现油性流体的过滤，水性流体的阻隔，以及油性和水性混合流体的分离等多重功能。此外，通过在微流体隔层与某个基板之间施加电压，可借助电润湿特性使位于该基板和隔层中间的水性流体过滤到隔层的另一侧；与此对应的，在另一基板与隔层之间施加电压，可使水性流体过滤回初始的一侧，从而实现动态可调的流体阀功能。石墨烯具备优异的导电性能，可制备成微流体阀的电极材料，经过疏水介质层修饰过的海绵状石墨烯块状材料，质轻且满足电润湿工作条件，可实现对微流体的动态操控。

附图说明

图1是本发明电润湿微流体阀装置的立体示意图；

图2是本发明电润湿微流体阀装置在关态时，过滤油性流体的示意图；

图3是本发明电润湿微流体阀装置在关态时，阻隔水性流体的示意图；

图4是本发明电润湿微流体阀装置在开态时，过滤水性流体的示意图。

以上的图中包括：微流体隔层10、上基板11、下基板12、上导电层13、下导电层14、上疏水介质层15、下疏水介质层16、中间疏水介质层17、海绵状石墨烯18、油性流体19、水性流体20。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

本发明的微流体阀装置，包括微流体隔层和上下两个基板；该微流体隔层是由块状多孔材料制成；该微流体隔层外表面和多孔内结构表面均覆盖有一层疏水介质层，其材质可以是含氟聚合物，如聚四氟乙烯；该微流体隔层具有亲油性和超疏水性，表现为与油性流体接触角小于90°，与水性流体接触角大于150°；该上下两个基板分别分布于微流体隔层的两侧；该上下基板在靠近隔层一侧表面各有一个导电层，导电层表面都均匀覆盖有疏水介质层。利用微流体隔层的亲油性和疏水性，可以实现油性流体的过滤，水性流体的阻隔，以及油性和水性混合流体的分离等功能。此外，通过在微流体隔层与某个基板之间施加电压，可借助电润湿特性使位于该基板和隔层中间的水性流体过滤到隔层的另一侧；与此对应的，在另一基板与隔层之间施加电压，可使水性流体过滤回初始的一侧，从而实现动态可调的流体阀功能。

其中，微流体隔层由海绵状石墨烯材料制成。

根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

如图1所示为电润湿微流体阀装置的立体示意图，一种电润湿微流体阀装置，包括上基板11、下基板12以及位于上下基板之间的微流体隔层10。上基板11在靠近微流体隔层10的一侧设置有上疏水介质层15。下基板12在靠近微流体隔层10的一侧设置有下疏水介质层16。在上基板11与上疏水介质层15之间设置有上导电层13。下基板12与下疏水介质层16之间设置有下导电层14。微流体隔层10的核心部件是海绵状石墨烯18，海绵状石墨烯18外表面以及内结构表面都均匀覆盖有一层中间疏水介质层17。