[发明专利]一种带取向性结构的微针尖及其连续输运液体的方法有效
申请号: | 201510303559.6 | 申请日: | 2015-06-04 |
公开(公告)号: | CN105036052B | 公开(公告)日: | 2017-01-18 |
发明(设计)人: | 董华来;杨兴;郑泉水 | 申请(专利权)人: | 清华大学 |
主分类号: | B81B1/00 | 分类号: | B81B1/00 |
代理公司: | 北京众合诚成知识产权代理有限公司11246 | 代理人: | 黄家俊 |
地址: | 100084 北京市*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 向性 结构 针尖 及其 连续 输运 液体 方法 | ||
1.一种带取向性结构的微针尖,其特征在于,微针尖呈尖端细而根部粗的锥形,微针尖的表面制作有取向性的微纳沟槽状结构,微纳沟槽状结构贯通到微针尖的最尖端,微针尖的最尖端的曲率圆半径不超过20微米,微纳沟槽状结构的平均宽度及平均深度介于20纳米到5微米,微针尖表面的微纳沟槽状结构的取向性具体为微纳沟槽状结构与微针尖的轴向方向一致或平均夹角小于45度。
2.一种利用权利要求1所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)在带有微纳沟槽状结构的微针尖上放置或补充液滴,液滴在表面张力的作用下自发运动到微针尖的储液位置;
2)带有液滴的微针尖在移动装置的控制下运动到目标位置,与目标位置形成点接触状态;
3)液滴在微针尖表面的微纳沟槽状结构的毛细作用力作用下,由微针尖的储液位置顺着微针尖向下流淌至目标位置的基底上。
3.根据权利要求2所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述移动装置控制微针尖运动,液滴在目标位置的基底上经固化及堆叠形成图案或立体结构。
4.根据权利要求2所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述点接触状态通过力反馈装置或电学测量装置监测,微针尖与目标位置之间点接触时的接触力、接触时间通过力反馈装置或电学测量装置控制。
5.根据权利要求4所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述微针尖与目标位置之间点接触时的接触力、接触时间以及微针尖的最尖端的曲率圆半径决定液滴的输送速率与体积。
6.根据权利要求2所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述在带有微纳沟槽状结构的微针尖上放置或补充液滴的方法为吸引式放置液滴法或点滴式放置液滴法或输运式补充液滴法。
7.根据权利要求6所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述吸引式放置液滴法为直接将微针尖的最尖端浸入被输运的液体中后再抽拔出来,微针尖上附着的液滴在表面张力作用下自发运动到微针尖的储液位置。
8.根据权利要求6所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述点滴式放置液滴法为通过泵、阀、或喷射方法直接将液滴放置到微针尖的储液位置。
9.根据权利要求6所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述输运式补充液滴法将一个微管套到微针尖上,微管的内表面与微针尖的外表面之间形成补充液体输运通道,利用压力使液体通过补充液体输运通道被输运到微针尖的储液位置。
10.根据权利要求2所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述液滴为水滴或有机溶剂或液态金属或可固化胶水;当液滴为可固化胶水时,固化方法选用时间固化法或加热固化法或光固化法;时间固化法适用于可固化胶水自然蒸发固化或可固化胶水的组成成分化学反应固化的情况;液滴的观察通过微纳观察装置实现,微纳观察装置选用光学成像显微镜或扫描探针显微镜或环境扫描电子显微镜。
11.根据权利要求2所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述目标位置的基底进行了增大表面固液迟滞角的表面处理。
12.根据权利要求11所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述增大表面固液迟滞角的表面处理的方法选用氧气等离子体清洗法或空气等离子体清洗法。
13.根据权利要求2所述微针尖的连续输运液体的方法,其特征在于,所述液滴、微针尖、微针尖表面的微纳沟槽状结构、目标位置的基底之间满足关系式:
其中,r为微针尖表面的微纳沟槽状结构的平均粗糙度,对于宽为w、平均深度为的矩形截面微纳沟槽状结构,θLiquid-Probe为液滴与微针尖所用材料之间的固液本征接触角;θLiquid-Substrate为液滴与目标位置的基底所用材料之间的固液本征接触角。
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