[发明专利]静电调控在超疏水基底上的液滴弹道发射的方法及装置

说明书

本发明公开了一种静电调控在超疏水基底上的液滴弹道发射的方法及装置，通过静电充电使液滴与超疏水基底带有静电电荷，在静电场的作用下，液滴沿着静电场方向弹道发射。所述装置包括：静电发生器、放电针、恒温恒湿装置和所述超疏水低黏附的石英基底；静电发生器与放电针电连接，静电高压电源一端接地，放电针和超疏水低黏附的石英基底固定安装于恒温恒湿装置内，放电针竖直放置，超疏水低黏附的石英基底位于放电针上方，并与之不接触。本发明提供的静电调控在超疏水基底上的液滴弹道发射的方法及装置，使用超疏水低黏附石英基体组装的静电发射液滴装置可以在静电场作用下将静止在石英基底表面的微升级液滴以一定的速度和方向排离出固体表面。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体涉及一种静电调控在超疏水基底上的液滴弹道发射的方法及装置。

背景技术

液滴在超疏水表面的跳跃现象在近年来引起了广泛的研究关注，它在增强自清洁，抗结冰，打印和液滴冷凝等方向具有重要的应用价值。在自然界，一些生物利用自身表面的有结构的超疏水表面将凝结的液滴从身体表面排出。这样的例子有很多，比如水黾利用倾斜的刚毛结构可以使凝结的水滴跳起；蝴蝶利用翅膀表面的微/纳棘轮结构，将液滴有方向的进行驱离；壁虎通过自推进过程从皮肤上除去水；槲寄生，通过表面能量自行推进冷凝水跳跃去除污染物。在特殊的表面结构和微小液滴的融合作用下，合并后的液滴可以从超疏水表面进行弹离。然而，对于较大的微升级别的液滴，甚至对使撞击到表面的液体在几毫秒内从疏水表面反弹，或者使静止的液滴从表面沿受控的弹道方向高速跳起，实现这些现象仍然是一个技术挑战。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种静电调控在超疏水基底上的液滴弹道发射的方法及装置。使用超疏水低黏附的石英基底组装的静电装置可以在静电场作用下将静止在石英基底表面上的微升级液滴以一定的速度和方向排离出固体表面。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种静电调控在超疏水基底上的液滴弹道发射的方法，所述方法通过静电充电使液滴与超疏水基底带有静电电荷，在静电场的作用下，液滴沿着静电场方向弹道发射。

优选地，所述超疏水基底为超疏水低黏附的石英基底。

本发明还提供一种超疏水低黏附的石英基底及其制备方法。

一种超疏水低黏附的石英基底，所述石英基底包括有表面覆盖的中空碳硅纳米球；所述中空碳硅纳米球的内外表面修饰有超疏水分子。

优选地，所述二氧化硅纳米球的直径为20±5nm；所述覆盖的中空结构的二氧化硅纳米球的厚度为50nm。

优选地，所述超疏水分子为氟化试剂；更优选地，所述氟化试剂选自(十七氟-1,1,2,2-十四烷基)三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷和十三氟辛基三乙氧基硅烷。

本发明的具有超疏水低粘附性的石英基底是在石英片表面修饰有纳米结构的re-entrant的二氧化硅基底，并采用氟硅烷进行化学修饰，这样基底就呈现超疏水的性质。碳硅纳米球是直径为20±5nm的中空形状，厚度大约为50nm。二级结构和超低表面能的结合使基底呈现超疏水甚至对低表面张力的液体都呈现超疏的性质，比如乙二醇液体。即使基底经过O₂等离子体处理5分钟后，也可以保持此性质。因此，本发明制备的超疏水低粘附性的石英基底在高静电压充电中是一个比较稳定的基底。

一种超疏水低黏附的石英基底的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、将石英片依次用丙酮、乙醇和去离子水清洗，之后将其放在蜡烛火焰上进行烟熏直至玻璃片变成黑色；

S2、将烟灰涂布的石英片与四乙氧基硅烷和氨水溶液一起放入真空干燥器中，进行四乙氧基硅烷的化学气相沉积；

S3、将S2得到的石英片在马弗炉中烘烤，得到表面覆盖有中空碳硅纳米球的石英片；