[发明专利]复合金刚石涂层及其制备方法、微流体通道和微流体器件

说明书

本发明公开了一种复合金刚石涂层及其制备方法、微流体通道和微流体器件，涉及涂层技术领域。该复合金刚石涂层包括中间层和形成在中间层表面的金刚石涂层，金刚石涂层的形核密度呈梯度变化，且复合金刚石涂层至少一部分表面具有亲水性，一部分表面具有疏水性；通过上述中间层和金刚石涂层的复合，可实现复合金刚石涂层具有结构及化学成分的梯度变化，在两种梯度变化以及表面亲疏水性的共同作用下，可有效控制复合金刚石涂层的表面湿润性，从而达到对与其接触的微流体进行有效驱动与控制的目的；另外，该复合金刚石涂层可表面功能化，还具有良好的化学稳定性和可重复性。本发明还提供了复合金刚石涂层的制备方法，该方法工艺简单，操作便利。

技术领域

本发明涉及涂层技术领域，具体而言，涉及一种复合金刚石涂层及其制备方法、微流体通道和微流体器件。

背景技术

近年来，新型驱动方式根据微尺度下流体特性设计，表现为表面张力驱动、热能驱动、电能驱动、光能驱动等驱动方式。由于表面效应在微流动中具有举足轻重的作用，通过表面润湿性梯度变化而产生的表面张力驱动技术具有诱人的应用潜力，因为它不需要外加能源，可通过材料表面的特性对微流体进行驱动与控制。梯度涂层就是表面张力驱动技术的典型代表之一。

目前，绝大多数的研究集中在均匀涂层领域，很少有关于梯度涂层的报道，这主要由于梯度涂层制备工艺复杂，且多数需要作用掩模；另外，现有的梯度涂层对于微流体的驱动与控制效果不佳，梯度涂层的化学稳定性、可表面功能化以及可重复性能较差，不能满足实际使用需求。

有鉴于此，特提出本发明，以解决上述问题中的至少一个。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种复合金刚石涂层，其表面存在结构梯度分布以及化学成分的梯度分布，通过改变复合金刚石涂层表面润湿性能，从而达到对与其接触的微流体进行有效驱动与控制的目的。

本发明的目的之二在于提供一种上述复合金刚石涂层的制备方法，采用热丝气相沉积法制备复合金刚石涂层，该制备方法不需要掩模，且可操作性强、可控性好，工艺稳定、易于实施，便于大规模连续化工业生产。

本发明的目的之三在于提供一种微流体通道，包含基体和上述复合金刚石涂层。

本发明的目的之四在于提供一种微流体器件，包含上述复合金刚石涂层或采用上述复合金刚石涂层的制备方法制备得到的复合金刚石涂层或微流体通道。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，提供了一种复合金刚石涂层，包括：

中间层；和，

金刚石涂层，形成于所述中间层表面；

其中，所述中间层为非金刚石涂层；

所述金刚石涂层的形核密度呈梯度变化；

所述复合金刚石涂层至少一部分表面具有亲水性，一部分表面具有疏水性。

进一步的，在本发明技术方案的基础上，所述金刚石涂层的形核密度自所述中间层的一侧至另一侧的趋势逐渐增大，复合金刚石涂层上液滴的静态接触角以式1所示的趋势发生相应的变化：

式1：Q＝-AX+B，其中，Q为静态接触角，X为液滴沿复合金刚石涂层流动的距离，A为每毫米减少的接触角，B为最大接触角；

优选地，式1中A为0.1-15°/mm，B为100°-150°；

优选地，所述复合金刚石涂层沿所述金刚石涂层形核密度相对大的表面具有疏水性，所述复合金刚石涂层沿所述金刚石涂层形核密度相对小的表面具有亲水性；

优选地，所述复合金刚石涂层表面修饰有疏水基团和亲水基团，所述疏水基团包括氢基和/或氟硅烷基，所述亲水基团包括羟基、羧基、氨基或磺酸基中的任意一种或几种；