[发明专利]用于液体单向导通的各向异性浸润性组合的不对称网材及制备方法

说明书

本发明涉及用于液体单向导通的各向异性浸润性组合的不对称网材及制备方法；网材由各向异性轨道按照相互垂直的方向正交组装、表面疏水粗糙化处理而成；所述网材浸润有疏水润滑液，形成超润滑液体输运界面；将网材倾斜放置，当水平轨道在上，倾斜轨道在下时，在轨道顶端释放液滴，此时液滴与轨道接触面积较大，液滴状态稳定，液滴将沿倾斜轨道上表面滑动；将网材转动90度，此时倾斜轨道在上，水平轨道在下，在轨道顶端释放液滴，此时液滴与轨道接触面积较小，由于表面能的释放，液滴将瞬间穿透网孔在倾斜轨道下表面滑动。即通过改变水平轨道和倾斜轨道的相对位置即可实现液体的单向输运。本发明成本低廉，原料易得，材料选择性强，生产工艺简单。

技术领域

本发明属于功能材料及流体控制技术领域，特别涉及用于液体单向导通的各向异性浸润性组合的不对称网材及制备方法。

背景技术

自然界中存在许多动植物，它们可以巧妙地依靠自身表面的特殊微结构和不对称润湿性来控制液滴的定向运动，从而在恶劣环境下生存。例如猪笼草能够以相当高的速度泵送液体，实现自润滑以捕获小昆虫，蝴蝶两个敞开的半管组成的亲水/疏水蝶形长喙可以有效地摄取花蜜而不会漏液，甲虫背部超亲水纹理和超疏水凹槽可从风中吸取水蒸气形成水珠滚入其嘴中。

人类通过合理调控界面材料的结构与化学组成，可以优化界面与流体之间的相互作用，从而实现类似动植物的低耗、无损、智能的流体单向传输过程。这类可实现流体单向传输的材料称为“液体二极管”，是一类仅允许液体在一个方向上通过，而在反方向上阻止其通过的智能界面材料。将该材料应用于微流体控制领域可方便地起到类似阀门开关的作用。在过去的十年中，研究人员设计了一系列具有不对称润湿性的材料，如织物、聚合物纤维和金属网，来实现此类液体的单向导通。例如，液滴将会单向从材料疏水面流向亲水面，而此过程中，表面张力是液体输运的唯一动力。

然而基于浸润性梯度和浸润性差异的材料有以下缺点：一、处理起来复杂。常用的处理方法一部分是将材料整体处理成疏水/超疏水再用其它方法将其中一面处理成亲水，一部分是将两种材料分别处理再用热压或捆绑结合起来。二、材料分步处理可能会有影响。亲水/疏水配合的本质是疏水表面上的球形液滴可以在表面能推进的基础上自发地转移到亲水表面上。材料的后亲水处理可能会影响之前疏水/超疏水的处理。两种材料热压或捆绑的方式也可能会影响亲水/疏水的配合，进而影响液体的单向输运。

在传统的认识中，浸润性梯度和浸润性差异是设计上述单向导通系统的唯一途径。然而大自然总是给我们以无限启发。人们发现蝴蝶翅膀利用其定向排列的微/纳米结构鳞片控制液滴只可以沿着远离其身体中心的方向滚落，反之则非常困难。水稻叶片线形定向排列的突起阵列和一维的沟槽结构使得液滴只可以沿叶片水平生长方向滚落，而不会垂直于叶片生长方向滑动。这两种奇特的现象就是各向异性浸润性，其是由蝴蝶翅膀和水稻叶片表面的结构所造成的。因此设计一种材料利用各向异性浸润性来实现液体的单向输运或是一种新的途径。

发明内容

本发明的目的是克服基于浸润性梯度和浸润性差异实现液体单向导通器件的不足，提供一种用各向异性浸润性性质实现液体单向导通的不对称网材及其制备方法。本发明受水稻叶片各向异性浸润性和猪笼草超润滑界面现象的启发，设计了一种可以实现液体单向导通的正交排列的各向异性超润滑轨道组合网材。与之前依靠不对称浸润性结构来实现液体单向操纵的器件相比，仅通过调节网材水平轨道和下降轨道的相对位置即可实现液滴滑动模式和穿透模式的转换，而不涉及任何浸润性梯度/对比，发展出了一类利用二维各向异性界面组合来实现液体单向输运的新途径。

本发明目的通过以下技术方案实现。

一种用于液体单向导通的各向异性浸润性组合的不对称网材；其特征是网材由各向异性轨道按照相互垂直的方向正交组装、表面疏水粗糙化处理而成；所述网材浸润有疏水润滑液，形成超润滑液体输运界面；所述网材倾斜放置。

所述网材的轨道宽度为0.4～0.8毫米，厚度为0.1～0.4毫米，轨道按照1.8～2.3毫米等间排列，固定好做成栅栏状。