[发明专利]一种微孔内材料固液换流装置及方法

权利要求书

1.一种微孔内材料固液换流装置，包括装置外壳(1)，其特征在于，装置外壳(1)通过固定卡爪(8)固定有工作室(2)，工作室(2)内部包含三个工作空间，分别为A工作空间(3)、B工作空间(5)和C工作空间(7)，三者通过镂空的工作空间隔板(6)隔开，工作空间隔板(6)上根据需求安装固定夹(4)；装置外壳(1)内另一侧上方设置有与工作室(2)相连通的过滤室(11)，过滤室(11)内设置水位传感器(10)，以及其底部设置滤纸层(12)；过滤室(11)下方空间设置有水泵(14)，水泵(14)出水口与工作室(2)进水口相连通。

2.基于权利要求所述的一种微孔内材料固液换流装置的固液换流方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用3D打印技术、立体光刻技术制备所需二维的光刻微沟道模具、三维结构的可溶性树脂模具或PDMS模具，并做相应后处理；

(2)将成型的模具用待成型的液态不溶性材料包覆，待不溶性材料凝固，完成微孔结构的成型；

(3)根据可溶的二维、三维模具表面属性和预计使用的溶解液的属性，以及相互作用的关系进行界面及环境调控，PDMS模具不需要调控；

(4)将完成界面及环境调控的模具置于换流装置内，夹紧，准备强制固液换流；

(5)启动换流装置，待过滤室内溶液中可溶性材料浓度下降至设置阈值时停止工作，完成微孔内的固液换流。

3.根据权利要求2所述的一种微孔内材料固液换流方法，其特征在于，

所述的二维光刻微沟道模具为使用商用AZ4620光刻胶经光刻、显影得到的光刻微沟道模具；

所述的三维结构的可溶性树脂模具为可溶性光敏树脂，其材料配制包括，按重量分数计：选择共聚单体N，N-二甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺40-60份，甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸钠40-60份，交联裂解剂甲基丙烯酸酐或N，N-亚甲基双丙烯酰胺40-50份在40-60℃的油浴加热下混合，然后分别加入填充物90-120份、光引发剂10-20份分散均匀；填充物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或甲基纤维素；光引发剂包括酰基膦氧化物或双苯甲酰基苯基氧化膦。

4.根据权利要求2所述的一种微孔内材料固液换流方法，其特征在于，所述的后处理为可溶性树脂模具内部未固化树脂的清除以及后续的紫外光过曝，以达到所设计的树脂模具的完全固化成型。

5.根据权利要求2所述的一种微孔内材料固液换流方法，其特征在于，所述的液态不溶性材料包括但不限于以下之一：石蜡、PDMS、硅橡胶、环氧树脂。

6.根据权利要求2所述的一种微孔内材料固液换流方法，其特征在于，所述的溶解液包括但不限于以下之一：1-5mol/L的NaOH溶液、1-5mol/L的KOH溶液、1-10mol/L的HCL溶液、1-3mol/L的H2SO4溶液、DMF或丁胺有机溶剂。

7.根据权利要求2所述的一种微孔内材料固液换流方法，其特征在于，所述的界面调控是针对选取的溶解液浓度、粘度，以及可溶性材料表面光洁度、亲疏水性的属性进行调控，及对二者相互作用关系的平衡；选用溶解液若为无机溶液，需根据微孔结构基体的材料调整其浓度，使其接触角尽量小，使溶解液更容易进入微孔结构，与可溶性模具进行接触；选用溶解液若为有机溶液，则需根据微孔结构基体的材料选用使接触角尽量小的有机溶液，同样使溶解液更容易进入微孔结构，与可溶性模具进行接触。

8.根据权利要求2所述的一种微孔内材料固液换流方法，其特征在于，所述的环境调控是针对选定溶解液的最佳工作环境选择，所选溶解液若为易挥发溶液，应选用高压低温环境，以减少其挥发，提高其利用率；所选溶解液若为高熔点有机溶液，应选用较高温环境，以保证其具有足够的流动性。

9.根据权利要求2所述的一种微孔内材料固液换流方法，其特征在于，所述的步骤(4)的置于换流装置，具体为：针对三维结构，使用工作空间隔板(6)将其在垂直水平面方向固定；针对二维结构，使用固定夹(4)将其固定。

10.根据权利要求2所述的一种微孔内材料固液换流方法，其特征在于，所述的步骤(5)具体为：为水泵(14)供5-12V直流电，启动整个循环，强制水流首先通过水泵增压进入工作室底部，进而在水压作用下往上流动，依次通过三个工作空间，对待处理工件进行强制固液换流，待水位超过工作室(2)与过滤室(11)之间的隔板时，换流废液进入过滤室(11)，通过滤纸(12)的过滤再次进入水泵，进入下一个换流循环，水位传感器(10)实时监测过滤室(11)内水位，超过阈值时自动关闭水泵(14)，待水位下降至安全值再次启动，以此避免废液未经处理就进入下一个循环。