一种用于液体定向输运的超疏水三维表面结构及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于液体定向输运的超疏水三维表面结构及应用。结构主要由若干个移液单元以阵列形式紧密排布形成，液体二极管为一端开口一端封闭的U形件，台形流道上部开设有条形槽，条形槽沿着台形流道的一中心线方向布置，条形槽一端的槽口尺寸大于条形槽另一端的槽口尺寸，台形流道中槽口尺寸较小的一端作为台形流道的入口端，台形流道中槽口尺寸较大的一端作为台形流道的出口端，液体二极管与台形流道的上表面连接成一体式部件，超疏水三维表面结构用于制作微反应器或生物医学检测。本发明专利技术结构简单，易于制造，对液体定向输运的效果明显，能实现高效、快速、安全、可靠的液体定向输运。向输运。向输运。

【技术实现步骤摘要】
一种用于液体定向输运的超疏水三维表面结构及应用


[0001]本专利技术属于微流控
的一种三维表面结构及应用，尤其是一种用于液体定向输运的超疏水三维表面结构及应用。

技术介绍

[0002]涉及多尺度、跨物态的液体定向自发输运现象，在自然生态和日常生活中普遍存在，广泛应用于多个领域，如微流控、集水、换热等。研究发现，自然界中已经有很多物种可以实现无外部能量输入的集水和输水功能，如沙漠甲虫、仙人掌、蜘蛛丝、猪笼草、角蜥、水黾等。受到这些生物的启发，研究人员提出了数种用于液体定向输运的方案，主要有润湿梯度、结构曲率梯度、各向异性结构等，具体地说，液体在润湿梯度的作用下总是从低能表面向高能表面移动，当固体表面亲水时，液体在拉普拉斯压力梯度的作用下总是由大曲率区域向小曲率区域移动，反之，若固体表面疏水，则液体在拉普拉斯压力梯度的作用下总是由小曲率区域向大曲率区域移动。这些定向移液系统对进一步探索并应用仿生液体定向输运系统极具参考意义，但同时也存在着在输运速度和输运距离上的限制。

技术实现思路

[0003]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术设计了一种结合微米级液体二极管与具有条形槽的台形流道的可用于在水平方向上液体定向输运的超疏水三维表面结构及应用，本专利技术的液体定向输运方案易于制造，成本低廉，灵活性好，可以在多个场景中被应用，如设计控制化学反应的微反应器、设计控制冷却介质的冷却流道或生物医学检测等。
[0004]本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0005]所述结构主要由若干个移液单元以阵列形式紧密排布形成，移液单元包括液体二极管和长方体形状的台形流道，液体二极管放置在台形流道的上表面；
[0006]移液单元的阵列形式为直线型阵列、矩形阵列、六边形阵列或其他多边形阵列。
[0007]所述的台形流道的上部开设有一个横截面为半椭圆形的条形槽，条形槽沿着台形流道的中心线方向布置，条形槽一端的槽口尺寸大于条形槽另一端的槽口尺寸，台形流道中槽口尺寸较小的一端作为台形流道的入口端，台形流道中槽口尺寸较大的一端作为台形流道的出口端，入口端的端面在槽口处的外围设置有半圆弧形的缝隙槽，缝隙槽的外径尺寸与出口端端面的槽口尺寸相吻合；液体二极管为一端开口一端封闭的U形实体件，液体二极管放置在条形槽的底部且与台形流道的上表面连接成一体式部件。
[0008]所述液体二极管以开口端朝向台形流道的入口端，封闭端朝向台形流道的出口端而布置。
[0009]所述液体二极管的厚度为台形流道中条形槽槽深的二分之一。
[0010]所述的液体二极管开口端的外侧壁与自身对称轴的夹角不大于5
°
。
[0011]所述的超疏水三维表面结构采用光固化3D打印技术、激光束微细加工技术或光刻加工技术进行制造。
[0012]所述超疏水三维表面结构的表面涂覆有超疏水材料，涂覆方法为浸渍、气相沉积、等离子接枝中的一种，所述的超疏水材料为气相二氧化硅、蜡或氟硅烷。
[0013]所述超疏水三维表面结构用于制作微反应器或生物医学检测。
[0014]本专利技术是将微米级液体二极管与台形流道相结合，实现水平方向液体定向输运的超疏水三维表面结构的设计及应用。超疏水三维表面结构可以同多种材料相适配。本专利技术与传统无结构流道相比，在保证液体单向输运的基础上，避免了液体沿水平方向扩散引起液体损失，一定程度上提高了液体定向输运的效率。台形流道可以采用开放式和封闭式设计，如图6所示，采用封闭设计时，可以进一步避免液体溢出台形流道造成液体损失。制备三维阵列表面可采用目前较为成熟的光固化3D打印技术、激光束微细加工技术和光刻加工技术等。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016](1)本专利技术的设计方案利用由台形流道的结构梯度产生的拉普拉斯压力梯度和由液体二极管产生的泰勒升现象作为驱动力推动液体沿前进方向定向移动，同时利用液体二极管的各向异性结构引起的凹曲率边缘效应实现液体在后退方向的钉定以避免回流，最终实现液体不断沿前进方向定向输运。
[0017](2)本专利技术通过将微米级液体二极管与台形流道相结合以构建液体定向输运系统，相较于传统无结构流道和无液体二极管的台形流道，液体定向输运速度更快且单向性更强。
[0018](3)本专利技术的设计方案结构简单，易于制造，具有大规模投入生产应用的潜力，对液体定向输运的效果明显，实现了高效、快速、安全、可靠的液体定向输运，为液体定向输运提供了一种新的可行方案。
附图说明
[0019]图1为微米级超疏水三维表面结构的设计思路图；
[0020]图2为微米级超疏水三维表面结构的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术设计方案提供实例的结构示意图；
[0022]图4为微米级超疏水三维表面结构液体定向输运图；
[0023]图5为本专利技术设计方案提供实例的制备方法流程图；
[0024]图6为本专利技术不同形式的结构示意图：a、开放式液体定向输运结构；b、封闭式液体定向输运结构；
[0025]图7为液体二极管封闭端不同形式的结构示意图：a、U形液体二极管；b、三角形液体二极管；c、椭圆形液体二极管。
[0026]图中：1、移液单元；2、液体二极管；3、台形流道。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0028]如图1和图2所示，结构主要由若干个移液单元1以阵列形式紧密排布形成，移液单元1包括液体二极管2和长方体形状的台形流道3，液体二极管2放置在台形流道3的上表面；
[0029]移液单元1的阵列形式为直线型阵列、矩形阵列、六边形阵列或其他多边形阵列。
[0030]液体二极管2为一端开口一端封闭的U形实体件，台形流道3的上部开设有一个横截面为半椭圆形的条形槽，条形槽沿着台形流道3的中心线方向布置，条形槽一端的槽口尺寸大于条形槽另一端的槽口尺寸，台形流道3中槽口尺寸较小的一端作为台形流道3的入口端，台形流道3中槽口尺寸较大的一端作为台形流道3的出口端，入口端的端面在槽口处的外围设置有半圆弧形的缝隙槽，缝隙槽的半圆弧形和条形槽横截面的半椭圆形近似同心布置，缝隙槽的外径尺寸与出口端端面的槽口尺寸相吻合，使得台形流道3的入口端能与另外一个台形流道3的出口端连接，从而在台形流道3中形成导流通道；
[0031]液体二极管2放置在条形槽的底部且与台形流道3的上表面连接成一体式部件，液体二极管2的开口端朝向台形流道3的入口端，液体二极管2的封闭端朝向台形流道3的出口端。
[0032]液体二极管2为微米级组件，超疏水三维表面结构为微米级或亚毫米级组件。
[0033]超疏水三维表面结构中，台形流道3使得液体在由结构梯度引起的拉普拉斯压力梯度的驱动下沿台形流道3的入口端向出口端定向输运，液体二极管2使液体在泰勒升现象的推动下跃过液体二极管2的表面，同时在由各向异性结构引起的凹曲率边缘效应的作用下使液体钉定以避免液体回流。
[0034]液体二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液体定向输运的超疏水三维表面结构，其特征在于：所述结构主要由若干个移液单元(1)以阵列形式紧密排布形成，移液单元(1)包括液体二极管(2)和长方体形状的台形流道(3)，液体二极管(2)放置在台形流道(3)的上表面；移液单元(1)的阵列形式为直线型阵列、矩形阵列、六边形阵列或其他多边形阵列。2.根据权利要求1所述的一种用于液体定向输运的超疏水三维表面结构，其特征在于：所述的台形流道(3)的上部开设有一个横截面为半椭圆形的条形槽，条形槽沿着台形流道(3)的中心线方向布置，条形槽一端的槽口尺寸大于条形槽另一端的槽口尺寸，台形流道(3)中槽口尺寸较小的一端作为台形流道(3)的入口端，台形流道(3)中槽口尺寸较大的一端作为台形流道(3)的出口端，入口端的端面在槽口处的外围设置有半圆弧形的缝隙槽，缝隙槽的外径尺寸与出口端端面的槽口尺寸相吻合；液体二极管(2)为一端开口一端封闭的U形实体件，液体二极管(2)放置在条形槽的底部且与台形流道(3)的上表面连接成一体式部件。3.根据权利要求2所述的一种用于液体定向输运的超疏水三维表面结...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚鑫骅，谢英睿，俞振炀，苏炼，田李欣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：