一种流体定向输运通道及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种流体定向输运通道及其制备方法和应用，流体定向输运通道包括表面设置有一个或多个不对称通道的基板，所述不对通道的张角逐渐变小。本发明专利技术所述的流体定向输运通道在流体定向输运的过程中不需要任何外加能量的汇入，实现了快速、高效、大通量的液体传递过程。递过程。递过程。

【技术实现步骤摘要】
一种流体定向输运通道及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于流体操控
，尤其是涉及一种流体定向输运通道及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着界面科学的不断发展，定向流体输运已经被广泛研究并应用于传热、水收集以及微流体输运等领域，拥有优良的应用前景。其中，表面能驱动的定向流体输运界面的优势主要表现为在不消耗任何外加能量条件下的流体定向传递。虽然这些功能在实验室中已经得到证实，但是定向流体输运界面仍然具有许多挑战，例如在由浸润性图案构筑的二维输运界面中，存在输运距离较短，流体运动速度慢以及整体通量低等问题；而在金属板上直接雕刻或冲压制备的三维不对称沟道虽然大幅增加了流体输运距离和通量，提升了流体传递的效率，但是这种方式对加工机器的精度要求很高，并且加工工艺复杂，能耗大，耗时久，不利于大规模使用。因此，研发一种制备简便，价格低廉，并兼具高速度，大通量，长距离输运液体等功能的定向流体输运材料是十分必要的。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种流体定向输运通道及其制备方法和应用。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种流体定向输运通道，包括表面设置有一个或多个不对称通道的基板，所述不对称通道的张角逐渐变小。
[0006]优选地，所述基板的表面依次连续设置多个所述不对称通道，多个所述不对称通道的延长线均大致汇聚于同一中心点，所述V型通道以中心点为圆心围合成扇形或圆形。
[0007]优选地，所述不对称通道的横截面为V型、U型、Y型或梯形。
[0008]优选地，所述基板的上表面和下表面均连续设置有多个不对称通道。
[0009]优选地，所述不对称通道的长度相同，且每条不对称通道的张角变化趋势相同。
[0010]优选地，所述基板的上表面和下表面的不对称通道由基板折叠后形成。
[0011]优选地，所述基板的表面设有亲水层形成亲水薄片，亲水层的接触角小于20
°
。
[0012]优选地，所述亲水层的材质为亲水二氧化硅、鞣酸、聚乙烯醇中的一种或几种。
[0013]优选地，所述基板的材质为铝、铜、铁中的一种或金属合金。
[0014]优选地，所述基板的厚度小于0.5mm。
[0015]优选地，所述不对称通道的横截面为V型，所述V型通道的侧壁宽度为2
‑
4mm，两侧壁之间距离最大处的尺寸为0.5
‑
3mm。
[0016]第二方面，本专利技术还提供了上述流体定向输运通道的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0017]S1：将基板经过折叠、模压、铣、冲压、拼接或模具浇铸工艺制得预制件；
[0018]S2：将预制件的一端拉伸，另一端挤压，使预制件形成扇形结构或圆形结构，使预制件的上表面和/或下表面形成张角逐渐变小的不对称通道，即得到流体定向输运通道。
[0019]优选地，所述基板经过去离子水煮沸后再将其进行步骤S1的操作。在沸水中煮沸基板，可在基板表面形成微纳结构，易于亲水材料在基板表面附着。
[0020]优选地，所述步骤S2中成型的扇形结构或圆形结构的表面设置有亲水层。
[0021]优选地，所述扇形结构的中心角为60
°‑
120
°
。
[0022]第三方面，本专利技术还提供了上述流体定向输运通道在传热、蒸汽收集以及微流体输运领域的应用。
[0023]相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0024](1)本专利技术的流体定向输运通道基于亲水材料构筑的不对称流体输运通道，通过研究材料表面浸润性、沟道深度、沟道宽度等参数对流体定向输运的流速和通量等性能的影响，进一步优化参数，得到兼具大通量、高流速的定向输运通道，并且以低制备难度、高精度为目标，反复优化通道结构以及所包含的不对称通道的制备方法。
[0025](2)在使用本专利技术的流体定向输运通道进行流体定向传输时，流体源可以选择小通量的液滴或是大通量的液流，即使在逆重力的给液条件下，利用本专利技术的不对称的流体定向输运通道造成的拉普拉斯压力，仍然能够定向驱使液流从宽端输运到窄端，最终在通道的窄端被收集，而不会有任何液体溢出沟道。经测试，4mm深的不对称的V型通道的最大通量可以达到1700ml/h。90
°
的扇形流体定向输运通道结构可包含20个不对称的V型通道，并且这些通道的窄端汇聚于扇形的顶点，可以极大地放大流体输运的能力并减少液体收集的困难。
[0026](3)本专利技术流体定向输运通道原材料易得，制备难度小，生产工艺简单，适合大规模制备。通过将亲水薄片折叠为扇形的方式，巧妙构筑了多个具有较高精度的不对称V型通道，并且将这些V型通道的定向输运出口集中在了一点。该设计从一定程度上解决了传统定向流体输运通量不足，流速较慢的问题，并且在流体定向输运的过程中不需要任何外加能量的汇入，实现了快速、高效、大通量的液体传递过程，为高效流体传递提供了一种新的可行方案。
[0027](4)本专利技术的流体定向输运通道可应用于传热、蒸汽收集等领域。通过将流体源快速地由宽端运输至窄端，可实现快速刷新冷凝表面，提高冷凝效率。例如，将流体定向输运通道水平朝下放置，即当其应用在竖直向上运动的蒸汽收集过程中时，流体定向输运通道具有能够让蒸汽与收集表面直接相撞的能力，并且能够定向收集捕获的冷凝水，阻止其滴落，大幅提升收集效率，也能够实现定向输运液体，实现对水的回收利用。
[0028](5)本专利技术的流体定向输运通道可应用于微流体输运领域，可通过控制不对称通道的张角大小来实现控制液体驱动力来最终达到精准控制反应顺序的目的，另外，本专利技术的流体定向输运通道还可实现通过控制不对称通道的通量来精准控制不同比例的流体的混合。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例所述的流体定向输运通道的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例所述的流体定向输运通道的制备工艺示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例所述的最大通量测试方法示意图；
[0032]图4为P3最大通量测试过程中通量为500ml/h时液体稳定定向输运的情况照片；
[0033]图5为P3最大通量测试过程中通量为1800ml/h时液体输运突破通量极限的情况照片；
[0034]图6为P1最大通量测试过程中通量为460ml/h时液体输运突破通量极限的情况照片；
[0035]图7为P2最大通量测试过程中通量为1000ml/h时液体输运突破通量极限的情况照片；
[0036]图8为对比例1的二维亲疏水不对称图案最大通量测试过程中通量为100ml/h时液体输运突破通量极限的情况照片；
[0037]图9为对比例2的平行通道最大通量测试过程中的情况照片。
[0038]附图标记说明：
[0039]1、亲水层；2、基板；301
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流体定向输运通道，其特征在于：包括表面设置有一个或多个不对称通道的基板，所述不对称通道的张角逐渐变小。2.根据权利要求1所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述基板的表面依次连续设置多个所述不对称通道，多个所述不对称通道的延长线均大致汇聚于同一中心点，所述不对称通道以中心点为圆心围合成扇形或圆形。3.根据权利要求1所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述不对称通道的横截面为V型、U型、Y型或梯形。4.根据权利要求1所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述基板的上表面和下表面均依次设置有多个不对称通道。5.根据权利要求2所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述不对称通道的长度相同，且每条不对称通道的张角变化趋势相同。6.根据权利要求1所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述基板的表面设有亲水层形成亲水薄片，亲水层的接触角小于20
°
。7.根据权利要求1所述的流体定...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹墨源，白浩宇，王新生，李哲，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：