V超疏水介質(zhì)層的制備案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u20089超疏水介質(zhì)層的制備案例分析 1183171.1超疏水的概念 1172141.2制作超疏水介質(zhì)層 31.1超疏水的概念蓮花效應是指蓮花葉子所表現(xiàn)出的超疏水性造成的自潔性能。由于表面的微觀和納米結構，水滴會拾取污垢顆粒，從而最大限度地減少水滴對表面的粘附。水的高表面張力使液滴呈近似球形，這是因為球體的表面積最小，因此該形狀使固液表面能最小化。液體與表面接觸時，粘附力會導致表面變濕。取決于表面的結構和液滴的流體張力，完全潤濕或不完全潤濕都可能發(fā)生。自清潔性能的原因是表面的疏水性疏水雙重結構。這樣可以顯著這樣可以顯著減少表面與液滴之間的接觸面積和粘附力從而實現(xiàn)自清潔過程[13]。這種分層的雙重結構由特征性的表皮（其最外層稱為角質(zhì)層）和覆蓋蠟形成。蓮花植物的表皮具有高度為10μm至20μm，寬度為10μm至15μm的乳頭，上面施加了所謂的表皮蠟。這些疊加的蠟是疏水的，并形成雙重結構的第二層[13]。該系統(tǒng)將重新生成。這種生物化學性質(zhì)負責表面的疏水性功能。表面的疏水性可以通過其接觸角來測量。接觸角越高，表面的疏水性越高。接觸角＜90°的表面稱為親水性，接觸角＞90°的表面稱為疏水性[13]。一些植物顯示出高達150°的接觸角，被稱為超疏水性，這意味著液滴表面只有2-3％處于接觸狀態(tài)。具有雙重結構表面的植物可以達到170°的接觸角，因此液滴的接觸面積僅為0.6％。所有這些導致自清潔效果。接觸面積大大減少的污垢顆粒會被水滴吸收，因此很容易從表面上清除掉。如果液滴在這種界面移動，則污垢顆粒之間的粘附力與水滴之間的粘附力要高于顆粒與表面之間的粘附力。當產(chǎn)生超疏水表面時，這種清潔效果已在不銹鋼等普通材料上得到證明。由于這種自清潔效果是基于水的高表面張力，因此無法與有機溶劑一起使用。因此，表面的疏水性不能防止涂鴉。這種作用對于植物來說是非常重要的，它可以防止真菌或藻類等病原體的侵襲，對于蝴蝶，蜻蜓和其他無法清潔其身體各個部位的昆蟲等動物也具有重要的意義。自清潔的另一個積極作用是防止暴露于光下的植物表面區(qū)域受到污染，從而導致光合作用降低。德特爾和約翰遜于1964年首次利用粗糙的疏水表面研究了超水性現(xiàn)象。他們的工作在用石蠟或PTFE端粒涂層的玻璃珠實驗的基礎上發(fā)展了一個理論模型。威廉·巴特洛特和埃勒于1977年研究了超疏水磷微納米結構表面的自清潔特性首次將這種自清潔和超疏水磷特性描述為"蓮花效應"。1986年，布朗公司研制出用于處理化學和生物液體的紫外體和雙氟醇葉醚超疏水性材料。自20世紀90年代以來，其他生物技術應用已經(jīng)出現(xiàn)。圖2-1蓮花效應當發(fā)現(xiàn)超疏水表面的自清潔質(zhì)量來自微觀到納米尺度的物理化學性質(zhì)，而不是來自葉片表面的特定化學性質(zhì)時，出現(xiàn)了通過以一般方式而非特定方式模仿自然，在人造表面上使用這種效果。一些納米技術人員已經(jīng)開發(fā)出了可以通過保持植物自身（如荷花植物）的自清潔特性的技術而保持干燥和清潔的處理，涂料，油漆，屋頂瓦片，織物和其他表面。通?？梢栽诮Y構化表面上使用特殊的含氟化合物或硅酮處理，或使用包含微米級顆粒的組合物來實現(xiàn)。除了可以隨時間去除的化學表面處理之外，還使用飛秒脈沖激光雕刻了金屬以產(chǎn)生荷花效果。這些材料在任何角度都均勻地呈黑色，結合自清潔特性可能會產(chǎn)生維護成本極低的太陽能集熱器，而金屬的高耐久性可用于自清潔廁所以減少疾病傳播。市場上有更多應用，例如，由合作伙伴（FerroGmbH）開發(fā)的自動清潔眼鏡安裝在德國高速公路交通控制單元的傳感器中。分別以“HeiQEcoDry”和“nanosphere”為品牌。2005年10月，霍恩斯坦研究院（HohensteinResearchInstitute）的測試表明，經(jīng)過NanoSphere技術處理的衣服即使經(jīng)過幾次洗滌也可以很容易地洗掉番茄醬，咖啡和紅酒。因此，另一種可能的應用是使用自動清潔的遮陽篷，篷布和帆，否則它們會很快變臟且難以清潔。應用于微波天線的超疏水涂層可以顯著減少雨水的褪色以及冰雪的堆積。廣告中的“易于清潔”產(chǎn)品經(jīng)常被誤稱為疏水或超疏水表面的自清潔特性。[需要澄清]圖案化的超疏水表面也顯示出“片上實驗室”微流體設備的前景，并且可以大大改善了基于表面的生物分析。超疏水性或疏水性已用于露水收獲，或?qū)⑺┒返剿刂杏糜诠喔?。Groasis水箱的蓋子具有基于超疏水特性的微觀金字塔結構，該結構將凝結和雨水集中到盆中，釋放到生長中的植物根部。圖2-2超疏水表面微觀結構1.2制作超疏水介質(zhì)層傳統(tǒng)微流控芯片具有三層結構，基底-介質(zhì)層-疏水層，如圖2-3所示。圖2-3傳統(tǒng)微流控芯片結構根據(jù)超疏水原理，本文提出一種具有兩層結構的超疏水數(shù)字微流控芯片，超疏水層的目的是為了增加液滴在固體表面的接觸角，留出足夠大的接觸角變化空間來驅(qū)動液滴。超疏水層降低了對液體的粘滯性，從而降低了芯片的驅(qū)動電壓。如圖2-4所示。將傳統(tǒng)的介電層與疏水層合二為一，以降低介電層的厚度。并且通過選擇介電層材料，提升其疏水程度，實現(xiàn)超疏水微流控芯片。圖2-4超疏水結構層1）加入20ml異丙醇，5ml正丁醇。作為溶劑異丙醇是一種無色，易燃的化合物（化學式CH3CHOHCH3），具有強烈的氣味。作為連接至羥基的異丙基[17]。它是仲醇的最簡單實例，其中醇的碳原子連接至另外兩個碳原子。異丙醇可溶解多種非極性化合物。與乙醇相比，它能夠快速蒸發(fā)，幾乎沒有油痕跡，與其他溶劑相比，它是無毒的。因此，它被廣泛用作溶劑和清潔液，特別是用于溶解油。正丁醇是一種伯醇，化學式為C4H9OH，為線性結構。它是一種流行的溶劑，例如用于硝酸纖維素。2）用電子秤稱量一定量的納米級硅粒子。加入到醇溶劑中制成溶液。SiO2是制作介質(zhì)層常用的材料。具有良好的絕緣性和較高的擊穿電壓，不易擊穿。但是SiO2介電常數(shù)較低，介電常數(shù)僅為23。因此需求較高的驅(qū)動電壓。圖2-5電子秤稱量SiO23）使用超聲波清洗器溫度設置在室溫，水位設在30以上。震蕩10分鐘，然后用攪拌器在室溫攪拌20分鐘。超聲波清洗是使用超聲波（通常為20–40kHz）攪動流體的過程。超聲波清洗使用由高頻聲波引起的氣蝕氣泡來攪動液體。超聲波震蕩和攪拌會對團聚的納米級的SiO2產(chǎn)生很大的作用力。使其均勻分散到溶劑。圖2-6圖(a)KQ-600KDE高功率數(shù)控超聲波清洗器圖(b)HJ-4A數(shù)顯恒溫磁力加熱攪拌器4）加入2mlPDMS，0.2ml固化劑。并超聲5分鐘，攪拌10分鐘。得到PDMS-SiO2溶液。聚二甲基硅氧烷（PDMS），又稱二甲基硅氧烷或二甲基硅酮，屬于一組聚合物有機硅化合物。它以其非凡的流變性能而聞名。PDMS光學透明，通常是惰性，無毒和不易燃的。PDMS是粘彈性的，這意味著在較長的流動時間（或高溫）下，它的作用像粘稠的液體，類似于蜂蜜。但是，在較短的流動時間（或低溫）下，它的作用類似于彈性固體，類似于橡膠。PDMS的機械性能使該聚合物能夠適應各種表面。這種獨特的聚合物相對容易調(diào)整。這使PDMS成為可以輕松集成到各種微流體和微機電系統(tǒng)中的良好基材。