【《超疏水介质层的制备案例分析》2700字】

V超疏水介质层的制备案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u20089超疏水介质层的制备案例分析 1183171.1超疏水的概念 1172141.2制作超疏水介质层 31.1超疏水的概念莲花效应是指莲花叶子所表现出的超疏水性造成的自洁性能。由于表面的微观和纳米结构，水滴会拾取污垢颗粒，从而最大限度地减少水滴对表面的粘附。水的高表面张力使液滴呈近似球形，这是因为球体的表面积最小，因此该形状使固液表面能最小化。液体与表面接触时，粘附力会导致表面变湿。取决于表面的结构和液滴的流体张力，完全润湿或不完全润湿都可能发生。自清洁性能的原因是表面的疏水性疏水双重结构。这样可以显著这样可以显着减少表面与液滴之间的接触面积和粘附力从而实现自清洁过程[13]。这种分层的双重结构由特征性的表皮（其最外层称为角质层）和覆盖蜡形成。莲花植物的表皮具有高度为10μm至20μm，宽度为10μm至15μm的乳头，上面施加了所谓的表皮蜡。这些叠加的蜡是疏水的，并形成双重结构的第二层[13]。该系统将重新生成。这种生物化学性质负责表面的疏水性功能。表面的疏水性可以通过其接触角来测量。接触角越高，表面的疏水性越高。接触角＜90°的表面称为亲水性，接触角＞90°的表面称为疏水性[13]。一些植物显示出高达150°的接触角，被称为超疏水性，这意味着液滴表面只有2-3％处于接触状态。具有双重结构表面的植物可以达到170°的接触角，因此液滴的接触面积仅为0.6％。所有这些导致自清洁效果。接触面积大大减少的污垢颗粒会被水滴吸收，因此很容易从表面上清除掉。如果液滴在这种界面移动，则污垢颗粒之间的粘附力与水滴之间的粘附力要高于颗粒与表面之间的粘附力。当产生超疏水表面时，这种清洁效果已在不锈钢等普通材料上得到证明。由于这种自清洁效果是基于水的高表面张力，因此无法与有机溶剂一起使用。因此，表面的疏水性不能防止涂鸦。这种作用对于植物来说是非常重要的，它可以防止真菌或藻类等病原体的侵袭，对于蝴蝶，蜻蜓和其他无法清洁其身体各个部位的昆虫等动物也具有重要的意义。自清洁的另一个积极作用是防止暴露于光下的植物表面区域受到污染，从而导致光合作用降低。德特尔和约翰逊于1964年首次利用粗糙的疏水表面研究了超水性现象。他们的工作在用石蜡或PTFE端粒涂层的玻璃珠实验的基础上发展了一个理论模型。威廉·巴特洛特和埃勒于1977年研究了超疏水磷微纳米结构表面的自清洁特性首次将这种自清洁和超疏水磷特性描述为"莲花效应"。1986年，布朗公司研制出用于处理化学和生物液体的紫外体和双氟醇叶醚超疏水性材料。自20世纪90年代以来，其他生物技术应用已经出现。图2-1莲花效应当发现超疏水表面的自清洁质量来自微观到纳米尺度的物理化学性质，而不是来自叶片表面的特定化学性质时，出现了通过以一般方式而非特定方式模仿自然，在人造表面上使用这种效果。一些纳米技术人员已经开发出了可以通过保持植物自身（如荷花植物）的自清洁特性的技术而保持干燥和清洁的处理，涂料，油漆，屋顶瓦片，织物和其他表面。通常可以在结构化表面上使用特殊的含氟化合物或硅酮处理，或使用包含微米级颗粒的组合物来实现。除了可以随时间去除的化学表面处理之外，还使用飞秒脉冲激光雕刻了金属以产生荷花效果。这些材料在任何角度都均匀地呈黑色，结合自清洁特性可能会产生维护成本极低的太阳能集热器，而金属的高耐久性可用于自清洁厕所以减少疾病传播。市场上有更多应用，例如，由合作伙伴（FerroGmbH）开发的自动清洁眼镜安装在德国高速公路交通控制单元的传感器中。分别以“HeiQEcoDry”和“nanosphere”为品牌。2005年10月，霍恩斯坦研究院（HohensteinResearchInstitute）的测试表明，经过NanoSphere技术处理的衣服即使经过几次洗涤也可以很容易地洗掉番茄酱，咖啡和红酒。因此，另一种可能的应用是使用自动清洁的遮阳篷，篷布和帆，否则它们会很快变脏且难以清洁。应用于微波天线的超疏水涂层可以显着减少雨水的褪色以及冰雪的堆积。广告中的“易于清洁”产品经常被误称为疏水或超疏水表面的自清洁特性。[需要澄清]图案化的超疏水表面也显示出“片上实验室”微流体设备的前景，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获，或将水漏斗到水池中用于灌溉。Groasis水箱的盖子具有基于超疏水特性的微观金字塔结构，该结构将凝结和雨水集中到盆中，释放到生长中的植物根部。图2-2超疏水表面微观结构1.2制作超疏水介质层传统微流控芯片具有三层结构，基底-介质层-疏水层，如图2-3所示。图2-3传统微流控芯片结构根据超疏水原理，本文提出一种具有两层结构的超疏水数字微流控芯片，超疏水层的目的是为了增加液滴在固体表面的接触角，留出足够大的接触角变化空间来驱动液滴。超疏水层降低了对液体的粘滞性，从而降低了芯片的驱动电压。如图2-4所示。将传统的介电层与疏水层合二为一，以降低介电层的厚度。并且通过选择介电层材料，提升其疏水程度，实现超疏水微流控芯片。图2-4超疏水结构层1）加入20ml异丙醇，5ml正丁醇。作为溶剂异丙醇是一种无色，易燃的化合物（化学式CH3CHOHCH3），具有强烈的气味。作为连接至羟基的异丙基[17]。它是仲醇的最简单实例，其中醇的碳原子连接至另外两个碳原子。异丙醇可溶解多种非极性化合物。与乙醇相比，它能够快速蒸发，几乎没有油痕迹，与其他溶剂相比，它是无毒的。因此，它被广泛用作溶剂和清洁液，特别是用于溶解油。正丁醇是一种伯醇，化学式为C4H9OH，为线性结构。它是一种流行的溶剂，例如用于硝酸纤维素。2）用电子秤称量一定量的纳米级硅粒子。加入到醇溶剂中制成溶液。SiO2是制作介质层常用的材料。具有良好的绝缘性和较高的击穿电压，不易击穿。但是SiO2介电常数较低，介电常数仅为23。因此需求较高的驱动电压。图2-5电子秤称量SiO23）使用超声波清洗器温度设置在室温，水位设在30以上。震荡10分钟，然后用搅拌器在室温搅拌20分钟。超声波清洗是使用超声波（通常为20–40kHz）搅动流体的过程。超声波清洗使用由高频声波引起的气蚀气泡来搅动液体。超声波震荡和搅拌会对团聚的纳米级的SiO2产生很大的作用力。使其均匀分散到溶剂。图2-6图(a)KQ-600KDE高功率数控超声波清洗器图(b)HJ-4A数显恒温磁力加热搅拌器4）加入2mlPDMS，0.2ml固化剂。并超声5分钟，搅拌10分钟。得到PDMS-SiO2溶液。聚二甲基硅氧烷（PDMS），又称二甲基硅氧烷或二甲基硅酮，属于一组聚合物有机硅化合物。它以其非凡的流变性能而闻名。PDMS光学透明，通常是惰性，无毒和不易燃的。PDMS是粘弹性的，这意味着在较长的流动时间（或高温）下，它的作用像粘稠的液体，类似于蜂蜜。但是，在较短的流动时间（或低温）下，它的作用类似于弹性固体，类似于橡胶。PDMS的机械性能使该聚合物能够适应各种表面。这种独特的聚合物相对容易调整。这使PDMS成为可以轻松集成到各种微流体和微机电系统中的良好基材。