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微液滴的表面张力驱动及其自运动行为研究

微液滴的表面张力驱动及其自运动行为研究

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作者：郑冬梅青岛理工大学

学位级别：硕士

近年来,微流体的驱动控制技术引起了越来越多人的注意。表面张力驱动是微流体器件中流体驱动的一种重要方式,其实现依赖于润湿性表面的可控性。本文利用自组装单分子膜的光响应性,通过真空紫外光照,制备了能使液滴自发运动的梯度表面能... 详细信息

近年来,微流体的驱动控制技术引起了越来越多人的注意。表面张力驱动是微流体器件中流体驱动的一种重要方式,其实现依赖于润湿性表面的可控性。本文利用自组装单分子膜的光响应性,通过真空紫外光照,制备了能使液滴自发运动的梯度表面能表面,进而研究了不同液滴在各种梯度表面上的运动情况。同时还研究了氧化锌薄膜表面的润湿性可逆转变特性。经研究发现: （1）随着光照时间的增加,自组装单分子膜的刻蚀作用逐渐增强,从而导致接触角逐渐减小,表面能逐渐增大。利用这一特性,通过对十七氟癸基三甲氧基硅烷单分子膜（FAS-SAM）进行连续光照,制备出了梯度表面能表面。（2）液滴在梯度表面能表面可以由低表面能区域向高表面能区域运动,其运动过程可分为加速阶段和减速阶段。对于体积为2μl的水滴,在上述梯度表面能表面上的接触角在4.23mm的距离内变化了约39°,由55.82°减小到了16.74°,其最大运动速度约为23.28mm/s。（3）液滴的运动速度与液滴的体积成正比,与挡板的运动速度成反比,即液滴体积越大,挡板速度越小,液滴运动速度越快。此外,水滴在水平梯度表面上的运动速度要高于倾斜梯度表面上的运动速度,而且水滴的运动速度要大于相同体积的甲酰胺和二甘醇液滴在同一梯度表面上的运动速度。（4）改变光照距离同样也可以制备出梯度表面能表面。液滴在该种梯度表面的运动情况与改变光照时间得到的梯度表面上的运动情况相似。（5）通过真空紫外光照十八烷基三甲氧基硅烷单分子膜（ODS-SAM）表面和粗糙的FAS-SAM表面也可以形成梯度,但液滴在这些表面却不能自发的运动。（6）玻璃基底上制备的氧化锌薄膜具有亲水特性,经过低温加热转变为疏水状态;然后再经过高温加热处理,又会转变为亲水状态,即该种薄膜具有疏水/亲水的可逆转变特性。而且经实验证明:氧化锌薄膜表面发生润湿性转变的临界温度为165℃。这种可控润湿性的氧化锌薄膜有望制备梯度表面能表面。

关键词：光响应性梯度表面能自组装单分子膜自运动润湿性

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