特殊浸润性表面对液滴定向输运的影响.pdf

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1、硕士学位论文特殊浸润性表面对液滴定向输运的影响EFFECTOFSPECIALWETTABILITYSURFACESONDROPLETDIRRCTIONALTRANSPORT李璞君哈尔滨工业大学2018年06月国内图书分类号：O363.2学校代码：10213国际图书分类号：532密级：公开工程硕士学位论文特殊浸润性表面对液滴定向输运的影响硕士研究生：李璞君导师：张海峰副教授申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O363.2U.D.C:532Dissertationfo

2、rtheMasterDegreeinEngineeringEFFECTOFSPECIALWETTABILITYSURFACESONDROPLETDIRRCTIONALTRANSPORTCandidate：LIPujunSupervisor：Prof.ZHANGHaifenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ICEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Instituti

3、onHarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要液滴的定向输运是固体表面特殊浸润性的重要应用之一。实现液滴快速、可逆、可重复的定向输运在局部化学反应、生物化学分离、临床诊断、喷墨打印等领域具有很大的应用前景。然而，现有主流的输运手段存在输运效率低，设备复杂，不可逆以及容易造成液滴损失等缺点，并不能满足实际应用的需求。基于以上问题，本课题首先通过仿真和实验探究固体表面形貌对液滴浸润性的影响。分别建立具有柱状微结构、片状微结构以及“树状”微纳结构的表面仿真模型，并在实验中采用不同的方法在不同的铝合金基底上分别制备了类似的表面结

4、构。发现液滴在三相接触线越不连续的表面上铺展程度越低，即表面的疏水性越好。且“树状”微纳结构的表面易在微槽内留存空气，对液滴的粘附力降低。通过对比接触角，滚动角，表面的平整度以及制备的难易程度，最终选择在铝合金基底上制备“树状”微纳结构作为本课题制备超疏水表面的主要方法。本课题还通过仿真对超疏水轨道与超亲水轨道避免液滴偏离轨道的机理进行了研究。超疏水轨道依靠垂直壁为液滴提供重力势垒来避免液滴偏离轨道。在超疏水轨道的宽度大小合适的情况下，轨道越深，液滴越难偏离轨道。而超亲水轨道避免液滴偏离的机理有所不同。超亲水表面首先要在液滴接触轨道时吸附少量的液体，通过液体与液滴之

5、间的范德华力的作用避免液滴偏离轨道。范德华力的大小与超亲水轨道的横截面积有关，随着超亲水轨道的横截面积增大，液滴所受到范德华力增大，液滴越不容易偏离轨道。但是如果轨道横截面积过大，液滴将完全浸入轨道，无法进行输运。关键词：微纳结构；超疏水表面；超亲水表面；浸润性；定向输运-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractDirectionaltransportofdropletsisoneoftheimportantapplicationsofspecialwettabilityonsolidsurfaces.Therapid,reversibleandrepea

6、tabledirectionaltransportofdropletshaveagreatapplicationprospectinthefieldsoflocalchemicalreaction,biochemicalseparation,clinicaldiagnosis,inkjetprintingandsoon.However,theexistingmainstreamdroplettransportmethodshavethedisadvantagesoflowtransportefficiency,complicatedequipment,irrever

7、sible,andeasytocausethelossofdroplets,whichcannotmeettheneedsofpracticalapplications.Basedontheaboveproblems,wefirstexploretheinfluenceofsolidsurfacemicrostructuresondropletwettabilitythroughsimulationandexperiment.Differentsurfacesimulationmodelwithcolumnarmicrostructures,flakemicro