可控體積液滴的無損操作研究.pdf

1、液滴的無損轉移是極端潤濕性表面的重要應用之一，不同體積液滴的無損操作方法在局部化學反應、生物化學分離、芯片實驗室設備等領域具有廣泛的實際應用前景。利用超疏水、水下超疏油表面可分別實現對空氣中水滴和水下非極性有機液滴的無損接觸或作用，搭配采取合適的轉移方式可達到無損轉移的目的。本文以純鋁為基體，采用電化學刻蝕和沸水浸泡的方法來制備出長期穩(wěn)定的水下超疏油表面，再經硬脂酸修飾后獲得超疏水表面，并基于以上兩種表面設計并搭建針對空氣中水滴、水下非

2、極性有機液滴的無損操作裝置，利用該裝置對無損操作過程進行了一系列的研究。主要研究工作和結果如下：
　?。?）針對現有超疏水、水下超疏油表面制備方法成本較高、環(huán)境友好性差、加工效率低、極端潤濕性時效性差等問題，提出電化學刻蝕和沸水浸泡的方法在鋁基上構建水下超疏油表面，經無氟低表面能材料修飾后實現超疏水性。研究試樣的潤濕性情況；分析鋁基超疏水、水下超疏油表面的微觀形貌、晶體結構、化學組分，探明其特殊結構的形成機理；檢測試樣潤濕性隨時間

3、的變化規(guī)律。結果表明，經電化學刻蝕和沸水浸泡后的鋁表面顯示出超親水-水下超疏油性，水下對二氯甲烷的接觸角和滾動角分別為164±3°和3.6±0.7°，該表面經硬脂酸修飾后轉變?yōu)槌杷?，對水的接觸角和滾動角分別為165±2°和2±0.8°，且超親水-水下超疏油性至少能保持1年。
　　（2）為克服現有液滴無損轉移方法的諸多缺點，采用上述加工技術制備超疏水通孔鋁棒，并設計一種基于負壓吸附方式針對空氣中水滴的無損操作裝置，研究其無損操作

4、水滴的可行性；分析該裝置可控水滴的最大體積、最小體積隨小孔直徑的變化規(guī)律，并進行相關操作試驗；研究該種轉移方式的可逆重復性。結果發(fā)現，該裝置可靈活操作空氣中水滴，可控體積范圍較廣，極限最大體積可達到140μL，對應小孔最大直徑為6.4 mm，試驗結果與理論分析較為吻合，且該轉移方式具有較好的可逆重復性。
　?。?）基于電化學刻蝕和沸水浸泡技術，制備水下超疏油通孔鋁棒，并設計一種針對水下非極性有機液滴的操作靈活、體積可控、轉移效率高

5、的無損操作裝置，其依靠微量真空泵產生負壓來抓取液滴。研究該裝置無損操作水下非極性有機液滴的可行性；分析該裝置可控非極性有機液滴的最大體積、最小體積隨小孔直徑的變化規(guī)律，并以二氯甲烷為例進行相關水下轉移試驗；探索該裝置在微液滴融合上的進一步應用。結果表明，該裝置可用于水下非極性有機液滴的無損操作，且具有較寬的可控體積范圍，其中二氯甲烷的極限最大體積達到187μL，對應小孔最大直徑為7.1 mm，理論分析得到了試驗結果驗證，且該轉移方式可實