磁性離子液體液滴在磁場(chǎng)下的定向操控及靜電能量收集研究.pdf

1、新型材料的研究與應(yīng)用一直是技術(shù)創(chuàng)新科研領(lǐng)域的熱門之一。離子液體作為一類新的綠色多功能溶劑或功能性軟材料已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注，并已被用于許多領(lǐng)域。離子液體具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，例如寬液態(tài)范圍，低蒸氣壓，更高的離子電導(dǎo)率，優(yōu)異的溶解性，熱穩(wěn)定性，并且通過合理調(diào)節(jié)陽離子和陰離子的組合可以合成新的離子液體。磁性離子液體不僅具有上述優(yōu)點(diǎn)，更重要的是它能在所施加的外部磁場(chǎng)中表現(xiàn)出順磁性行為。這些性質(zhì)使得磁性離子液體在微流體領(lǐng)域具有比常規(guī)離子液體

2、更多的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用前景。目前對(duì)于磁性離子液體性能的研究較少，而磁場(chǎng)作用下，純磁性離子液體液滴在疏水材料特氟龍上的研究尚未看到報(bào)道。
　　本文的研究圍繞新型材料磁性離子液體（選取具有代表性的兩種磁性離子液體：1-乙基-3-甲基咪唑四氯化鐵酸鹽（[Emim][FeCl4]）與1-丁基-3-甲基咪唑四氯化鐵酸鹽（[Bmim][FeCl4]）。在玻璃表面鍍上疏水材料特氟龍薄膜，通過外加磁場(chǎng)對(duì)離散磁性離子液體液滴進(jìn)行定向操控，發(fā)現(xiàn)了磁性離子液

3、體液滴的一些新現(xiàn)象并加以解釋：首先，研究了兩種磁性離子液體液滴在給定的三種不同體積時(shí)，增加和減小外加磁場(chǎng)來研究磁性離子液體液滴的形狀變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：磁場(chǎng)的改變能引起磁性離子液體液滴接觸角改變，兩種磁性離子液體液滴的歸一化直徑（液滴與特氟龍薄膜的接觸直徑）與歸一化高度在不同體積的情況下都呈現(xiàn)出磁滯現(xiàn)象；并研究了三種溫度條件（25℃、40℃、60℃）下，磁性離子液體在磁場(chǎng)作用下液滴的形變情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩種磁性離子液體液滴的歸一化直

4、徑與歸一化高度對(duì)溫度變化都呈現(xiàn)出良好的魯棒性。接著，研究了磁場(chǎng)牽引磁性離子液體液滴在水平方向上移動(dòng)，研究表明：磁體磁場(chǎng)能夠驅(qū)動(dòng)磁性離子液體液滴移動(dòng)，移動(dòng)速度不僅與磁場(chǎng)大小有直接關(guān)系而且與液滴體積大小呈線性關(guān)系，并且磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁性離子液體液滴體積越大，液滴越容易被驅(qū)動(dòng)；而在磁場(chǎng)強(qiáng)度固定時(shí)，由于靜摩擦力與空氣阻力的共同作用，不同種類與不同體積的磁性離子液體液滴存在最高可達(dá)運(yùn)動(dòng)速度。最后，將ITO（Indium Tin Oxide，氧化銦錫）

5、導(dǎo)電玻璃刻蝕出叉指電極，將其表面鍍上特氟龍薄膜并對(duì)其充電，利用外加磁場(chǎng)牽引磁性離子液體液滴在充過電的特氟龍薄膜上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)作用下的靜電能量收集，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:靜電能量收集的輸出電壓最大幅值可達(dá)4V，20μl磁性離子液體液滴可實(shí)現(xiàn)78nW平均輸出功率。
　　由于本文所采用的磁性離子液體不摻雜任何其他磁性粒子，屬于純磁性離子液體，因此，實(shí)驗(yàn)中的磁性離子液體液滴運(yùn)動(dòng)連續(xù)，不存在相分離或者老化現(xiàn)象。離散微小液滴操縱具有潛在研究?jī)r(jià)值，