激光加工逆重力液滴单向传输功能表面

液滴单向传输在雾收集、反重力输水、微流体控制等领域得到广泛应用。结合纳秒激光刻蚀和化学修饰在铜表面制备逆重力液滴单向传输功能表面。研究润湿性差异及孔径大小对液滴单向传输的影响。研究发现,两侧表面润湿性差值达到一定值时,液滴可以逆重力由疏水表面传输至亲水表面且无法反向传输。差值越大,液滴传输效率越好。微结构形成的疏水表面对液滴传输具有促进作用。液滴传输效率随孔径减小先增大后减小。当孔径为0.6 mm时,液滴传输效率最优。分析可知,液滴逆重力单向传输的动力来源于润湿差异引起的表面张力及毛细作用力。

四棱锥复合梯度表面液滴的定向移动

目的探究出能使液滴移动距离达到最大的复合表面制备手段,以及液滴在其表面的移动机理及影响因素。方法采用电火花加工技术在H62黄铜表面制备四棱锥结构构建结构梯度,并通过化学刻蚀在四棱锥表面制备润湿梯度,从而形成复合梯度结构。分别使用扫描电子显微镜和高速摄像机观察复合表面的微观结构与试件表面液滴的移动过程。结果复合结构表面不仅具有不对称几何形状引起的拉普拉斯压力,其上的液滴还会受到不平衡表面张力的作用。润湿梯度提供的不平衡表面张力与结构梯度形成的拉普拉斯压力共同组成驱动合力,令液滴在相较单一梯度表面表现出更强的移动性能。对比分析侧面夹角等因素对液滴定向移动的影响规律后得出,经化学蚀刻后的复合表面,液滴移动距离提升明显,并且移动距离增加量与夹角β成正比。在结构梯度与润湿梯度的共同作用下,液滴在β=5°的试件表面上定向移动距离达到最大,最大移动距离Lmax=6.96 mm。结论相较于单一梯度表面,复合型液滴定向移动表面可以获得最长的移动距离,表现出良好的应用前景。制备方法上,电火花线切割与化学刻蚀操作简单,成本低廉,有助于推动制备大批量液滴定向移动复合表面的相关研究。