楔形銅基底-單層石墨烯覆層表面液滴自驅動研究*

張福建 陳悅 高翔 劉珍 張忠強3)?

1) (江蘇大學智能柔性機械電子研究院, 鎮江 212013)

2) (江蘇科技大學船舶與海洋工程學院, 鎮江 212003)

3) (常州大學, 江蘇省光伏科學與工程協同創新中心, 常州 213164)

(2021 年5 月13 日收到; 2021 年5 月28 日收到修改稿)

1 引 言

液滴定向自驅動在自然界中廣泛存在, 例如沙漠甲蟲利用背部的凸起結構收集液滴[1], 豬籠草吻部特殊的溝槽結構實現水的單向運輸[2]等. 明確液滴自驅動的特性和機理對于實現水收集[3,4]、固體表面自清潔、微流控芯片[5]等應用具有重要價值.目前, 液滴驅動主要分為液滴自驅動和外場作用下的驅動. 外場作用下的驅動具有需要外場輸入、控制復雜等特點[6-8], 在宏觀尺度存在能量消耗, 在微納尺度難以精確添加外場. 而液滴自驅動則是依靠基底的形貌梯度[9,10]、表面潤濕梯度[11]、剛度梯度[12]等來驅動液滴, 由基底自身的潤濕梯度決定液滴自驅動的方向, 無需外場輸入, 實現了簡單高效的液滴驅動. 例如, 梯度密度排列的柱狀結構實現水滴從柱稀疏端向密集端移動[13], 錐形曲率結構實現水滴從圓錐尖端向尾端的自主運輸[14,15]. 然而, 基底表面缺陷產生的液滴移動接觸線釘扎通常會影響液滴的運動[16-18]. 基于豬籠草吻部和U 型島陣列的非對稱結構可以利用釘扎現象防止液體回流[19,20], 從而實現連續液體的定向鋪展, 但是無法驅動單個液滴, 而基于萊頓弗羅斯特效應克服液滴接觸線釘扎以驅動液滴的方法又表現出控制困難的特點[21,22], 且萊頓……