楔形銅基底-單層石墨烯覆層表面液滴自驅(qū)動研究*

張福建 陳悅 高翔 劉珍 張忠強(qiáng)3)?

1) (江蘇大學(xué)智能柔性機(jī)械電子研究院, 鎮(zhèn)江 212013)

2) (江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院, 鎮(zhèn)江 212003)

3) (常州大學(xué), 江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)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(qū)動在自然界中廣泛存在, 例如沙漠甲蟲利用背部的凸起結(jié)構(gòu)收集液滴[1], 豬籠草吻部特殊的溝槽結(jié)構(gòu)實現(xiàn)水的單向運輸[2]等. 明確液滴自驅(qū)動的特性和機(jī)理對于實現(xiàn)水收集[3,4]、固體表面自清潔、微流控芯片[5]等應(yīng)用具有重要價值.目前, 液滴驅(qū)動主要分為液滴自驅(qū)動和外場作用下的驅(qū)動. 外場作用下的驅(qū)動具有需要外場輸入、控制復(fù)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(qū)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(qū)動液滴, 由基底自身的潤濕梯度決定液滴自驅(qū)動的方向, 無需外場輸入, 實現(xiàn)了簡單高效的液滴驅(qū)動. 例如, 梯度密度排列的柱狀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)水滴從柱稀疏端向密集端移動[13], 錐形曲率結(jié)構(gòu)實現(xiàn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)可以利用釘扎現(xiàn)象防止液體回流[19,20], 從而實現(xiàn)連續(xù)液體的定向鋪展, 但是無法驅(qū)動單個液滴, 而基于萊頓弗羅斯特效應(yīng)克服液滴接觸線釘扎以驅(qū)動液滴的方法又表現(xiàn)出控制困難的特點[21,22], 且萊頓……