可控體積液滴的無損操作研究.pdf

1、液滴的無損轉(zhuǎn)移是極端潤濕性表面的重要應(yīng)用之一，不同體積液滴的無損操作方法在局部化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)分離、芯片實驗室設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的實際應(yīng)用前景。利用超疏水、水下超疏油表面可分別實現(xiàn)對空氣中水滴和水下非極性有機(jī)液滴的無損接觸或作用，搭配采取合適的轉(zhuǎn)移方式可達(dá)到無損轉(zhuǎn)移的目的。本文以純鋁為基體，采用電化學(xué)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(jīng)硬脂酸修飾后獲得超疏水表面，并基于以上兩種表面設(shè)計并搭建針對空氣中水滴、水下非

2、極性有機(jī)液滴的無損操作裝置，利用該裝置對無損操作過程進(jìn)行了一系列的研究。主要研究工作和結(jié)果如下：
　?。?）針對現(xiàn)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(xué)刻蝕和沸水浸泡的方法在鋁基上構(gòu)建水下超疏油表面，經(jīng)無氟低表面能材料修飾后實現(xiàn)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(jié)構(gòu)、化學(xué)組分，探明其特殊結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理；檢測試樣潤濕性隨時間

3、的變化規(guī)律。結(jié)果表明，經(jīng)電化學(xué)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(jīng)硬脂酸修飾后轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷裕瑢λ慕佑|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(xiàn)有液滴無損轉(zhuǎn)移方法的諸多缺點，采用上述加工技術(shù)制備超疏水通孔鋁棒，并設(shè)計一種基于負(fù)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(jìn)行相關(guān)操作試驗；研究該種轉(zhuǎn)移方式的可逆重復(fù)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(dá)到140μL，對應(yīng)小孔最大直徑為6.4 mm，試驗結(jié)果與理論分析較為吻合，且該轉(zhuǎn)移方式具有較好的可逆重復(fù)性。
　?。?）基于電化學(xué)刻蝕和沸水浸泡技術(shù)，制備水下超疏油通孔鋁棒，并設(shè)計一種針對水下非極性有機(jī)液滴的操作靈活、體積可控、轉(zhuǎn)移效率高

5、的無損操作裝置，其依靠微量真空泵產(chǎn)生負(fù)壓來抓取液滴。研究該裝置無損操作水下非極性有機(jī)液滴的可行性；分析該裝置可控非極性有機(jī)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(jìn)行相關(guān)水下轉(zhuǎn)移試驗；探索該裝置在微液滴融合上的進(jìn)一步應(yīng)用。結(jié)果表明，該裝置可用于水下非極性有機(jī)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(dá)到187μL，對應(yīng)小孔最大直徑為7.1 mm，理論分析得到了試驗結(jié)果驗證，且該轉(zhuǎn)移方式可實