CN101613872B - 具有电润湿特性的超疏水表面制备方法 - Google Patents

具有电润湿特性的超疏水表面制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101613872B
CN101613872B CN2009101832254A CN200910183225A CN101613872B CN 101613872 B CN101613872 B CN 101613872B CN 2009101832254 A CN2009101832254 A CN 2009101832254A CN 200910183225 A CN200910183225 A CN 200910183225A CN 101613872 B CN101613872 B CN 101613872B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electro
wetting property
zinc oxide
hydrophobic surface
preparing super
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009101832254A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101613872A (zh
Inventor
夏军
雷威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN2009101832254A priority Critical patent/CN101613872B/zh
Publication of CN101613872A publication Critical patent/CN101613872A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101613872B publication Critical patent/CN101613872B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

具有电润湿特性的超疏水表面制备方法采用电泳法制备，由器皿1、电泳液2、导电阳极3、加工表面4和直流电源5组成制备装置，电泳液2中加入四针氧化锌和纳米碳管，待加工表面4与直流电源5的阴极相连，导电阳极3与直流电源5的阳极相连，并与加工表面4平行放置，四针氧化锌和纳米碳管通过电泳沉积在加工表面4，电泳速度由直流电源5控制，电泳完成后，加工表面4采用高温烘干，烘干后的加工表面4涂覆一层低表面自由能材料。

Description

具有电润湿特性的超疏水表面制备方法
技术领域
本发明涉及一种超疏水表面的制备方法，尤其是涉及一种具有电润湿特性的超疏水表面制备方法。
背景技术
电润湿特性在微流控领域具有广泛的应用，是生物芯片、液体透镜、电子纸显示等器件中液体状态控制的主流方法之一。电润湿通过外加场强改变液体与固体材料之间的表面自由能，其宏观表现为外加场强改变了液体与固体材料之间的接触角。对于微流控器件而言，初始接触角越大，则电润湿作用下接触角的变化范围就越大，同时较大的接触角有利于液滴在微流控器件中形成较小的曲率半径，从而在表面张力作用下产生较大的压力，有利于提高液滴的动态响应速度，提高微流控器件的性能。
对于平坦的表面，聚四氟乙烯材料具有较低的表面自由能，其接触角大约为110度。在电润湿作用下，其接触角可以从110度连续变化到50度左右。进一步提高液体与固体表面的接触角，则需要提高固体表面的粗燥度，即产生具有微米和纳米结构的粗燥表面，形成类似莲花叶子的超疏水表面。目前具有电润湿特性的超疏水表面主要有氧化锌纳米棒、碳纳米管、氧化硅纳米线、碳纳米管纸等。上述超疏水表面主要是通过微机械加工和半导体加工技术，在固体表面形成微米和纳米的微观结构，其加工方法成本高，大面积制备比较困难，并且在电润湿作用下接触角的变化范围较小，通常在150度～100度之间。
为克服上述问题，本发明采用四针氧化锌形成超疏水表面结构，通过掺杂纳米碳管的方法实现电润湿特性。四针氧化锌和一维纳米碳管通过电泳法沉积在待加工表面，从而克服四针氧化锌表面不具有电润湿特性和一维纳米碳管不具有超疏水特性的问题，该方法不但成本低，而且适合大面积制备。
技术问题：为了克服现有具有电润湿特性的超疏水表面制备成本高，大面积制备困难等问题，本发明提供一种超疏水表面的制备方法，该方法克服四针氧化锌表面不具有电润湿特性和一维纳米碳管不具有超疏水特性的问题，并且加工成本低，可以实现大面积制备。
技术方案：本发明采用电泳法制备具有电润湿特性的超疏水表面，该方法采用由器皿、电泳液、导电阳极、加工表面和直流电源组成制备装置，电泳液中加入四针氧化锌和纳米碳管，待加工表面与直流电源的阴极相连，导电阳极与直流电源的阳极相连，并与加工表面平行放置，四针氧化锌和纳米碳管通过电泳沉积在加工表面，电泳速度由直流电源控制，电泳完成后，加工表面采用高温烘干，烘干后的加工表面涂覆一层低表面自由能材料。
所述的外加直流电源的电压范围为小于300v，加载时间范围为10秒～10分钟。
所述的导电阳极与加工表面平行放置，且具有相似的表面结构，间隔范围为0.5cm～20cm。
所述的导电阳极是导电的金属，或是覆盖有导电层的非导电材料。
所述的电泳液的组成是，以异丙醇为溶剂，加入浓度为1×10-2～1×10-6M/L的Mg(NO3)2·6H2O，再加入浓度为0.1g/L~5g/L的四针氧化锌和浓度为0.1g/L~5g/L的纳米碳管。
所述的四针氧化锌和纳米碳管的尺寸范围为10nm～100um。
所述的高温烘干的温度范围为100度～500度。
所述的低表面自由能的材料采用Teflon AF或Cytop。
有益效果：本发明采用四针氧化锌形成超疏水表面结构，通过掺杂纳米碳管的方法实现电润湿特性。四针氧化锌和一维纳米碳管通过电泳法沉积在待加工表面，从而克服四针氧化锌表面不具有电润湿特性和一维纳米碳管不具有超疏水特性的问题，该方法不但成本低，而且适合大面积制备。
附图说明
图1是具有电润湿特性超疏水表面的制备示意图。
以上图中有：器皿1、电泳液2、导电阳极3、加工表面4、直流电源5。
具体实施方式
图1中所示是本发明制备具有电润湿特性超疏水表面的加工方法示意图。具有电润湿特性的超疏水表面主要通过电泳法进行制备。主要由器皿1、电泳液2、导电阳极3、加工表面4和直流电源5组成。在外加直流电源5(电压范围大约为：＜300v)的作用下，电泳液中的纳米颗粒在外加场强的作用下，在加工表面4沉积。为了使沉积厚度均匀，导电阳极3与加工表面4平行放置，间隔范围大约为0.5cm～20cm，且具有相似的表面结构，导电阳极3可以是导电的金属，例如铜、银等，也可以是覆盖有导电层的非导电材料，例如覆盖有ITO、铜膜的玻璃基板，加工表面4可以是任意形状的任意材料，但其表面需覆盖有导电层，导电层与直流电源5的阴极相连，例如带有ITO导电层的平板玻璃，或各种导电的金属材料，例如铜、银等。传统的一维纳米结构，例如纳米碳管，在加工表面4沉积后，其一维纳米结构的方向通常与加工表面4相平行，从而无法达到超疏水效果所需的粗燥程度。为了使沉积的纳米结构与加工表面4相垂直，本发明优选四针氧化锌颗粒制备电泳液2，由于四针氧化锌具有对称的四面体结构，四针氧化锌在加工表面4沉积后，始终有一针的方向与加工表面4的法线方向相平行，即垂直于加工表面4，从而形成粗燥的具有纳米结构的表面，但四针氧化锌属于半导体材料，单纯的四针氧化锌表面具有超疏水特性，但是不具备电润湿特性。本发明优选掺杂纳米碳管实现电润湿特性。纳米碳管具有导电性，在表面涂覆绝缘层后可以实现电润湿。本发明优选的电泳液2的组成是，以异丙醇为溶剂，加入浓度为1×10-2～1×10-6M/L的Mg(NO3)2·6H2O，再加入浓度为0.1g/L~5g/L的四针氧化锌和浓度为0.1g/L~5g/L的纳米碳管。加工表面4纳米颗粒的沉积厚度和密度与电泳液2的浓度、直流电源5的电压大小和加载时间长度、四针氧化锌和纳米碳管的尺寸大小等因素有关。本发明优选的直流电源5加载时间范围为10秒～10分钟，四针氧化锌和纳米碳管的尺寸范围为10nm～100um。电泳后的加工表面4可以进一步放入高温炉中进行干燥和烘干。高温炉的温度范围为100度～500度，烘干温度不能太高，以防止烧毁碳管。
采用图1中电泳法制备的表面具有超亲水特性。为实现超疏水特性，还需采用低表面自由能的材料进一步包覆四针氧化锌和碳管，例如采用Teflon AF或Cytop进行涂覆，并采用100度～350度的高温进行烘干和固化，或采用真空蒸镀的方法蒸镀一层聚四氟乙烯。通过覆盖上述低表面自由能材料，便可以实现接触角大于150度的超疏水表面，当在表面液滴和固体表面之间加载电压时，便可以改变液滴与固体表面的接触角。

Claims (8)

1.一种具有电润湿特性的超疏水表面制备方法，其特征在于：该方法采用由器皿(1)、电泳液(2)、导电阳极(3)、加工表面(4)和直流电源(5)组成制备装置，电泳液(2)中加入四针氧化锌和纳米碳管，待加工表面(4)与直流电源(5)的阴极相连，导电阳极(3)与直流电源(5)的阳极相连，并与加工表面(4)平行放置，四针氧化锌和纳米碳管通过电泳沉积在加工表面(4)，电泳速度由直流电源(5)控制，电泳完成后，加工表面(4)采用高温烘干，烘干后的加工表面(4)涂覆一层低表面自由能材料。
2.根据权利要求1所述的具有电润湿特性的超疏水表面制备方法，其特征在于所述的外加直流电源(5)的电压范围为小于300V，加载时间范围为10秒～10分钟。
3.根据权利要求1所述的具有电润湿特性的超疏水表面制备方法，其特征在于所述的导电阳极(3)与加工表面(4)平行放置，且具有相似的表面结构，间隔范围为0.5cm～20cm。
4.根据权利要求1所述的具有电润湿特性的超疏水表面制备方法，其特征在于所述的导电阳极(3)是导电的金属，或是覆盖有导电层的非导电材料。
5.根据权利要求1所述的具有电润湿特性的超疏水表面制备方法，其特征在于所述的电泳液(2)的组成是，以异丙醇为溶剂，加入浓度为1×10-2～1×10-6mol/L的Mg(NO3)2·6H2O，再加入浓度为0.1g/L～5g/L的四针氧化锌和浓度为0.1g/L～5g/L的纳米碳管。
6.根据权利要求1所述的具有电润湿特性的超疏水表面制备方法，其特征在于所述的四针氧化锌和纳米碳管的尺寸范围为10nm～100μm。
7.根据权利要求1所述的具有电润湿特性的超疏水表面制备方法，其特征在于所述的高温烘干的温度范围为100度～500度。
8.根据权利要求1所述的具有电润湿特性的超疏水表面制备方法，其特征在于所述的低表面自由能的材料采用Teflon AF或Cytop。
CN2009101832254A 2009-07-23 2009-07-23 具有电润湿特性的超疏水表面制备方法 Expired - Fee Related CN101613872B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101832254A CN101613872B (zh) 2009-07-23 2009-07-23 具有电润湿特性的超疏水表面制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101832254A CN101613872B (zh) 2009-07-23 2009-07-23 具有电润湿特性的超疏水表面制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101613872A CN101613872A (zh) 2009-12-30
CN101613872B true CN101613872B (zh) 2010-09-15

Family

ID=41493753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009101832254A Expired - Fee Related CN101613872B (zh) 2009-07-23 2009-07-23 具有电润湿特性的超疏水表面制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101613872B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102147366A (zh) * 2010-12-29 2011-08-10 复旦大学 一种超疏水生物芯片及其光学检测方法
CN103464070B (zh) * 2013-09-27 2015-04-01 东南大学 一种基于超疏水表面的电润湿微流体装置
CN109881229A (zh) * 2019-04-15 2019-06-14 江西理工大学 一种在电磁屏蔽领域应用的柔性碳纳米管/金属复合膜的制备方法
CN112857118A (zh) * 2021-01-08 2021-05-28 厦门大学 一种基于外电场/等离子体调控碳纳米管阵列表面亲疏水的强化相变换热方法及装置
CN113186723B (zh) * 2021-05-07 2022-12-13 浙江理工大学 一种tpu/特氟龙af纳米纤维膜及其制备方法
CN116243473A (zh) * 2023-05-08 2023-06-09 季华实验室 一种电润湿液体透镜及其转变方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101144913A (zh) * 2007-10-16 2008-03-19 东南大学 三维立体显示器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101144913A (zh) * 2007-10-16 2008-03-19 东南大学 三维立体显示器

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jos Laurie Campbell et al..Electrowetting of Superhydrophobic ZnO Nanorods.Langmuir.2008,24(9),5091-5098. *
Liangbing Hu et al..Electrowetting devices with transparent single-walled carbon nanotube electrodes.APPLIED PHYSICS LETTERS.2007,90(无),093124:1-3. *
Lingbo Zhu et al..Electrowetting of Aligned Carbon Nanotube Films.J. Phys. Chem. B.2003,110(32),15945-15950. *
Nicolas Verplanck et al..Wettability Switching Techniques on Superhydrophobic Surfaces.Nanoscale Res Lett.2007,2(无),577-596. *
Yu Ling-min et al..Field emission characteristics study for ZnO/Ag and ZnO/CNTs composites.Applied Surface Science.2009,255(无),8359-8362. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101613872A (zh) 2009-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Electrophoretic deposition of graphene-based materials: A review of materials and their applications
Wang et al. One-step fabrication of robust superhydrophobic steel surfaces with mechanical durability, thermal stability, and anti-icing function
CN101613872B (zh) 具有电润湿特性的超疏水表面制备方法
Miao et al. Bioinspired superspreading surface: from essential mechanism to application
Kwon et al. Low-temperature oxidation-free selective laser sintering of Cu nanoparticle paste on a polymer substrate for the flexible touch panel applications
Cabanas-Polo et al. Electrophoretic deposition of nanoscale TiO2: technology and applications
Dong et al. Roll-to-roll manufacturing of robust superhydrophobic coating on metallic engineering materials
Yang et al. Continuous roll-to-roll production of carbon nanoparticles from candle soot
Latthe et al. Self-cleaning and superhydrophobic CuO coating by jet-nebulizer spray pyrolysis technique
Pei et al. The fabrication of a carbon nanotube transparent conductive film by electrophoretic deposition and hot-pressing transfer
Han et al. Bioinspired multifunctional superhydrophobic surfaces with carbon-nanotube-based conducting pastes by facile and scalable printing
Varea et al. Electrospray as a suitable technique for manufacturing carbon-based devices
CN100577857C (zh) 具有超疏水性能的多孔导电纳米铜薄膜材料的制备方法
CN107680707B (zh) 一种核壳结构的复合金属纳米线及其制备方法与应用
Cao et al. Inherent superhydrophobicity of Sn/SnOx films prepared by surface self-passivation of electrodeposited porous dendritic Sn
Su et al. Electrophoretic assembly of organic molecules and composites for electrochemical supercapacitors
Nguyen et al. Achieving superhydrophobic surfaces via air-assisted electrospray
Perkas et al. Hydrophobic coating of GaAs surfaces with nanostructured ZnO
CN101613871B (zh) 一种超疏水表面的制备方法
Seuss et al. Electrophoretic deposition of PEEK-TiO2 composite coatings on stainless steel
Hu et al. Shear force strategy for preparation of aligned silver nanowire transparent conductive thin films
Zhou et al. Preparation of Ag/graphene composite films by three-component spray-spin-spray coating on surface modified PET substrate
Lin et al. Welding silver nanowire junctions for transparent conducting films by a rapid electroplating method
Terzyk et al. Recent developments in the electrophoretic deposition of carbon nanomaterials
CN104761154A (zh) 一种利用有机大分子材料作催化制备ito纳米线的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100915

Termination date: 20140723

EXPY Termination of patent right or utility model