CN101776860A - 基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件及应用。该图案化浸润器件包括上参考电极，具有各向异性浸润特性结构的基底芯片，控制电路和光路；上参考电极位于具有各向异性浸润特性结构的基底芯片上方；具有各向异性浸润特性结构的基底芯片由透明导电控制电极，半导体纳米阵列结构光导层和疏水绝缘层构成；所述的半导体纳米阵列结构光导层是均匀生长在透明导电控制电极上的具有光导特性和各向异性浸润特性的纳米棒阵列结构，在纳米棒上修饰有疏水绝缘层；透明导电控制电极与上参考电极的一端通过带有开关的控制电路进行电连接，上参考电极的另一端接地。本发明可以用于通过光的图案化来精确控制液体图案化，如液体复印。

Description

基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件

技术领域

本发明涉及图案化液体浸润的控制及应用(如液体复印技术)，特别涉及基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件及应用。

背景技术

固体表面可控浸润性，无论在基础研究还是工业应用方面都非常重要，引起了人们的广泛兴趣。最近，固体表面浸润性对外界刺激的响应性研究得到了研究人员的广泛关注，如光响应，电响应，热响应，pH响应和溶剂响应等。但是单一刺激的浸润性响应往往存在响应速度慢，控制灵活性差的缺点，在刺激响应的浸润性领域的应用受到了限制。

为了实现更为有效的固体表面浸润性控制，不同刺激协同作用的固体表面响应性浸润性研究似乎是一种趋势。2003年Chiou P Y等结合电浸润响应时间快，能量消耗低和光浸润灵活控制、结构多变的优点提出了光电浸润的机理(Sens.Actuators，A104，222-228(2003).)并制成了相应的光电浸润器件，如图1a、b为这种光电浸润器件的结构示意图。该器件由上参考电极5，基底芯片，导电液体4，相应的控制电路7和光路8组成。该器件的基底芯片由透明导电控制电极1，光导层2和疏水绝缘层3构成；该透明导电控制电极1与上参考电极5通过控制电路7进行电连接，该上参考电极5接地，该透明导电控制电极1通过控制电路7上的开关6施加电压；该光路从透明导电控制电极1的一侧向导电液体4的方向施加。构成基底芯片中的透明导电控制电极1，光导层2和疏水绝缘层3表面是平整的。该光电浸润器件是利用在透明导电控制电极1与上参考电极5上施加低于电浸润域值电压的电压，然后通过光路8对透明导电控制电极1的一侧施加光照，由于光导作用降低电浸润域值电压引起了电浸润的发生，获得了导电液体4在固体表面30°的接触角变化。这种基于光和电的协同作用的器件实现了更为有效的固体表面浸润性控制。他们利用此器件在平滑固体表面实现了液滴的运动、分离和合并(US6,958,132B2)。

但是，在这种各向同性浸润的平滑固体表面，液体浸润铺展现象不能得到有效地控制，也得不到清晰可控的液体浸润图案，因此，精确可控的液体图案化还具有相当大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于解决目前光电协同响应的浸润性控制领域精确可控的液体图案化所存在的问题，提出了一种基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件。

本发明的再一目的是提供基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的应用。

本发明的还一目的是提供具有各向异性浸润特性结构的基底芯片的制备方法。

本发明是将Sens.Actuators，A104，222-228(2003)报道的光电浸润器件中的基底芯片通过引入具有各向异性浸润特性(所述的各向异性浸润特性的纳米棒阵列结构的各向异性浸润特性，是由于图案化光照产生的光导特性引起的，导电液体只在光照区域沿平行于纳米棒的方向渗入纳米棒阵列结构中，而导电液体不在光照区域沿垂直于纳米棒方向向非光照区域扩散到纳米棒阵列结构中)结构，在构成具有各向异性浸润特性结构的基底芯片的透明导电控制电极的表面垂直生长超疏水阵列复合纳米棒，实现了光电协同的液体图案化浸润，即在电浸润域值电压的条件下，通过图案化的光照来实现液体在固体表面的图案化浸润。超疏水阵列复合纳米棒为图案化浸润提供了必要的各向异性浸润环境，这为实现光的图案化来精确控制液体图案化的应用(如液体复印)奠定了坚实的基础。同时，这一工作也为发展和应用新型精确可控液体微纳器件提供了一种新的思路。

本发明的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件包括上参考电极，具有各向异性浸润特性结构的基底芯片，相应的控制电路和光路。

所述的上参考电极位于具有各向异性浸润特性结构的基底芯片上方；

所述的具有各向异性浸润特性结构的基底芯片由透明导电控制电极，半导体纳米阵列结构(锯齿状)光导层和疏水绝缘层构成；

所述的半导体纳米阵列结构光导层是均匀生长在透明导电控制电极上的具有光导特性和各向异性浸润特性的纳米棒阵列结构，在纳米棒上修饰有疏水绝缘层；

所述的透明导电控制电极与上参考电极的一端通过带有开关的控制电路进行电连接，上参考电极的另一端接地；

所述的光路从构成具有各向异性浸润特性结构的基底芯片的透明导电控制电极的一侧入射。

所述的纳米棒阵列结构中的纳米棒的长度在100μm到1μm之间，纳米棒的直径在25nm到5μm之间；纳米棒与纳米棒之间的间距在20nm到10μm之间。

所述的纳米棒材料是无机材料和有机材料的复合体；其中，形成纳米棒的无机材料的直径与其表面上的有机材料的厚度比例为20∶1到5∶1之间；

所述的无机材料选自氧化锌材料，硫化镉材料，氧化钛材料等中一种。

所述的有机材料是酞菁类染料或钌染料等。

所述的酞菁类染料选自酞菁氧钛，酞菁铜，酞菁钒氧等中的一种。

所述的钌染料选自二异硫氰酸根二(2，2’-联嘧啶基-4，4’-二羧酸)合钌或二异硫氰酸根二(2，2’-联吡啶基-4，4’-二羧酸叔丁酯)合钌等。

所述的透明导电控制电极是导电层为铟锡氧化物(ITO)的导电玻璃或导电层为氟锡氧化物(FTO)的导电玻璃等。

所述的疏水绝缘层材料是氟硅烷(CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂Si(OCH₃)₃(FAS))材料或含氟聚合物等。

所述的含氟聚合物是聚四氟乙烯等。

本发明的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的应用：在利用本发明的基于光电协向和各向异性浸润机理的图案化浸润器件进行导电液体图案化时(如液体复印)，对置于上参考电极与具有各向异性浸润特性结构的基底芯片之间的导电液体施加的域值电压大小和光照强度，是从导电液体满足光电协同浸润机理的电压大小和光照强度工作区域中选择电压大小和光照强度。所述的满足光电协同浸润机理的电压大小和光照强度工作区域，由在光照和非光照条件下的导电液体电浸润接触角随电压变化的曲线值得出。如参照图4，在非光照条件下导电液体电浸润域值电压为6～12V，在施加波长为200～900nm的光照条件下导电液体电浸润域值电压为3～12V，即导电液体满足光电协同浸润的域值电压为3V～12V，光照波长为200～900nm。

当透明导电控制电极层通过控制电路的开关施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片光电协同浸润的域值电压3V～12V时，导电液体稳定处于半导体纳米阵列结构光导层表面，并且导电液体容易从半导体纳米阵列结构光导层表面去除(无法工作)；在施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片光电协同浸润的域值电压3V～12V的同时施加光强为100～400mW/cm²、光照波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层表面结构中，并且光照区域渗入的导电液体不容易从半导体纳米阵列结构光导层表面去除(光电协同工作)。

当透明导电控制电极层通过控制电路的开关施加等于具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压7.5～12V时，在不施加光照的情况下，导电液体也能在透明导电控制电极区域渗入到所述半导体纳米阵列结构光导层表面结构中，但是，导电液体会沿垂直于纳米棒方向扩散到纳米棒阵列结构中，而不能满足光电协同工作。

所述的光可以是图案化的光，图案化的光可以通过光掩膜方法获得。

所述的导电液体材料是本领域常用的导电液体材料，如0.005mol/L 1-羟基-2-(H₃COCHN-Pr-N＝N)-8-乙酰氨基-3，6-萘二磺酸钠水溶液，0.1mol/L的KCl水溶液，0.1mol/L的NaClO₄水溶液，0.01mol/L的FeSO₄水溶液，0.005mol/L的酞菁磺酸钠水溶液等中的一种。

本发明的具有各向异性浸润特性结构的基底芯片是由以下方法制备得到的：

(1)将透明导电控制电极清洗干净，干燥；

(2)在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极上旋涂0.1～1mol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液(其中，醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为1∶1，加入的一乙醇胺做为络合剂)，然后在350～450℃退火1～5小时，得到了厚度为100～200nm氧化锌的晶种层；将制备所得的涂有氧化锌的晶种层的电极基片置于硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为1∶3～5∶1的混合溶液中(其中混合溶液中的锌离子浓度为0.01～1mol/L)，在80～100℃下生长氧化锌纳米棒阵列结构3～15小时；冷却至室温后，将长有氧化锌纳米棒阵列结构的电极基片取出，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极上生长有氧化锌纳米棒阵列结构的透明导电控制电极；或

将步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极置于装有硫化镉材料的真空度为10^-5～10^-3Pa的镀膜仪中，蒸镀硫化镉材料到透明导电控制电极上，蒸镀速率为0.01～1nm/s，获得厚度为50～200nm硫化镉的晶种层；然后将镀有硫化镉晶种层的电极基片置于硝酸镉和六次甲基四胺的摩尔比为1∶3～5∶1的混合溶液中(其中混合溶液中的镉离子浓度为0.01～1mol/L)，在80～100℃下生长硫化镉纳米棒阵列结构3～15小时；冷却至室温后，将长有硫化镉纳米棒阵列结构的电极基片取出，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极上生长有硫化镉纳米棒阵列结构的透明导电控制电极；或

在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极上紧贴导电面放置多孔型氧化铝模板(商品化的孔径为20～300nm)，然后将包括多孔型氧化铝模板的透明导电控制电极浸入到0.1～1mol/L的氧化钛溶胶(钛酸四丁酯∶乙酰丙酮∶去离子水∶乙醇的摩尔比为1∶1∶1∶10)中，取出后在室温下静置，然后在450～550℃退火，冷却至室温后，得到了在多孔型氧化铝模板的孔处生长在电极基片上的氧化钛纳米棒阵列结构；将制备所得的含有多孔型氧化铝模板的生长有氧化钛纳米棒阵列结构的电极基片浸入到0.1～5mol/L NaOH溶液中，去除多孔型氧化铝模板，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极上生长有氧化钛纳米棒阵列结构的透明导电控制电极；

(3)将步骤(2)得到的生长有氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构的透明导电控制电极置于装有有机材料的真空度为10^-5～10^-3Pa的镀膜仪中，蒸镀有机材料到氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构上，蒸镀速率为0.01～1nm/s；或

将步骤(2)得到的生长有氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构的透明导电控制电极浸泡在10^-5～10^-3mol/L的有机材料溶液中敏化3～24小时，取出，用乙醇冲洗干净，干燥；得到有机材料敏化的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构浸泡在浓度为0.1～10wt％的疏水绝缘层材料的乙醇溶液中1～10小时，取出，烘干，得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片；或

将步骤(3)得到的有机材料敏化的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构通过磁控溅射的方法溅射疏水绝缘层材料到有机材料敏化的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构上，得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

上述方法制得的各种纳米棒阵列结构中的纳米棒的长度在100μm到1μm之间，纳米棒的直径在25nm到5μm之间；纳米棒与纳米棒之间的间距在20nm到10μm之间。

步骤(1)所述的清洗是分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤；所述的干燥可在80～150℃烘烤1～10小时。

步骤(2)或步骤(3)所述的干燥是在60～80℃干燥5～20小时。

步骤(4)所述的烘干是在100℃烘干10小时。

所述的有机材料是酞菁类染料或钌染料等。

所述的酞菁类染料选自酞菁氧钛，酞菁铜，酞菁钒氧等中的一种。

所述的钌染料选自二异硫氰酸根二(2，2’-联嘧啶基-4，4’-二羧酸)合钌或二异硫氰酸根二(2，2’-联吡啶基-4，4’-二羧酸叔丁酯)合钌等。

所述的透明导电控制电极是导电层为铟锡氧化物(ITO)的导电玻璃或导电层为氟锡氧化物(FTO)的导电玻璃等。

所述的疏水绝缘层材料是氟硅烷(CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂Si(OCH₃)₃(FAS))材料或含氟聚合物等。

所述的含氟聚合物是聚四氟乙烯等。

本发明通过利用具有各向异性浸润特性结构的基底芯片，这种基底芯片具有光导材料光电协同浸润的性质，由此实现了精确可控的液体图案化浸润，可以用于通过光的图案化来精确控制液体图案化，如液体复印。

附图说明

图1为基于光电浸润机理的平滑固体表面器件结构示意图；其中：

图1a.外加电压低于导电液体电浸润域值电压时液滴的浸润状态；

图1b.外加电压达到导电液体电浸润域值电压时液滴的浸润状态。

图2为本发明基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件结构及应用原理示意图；其中：

图2a.外加电压低于导电液体电浸润域值电压7.5V时导电液体在基底芯片表面的浸润状态；

图2b.低于导电液体电浸润域值电压7.5V并施加图案化的“H”光照时导电液体在基底芯片表面的图案化浸润状态；

图2c.撤去电压和光照并去除基底芯片表面多余导电液体时，图案化导电液体“H”保留到基底芯片表面的状态；

图2d.图案化的导电液体很容易地被从超疏水的基底芯片表面转移到亲水的打印纸上，期望得到的复印图案“H”被成功获得。

图3为本发明制得的基底芯片形貌的扫描电子显微镜照片(图a、b、c的上部为正面；中间为侧面；下部为相应的结构示意图)和接触角照片(插图)；其中：

图3a.透明导电控制电极表面长有无机材料纳米棒阵列；

图3b.所得的透明导电控制电极表面长有无机材料纳米棒阵列并镀有有机材料；

图3c.所得的透明导电控制电极表面长有无机材料纳米棒阵列并镀有有机材料并经疏水绝缘层修饰。

图4为本发明基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的电浸润在光照(a曲线)及非光照条件(b曲线)下，接触角随外加电压的变化曲线，其中：

Ⅰ为在光照下导电液体电浸润都不能发生的区域；

Ⅱ为在光照下导电液体电浸润能发生的区域，即导电液体光电协同浸润区域；

Ⅲ为在非光照下导电液体电浸润能发生的区域。

附图标记

1.透明导电控制电极2.光导层       3.疏水绝缘层

4.导电液体        5.上参考电极   6.开关

7.控制电路        8.光路

21.半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料

22.半导体纳米阵列结构光导层中的有机材料

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

实施例1

请参见图2。本发明的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件包括上参考电极5，具有各向异性浸润特性结构的基底芯片，相应的控制电路7和光路8。

所述的上参考电极位于具有各向异性浸润特性结构的基底芯片上方；

所述的具有各向异性浸润特性结构的基底芯片由透明导电控制电极1，半导体纳米阵列结构(锯齿状)光导层2和疏水绝缘层3构成；

所述的半导体纳米阵列结构光导层是均匀生长在透明导电控制电极上的具有光导特性和各向异性浸润特性的纳米棒阵列结构；纳米棒材料是无机材料和有机材料的复合体；其中，形成纳米棒的无机材料的直径与其表面上的有机材料的厚度比例为20∶1到5∶1之间；在纳米棒上修饰有疏水绝缘层。所述的纳米棒阵列结构中的纳米棒的长度在100μm到1μm之间，纳米棒的直径在25nm到5μm之间；纳米棒与纳米棒之间的间距在20nm到10μm之间。

所述的透明导电控制电极与上参考电极的一端通过带有开关6的控制电路进行电连接，上参考电极的另一端接地；

所述的光路从构成具有各向异性浸润特性结构的基底芯片的透明导电控制电极的一侧入射。

制备具有上述结构的基底芯片，其中，基底芯片中的氧化锌纳米棒的长度为3μm，氧化锌纳米棒的直径为200nm，氧化锌纳米棒与氧化锌纳米棒之间的间距为120nm；其中形成氧化锌纳米棒的直径与其表面上的酞菁氧钛的厚度比例为5∶1。

(1)将透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后在80℃烘烤10小时；

(2)在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上旋涂0.1mol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液(其中，醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为1∶1，加入的一乙醇胺做为络合剂)，然后在350℃退火5小时，得到了厚度为100nm氧化锌的晶种层；将制备所得的涂有氧化锌的晶种层的电极基片置于0.01mol/L的硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为5∶1的混合溶液中，在100℃生长3小时；冷却至室温后，将长有氧化锌纳米棒阵列的电极基片取出，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化锌纳米棒阵列的透明导电控制电极；

(3)将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化锌纳米棒阵列的透明导电控制电极置于装有有机材料22为酞菁氧钛的真空度为10^-3Pa的镀膜仪中，蒸镀有机材料22为酞菁氧钛到半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化锌纳米棒阵列上，蒸镀速率为0.01nm/s；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长无机材料21为氧化锌纳米棒阵列和有机材料22为酞菁氧钛的半导体纳米阵列结构光导层2的透明导电控制电极；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料22为酞菁氧钛的氧化锌纳米棒阵列浸泡在浓度为0.1wt％的疏水绝缘层材料为FAS的乙醇溶液中，取出，烘干；得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化锌纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片；制得的基底芯片形貌的扫描电子显微镜照片如图3a～3c所示。

利用具有上述结构的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，及上述方法得到的基底芯片进行1-羟基-2-(H₃COCHN-Pr-N＝N)-8-乙酰氨基-3，6-萘二磺酸钠液体复印：

首先，选择合适的电压和光强。将导电液体4为0.005mol/L 1-羟基-2-(H₃COCHN-Pr-N＝N)-8-乙酰氨基-3，6-萘二磺酸钠水溶液滴加到疏水绝缘层3为FAS的基底芯片表面上。在非光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，非光照导电液体4电浸润域值电压为7.5V；再在施加波长为200～900nm、光强为100mW/cm²的光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，光照条件下导电液体4电浸润域值电压为3V；即导电液体4光电协同浸润的工作电压为3V～7.5V，如图4所示。

然后通过控制电路7的开关6，在透明导电控制电极1为ITO导电玻璃上施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为6V的同时施加光强为100mW/cm²、波长为200～900nm的“H”图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体4仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层2表面结构中，关掉光和电压后，当移去表面多余的导电液体4，图案化的导电液体4的浸润区域“H”将被保留到基底芯片表面(图2c所示)。

最后，图案化的导电液体4的浸润区域“H”被很容易地从超疏水的表面转移到亲水的打印纸9上，这样就成功获得了复印图案“H”(图2d所示)。

实施例2

基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的结构同实施例1。

制备基底芯片中的氧化锌纳米棒的长度为15μm，氧化锌纳米棒的直径为5μm，氧化锌纳米棒与氧化锌纳米棒之间的间距为10μm；其中形成氧化锌纳米棒的直径与其表面上的酞菁氧钛的厚度比例为20∶1。

(1)将透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后在150℃烘烤1小时；

(2)在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上旋涂1mol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液(其中，醋酸锌与一乙醇胺的摩尔比为1∶1，加入的一乙醇胺做为络合剂)，然后在450℃退火1小时，得到了厚度为200nm氧化锌的晶种层；将制备所得的涂有氧化锌的晶种层的电极基片置于1mol/L的硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为1∶3的混合溶液中，在80℃生长15小时；冷却至室温后，将长有氧化锌纳米棒阵列的电极基片取出，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化锌纳米棒阵列的透明导电控制电极；

(3)将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化锌纳米棒阵列的透明导电控制电极置于装有有机材料22为酞菁氧钛的真空度为10^-5Pa的镀膜仪中，蒸镀有机材料22为酞菁氧钛到半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化锌纳米棒阵列上，蒸镀速率为1nm/s；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长无机材料21为氧化锌纳米棒阵列和有机材料22为酞菁氧钛的半导体纳米阵列结构光导层2的透明导电控制电极；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料22为酞菁氧钛的氧化锌纳米棒阵列浸泡在浓度为10wt％的疏水绝缘层材料为FAS的乙醇溶液中，取出，烘干；得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化锌纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

利用具有上述结构的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，及上述方法得到的基底芯片进行KCl液体复印：

首先，选择合适的电压和光强。将导电液体4为0.1mol/L的KCl水溶液滴加到疏水绝缘层3为FAS的基底芯片表面上。在非光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，非光照导电液体4电浸润域值电压为12V；再在施加波长为200～900nm、光强为400mW/cm²的光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，光照导电液体4电浸润域值电压为7V；即导电液体4光电协同浸润的工作电压为7V～12V。

然后通过控制电路7的开关6，在透明导电控制电极1为ITO导电玻璃上施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为6V的同时施加光强为400mW/cm²、波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体4仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层2表面结构中，关掉光和电压后，当移去表面多余的导电液体4，图案化的导电液体4的浸润区域将被保留到基底芯片表面。

实施例3

基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的结构同实施例1。

制备基底芯片中的硫化镉纳米棒的长度为3μm，硫化镉纳米棒的直径为200nm，硫化镉纳米棒与硫化镉纳米棒之间的间距为150nm；其中形成硫化镉纳米棒的直径与其表面上的酞菁钒氧的厚度比例为5∶1。

(1)将透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后在150℃烘烤1小时；

(2)将步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃置于装有硫化镉材料的真空度为10^-3Pa的镀膜仪中，蒸镀硫化镉材料到透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃上，蒸镀速率为1nm/s，获得200nm的硫化镉的晶种层；然后将镀有硫化镉晶种层的电极基片置于0.01mol/L硝酸镉和六次甲基四胺摩尔配比为1∶3的的混合溶液中，在80℃生长15小时；冷却至室温后，将长有阵列硫化镉纳米棒的电极基片取出，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃上生长半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为硫化镉的纳米棒阵列的透明导电控制电极；

(3)将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为硫化镉纳米棒阵列的透明导电控制电极置于装有有机材料22为酞菁钒氧的真空度为10^-3Pa的镀膜仪中，蒸镀有机材料22为酞菁钒氧到半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为硫化镉纳米棒阵列上，蒸镀速率为1nm/s；得到在透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃上生长无机材料21为硫化镉纳米棒阵列和有机材料22为酞菁钒氧的半导体纳米阵列结构光导层2的透明导电控制电极；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料22为酞菁钒氧的阵列硫化镉纳米棒浸泡在浓度为10wt％的疏水绝缘层材料为FAS的乙醇溶液中，取出，烘干；得到具有光导特性和各向异性浸润特性的硫化镉纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

利用具有上述结构的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，及上述方法得到的基底芯片进行NaClO₄液体复印：

首先，选择合适的电压和光强。将导电液体4为0.1mol/L的NaClO₄水溶液滴加到疏水绝缘层3为FAS的基底芯片表面上。在非光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，非光照导电液体4电浸润域值电压为8V；再在施加波长为200～900nm、光强为400mW/cm²的光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，光照导电液体4电浸润域值电压为5V；即导电液体4光电协同浸润的工作电压为5V～8V。

然后通过控制电路7的开关6，在透明导电控制电极1为ITO导电玻璃上施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为6V的同时施加光强为400mW/cm²、波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体4仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层2表面结构中，关掉光和电压后，当移去表面多余的导电液体4，图案化的导电液体4的浸润区域将被保留到基底芯片表面。

实施例4

基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的结构同实施例1。

制备基底芯片中的硫化镉纳米棒的长度为1μm，硫化镉纳米棒的直径为60nm，硫化镉纳米棒与硫化镉纳米棒之间的间距为80nm；其中形成硫化镉纳米棒的直径与其表面上的酞菁钒氧的厚度比例为5∶1。

(1)将透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后在80℃烘烤10小时；

(2)将步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃置于装有硫化镉材料的真空度为10^-5Pa的镀膜仪中，蒸镀硫化镉材料到透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃上，蒸镀速率为0.1nm/s，获得50nm的硫化镉的晶种层；然后将镀有硫化镉晶种层的电极基片置于1mol/L硝酸镉和六次甲基四胺摩尔配比为5∶1的的混合溶液中，在100℃生长3小时；冷却至室温后，将长有阵列硫化镉纳米棒的电极基片取出，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃上生长半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为硫化镉的纳米棒阵列的透明导电控制电极；

(3)将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为硫化镉纳米棒阵列的透明导电控制电极置于装有有机材料22为酞菁钒氧的真空度为10^-5Pa的镀膜仪中，蒸镀有机材料22为酞菁钒氧到半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为硫化镉纳米棒阵列上，蒸镀速率为0.1nm/s；得到在透明导电控制电极1为FTO的导电玻璃上生长无机材料21为硫化镉纳米棒阵列和有机材料22为酞菁钒氧的半导体纳米阵列结构光导层2的透明导电控制电极；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料22为酞菁钒氧的阵列硫化镉纳米棒浸泡在浓度为0.1wt％的疏水绝缘层材料为FAS的乙醇溶液中，取出，烘干；得到具有光导特性和各向异性浸润特性的硫化镉纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

利用具有上述结构的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，及上述方法得到的基底芯片进行FeSO₄液体复印：

首先，选择合适的电压和光强。将导电液体4为0.01mol/L的FeSO₄水溶液滴加到疏水绝缘层3为FAS的基底芯片表面上。在非光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，非光照导电液体4电浸润域值电压为6V；再在施加波长为200～900nm、光强为400mW/cm²的光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，光照导电液体4电浸润域值电压为5V；即导电液体4光电协同浸润的工作电压为5V～6V。

然后通过控制电路7的开关6，在透明导电控制电极1为ITO导电玻璃上施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为5V的同时施加光强为400mW/cm²、波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体4仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层2表面结构中，关掉光和电压后，当移去表面多余的导电液体4，图案化的导电液体4的浸润区域将被保留到基底芯片表面。

实施例5

基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的结构同实施例1。

制备基底芯片中的氧化钛纳米棒的长度为100μm，氧化钛纳米棒的直径为25nm，氧化钛纳米棒与氧化钛纳米棒之间的间距为20nm；其中形成氧化钛纳米棒的直径与其表面上的酞菁铜的厚度比例为5∶1。

(1)将透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后在150℃烘烤1小时；

(2)在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上紧贴导电面放置孔径为20nm的多孔型氧化铝模板，然后将包括多孔型氧化铝模板的透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃浸入到0.1mol/L的氧化钛溶胶中，取出后在室温下静置，然后在450℃退火，冷却至室温后，得到在多孔型氧化铝模板的孔处生长在电极基片上的氧化钛纳米棒阵列结构；然后，将制备所得的含有多孔型氧化铝模板的生长有氧化钛纳米棒阵列结构的电极基片浸入到0.1mol/L的NaOH溶液中，去除多孔型氧化铝模板，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列的透明导电控制电极；

(3)将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列的透明导电控制电极置于装有有机材料22为酞菁铜的真空度为10^-5Pa的镀膜仪中，蒸镀有机材料22为酞菁铜到半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列上，蒸镀速率为0.01nm/s；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长无机材料21为氧化钛纳米棒阵列和有机材料22为酞菁铜的半导体纳米阵列结构光导层2的透明导电控制电极；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料22为酞菁铜的阵列氧化钛纳米棒浸泡在浓度为0.1wt％的疏水绝缘层材料为FAS的乙醇溶液中，取出，烘干；得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化钛纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

利用具有上述结构的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，及上述方法得到的基底芯片进行KCl液体复印：

首先，选择合适的电压和光强。将导电液体4为0.1mol/L的KCl水溶液滴加到疏水绝缘层3为FAS的基底芯片表面上。在非光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，非光照导电液体4电浸润域值电压为12

V；再在施加波长为200～900nm、光强为400mW/cm²的光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，光照导电液体4电浸润域值电压为8V；即导电液体4光电协同浸润的工作电压为8V～12V；

然后通过控制电路7的开关6，在透明导电控制电极1为ITO导电玻璃上施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为9V的同时施加光强为400mW/cm²、波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体4仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层2表面结构中，关掉光和电压后，当移去表面多余的导电液体4，图案化的导电液体4的浸润区域将被保留到基底芯片表面。

实施例6

基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的结构同实施例1。

制备基底芯片中的氧化钛纳米棒的长度为100μm，氧化钛纳米棒的直径为110nm，氧化钛纳米棒与氧化钛纳米棒之间的间距为80nm；其中形成氧化钛纳米棒的直径与其表面上的酞菁铜的厚度比例为10∶1。

(1)将透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后在150℃烘烤1小时；

(2)在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上紧贴导电面放置孔径为100nm的多孔型氧化铝模板，然后将包括多孔型氧化铝模板的透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃浸入到1mol/L的氧化钛溶胶中，取出后在室温下静置，然后在450℃退火，冷却至室温后，在多孔型氧化铝模板的孔处生长在电极基片上的氧化钛纳米棒阵列结构；然后，将制备所得的含有多孔型氧化铝模板的氧化钛纳米棒阵列浸入到5mol/L的NaOH溶液中，去除多孔型氧化铝模板，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列的透明导电控制电极；

(3)将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列的透明导电控制电极置于装有有机材料22为酞菁铜的真空度为10^-5Pa的镀膜仪中，蒸镀有机材料22为酞菁铜到半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列上，蒸镀速率为0.01nm/s；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长无机材料21为氧化钛纳米棒阵列和有机材料22为酞菁铜的半导体纳米阵列结构光导层2的透明导电控制电极；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料22为酞菁铜的阵列氧化钛纳米棒浸泡在浓度为0.1wt％的疏水绝缘层材料为FAS的乙醇溶液中，取出，烘干；得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化钛纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

利用具有上述结构的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，及上述方法得到的基底芯片进行酞菁磺酸钠液体复印：

首先，选择合适的电压和光强。将导电液体4为0.005mol/L的酞菁磺酸钠水溶液滴加到疏水绝缘层3为FAS的基底芯片表面上。在非光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，非光照导电液体4电浸润域值电压为12V；再在施加波长为200～900nm、光强为400mW/cm²的光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，光照导电液体4电浸润域值电压为8V；即导电液体4光电协同浸润的工作电压为8V～12V。

然后通过控制电路7的开关6，在透明导电控制电极1为ITO导电玻璃上施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为9V的同时施加光强为400mW/cm²、波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体4仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层2表面结构中，关掉光和电压后，当移去表面多余的导电液体4，图案化的导电液体4的浸润区域将被保留到基底芯片表面。

实施例7

基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的结构同实施例1。

制备基底芯片中的氧化钛纳米棒的长度为100μm，氧化钛纳米棒的直径为210nm，氧化钛纳米棒与氧化钛纳米棒之间的间距为100nm；其中形成氧化钛纳米棒的直径与其表面上的二异硫氰酸根二(2，2’-联嘧啶基-4，4’-二羧酸)合钌的厚度比例为20∶1。

(1)将透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后在150℃烘烤1小时：

(2)在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上紧贴导电面放置孔径为200nm的多孔型氧化铝模板，其余操作与实施例6一致；

(3)将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列的透明导电控制电极浸泡在10^-5mol/L的有机材料为钌染料二异硫氰酸根二(2，2’-联嘧啶基-4，4’-二羧酸)合钌的溶液中敏化24小时；或

将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列的透明导电控制电极浸泡在10^-3mol/L的有机材料为钌染料二异硫氰酸根二(2，2’-联嘧啶基-4，4’-二羧酸)合钌的溶液中敏化3小时；

取出，用乙醇冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长无机材料21为氧化钛纳米棒阵列和有机材料22为钌染料二异硫氰酸根二(2，2’-联嘧啶基-4，4’-二羧酸)合钌的半导体纳米阵列结构光导层2的透明导电控制电极；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料22为钌染料二异硫氰酸根二(2，2’-联嘧啶基-4，4’-二羧酸)合钌的阵列氧化钛纳米棒通过磁控溅射的方法溅射疏水绝缘层3为聚四氟乙烯的材料；得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化钛纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

利用具有上述结构的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，及上述方法得到的基底芯片进行NaClO₄液体复印：

首先，选择合适的电压和光强。将导电液体4为0.1mol/L的NaClO₄水溶液滴加到疏水绝缘层3为聚四氟乙烯的基底芯片表面上。在非光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，非光照导电液体4电浸润域值电压为12V；再在施加波长为200～900nm、光强为400mW/cm²的光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，光照导电液体4电浸润域值电压为8.5V；即导电液体4光电协同浸润的工作电压为8.5V～12V。

然后通过控制电路7的开关6，在透明导电控制电极1为ITO导电玻璃上施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为9V的同时施加光强为400mW/cm²、波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体4仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层2表面结构中，关掉光和电压后，当移去表面多余的导电液体4，图案化的导电液体4的浸润区域将被保留到基底芯片表面。

实施例8

基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的结构同实施例1。

制备基底芯片中的氧化钛纳米棒的长度为100μm，氧化钛纳米棒的直径为360nm，氧化钛纳米棒与氧化钛纳米棒之间的间距为150nm；其中形成氧化钛纳米棒的直径与其表面上的二异硫氰酸根二(2，2’-联吡啶基-4，4’-二羧酸叔丁酯)合钌的厚度比例为5∶1。

(1)将透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃分别通过清洁剂，去离子水，乙醇，丙酮和去离子水进行超声洗涤，然后在150℃烘烤1小时；

(2)在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上紧贴导电面放置孔径为300nm的多孔型氧化铝模板，其余操作与实施例6一致；

(3)将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列的透明导电控制电极浸泡在10^-5mol/L的有机材料为钌染料二异硫氰酸根二(2，2’-联吡啶基-4，4’-二羧酸叔丁酯)合钌的溶液中敏化24小时；或

将步骤(2)得到的生长有半导体纳米阵列结构光导层中的无机材料21为氧化钛纳米棒阵列的透明导电控制电极浸泡在10^-3mol/L的有机材料为钌染料二异硫氰酸根二(2，2’-联吡啶基-4，4’-二羧酸叔丁酯)合钌的溶液中敏化3小时；

取出，用乙醇冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极1为ITO的导电玻璃上生长无机材料21为氧化钛纳米棒阵列和有机材料22为钌染料二异硫氰酸根二(2，2’-联吡啶基-4，4’-二羧酸叔丁酯)合钌的半导体纳米阵列结构光导层2的透明导电控制电极；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料22为钌染料二异硫氰酸根二(2，2’-联吡啶基-4，4’-二羧酸叔丁酯)合钌的阵列氧化钛纳米棒通过磁控溅射的方法溅射疏水绝缘层3为聚四氟乙烯的材料；得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化钛纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

利用具有上述结构的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，及上述方法得到的基底芯片进行1-羟基-2-(H₃COCHN-Pr-N＝N)-8-乙酰氨基-3，6-萘二磺酸钠液体复印：

首先，选择合适的电压和光强。将导电液体4为0.005mol/L 1-羟基-2-(H₃COCHN-Pr-N＝N)-8-乙酰氨基-3，6-萘二磺酸钠水溶液滴加到疏水绝缘层3为聚四氟乙烯的基底芯片表面上。在非光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，非光照导电液体4电浸润域值电压为12V；再在施加波长为200～900nm、光强为400mW/cm²的光照条件下，得出导电液体4电浸润接触角随电压变化的曲线值，光照导电液体4电浸润域值电压为8.5V；即导电液体4光电协同浸润的工作电压为8.5V～12V。

然后通过控制电路7的开关6，在透明导电控制电极1为ITO导电玻璃上施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为9V的同时施加光强为400mW/cm²、波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体4仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层2表面结构中，关掉光和电压后，当移去表面多余的导电液体4，图案化的导电液体4的浸润区域将被保留到基底芯片表面。

用同样的方法也可以得到其他的复印图案。因此，基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润被证实。值得一提的是，浸润相对于光照的区域偏差足以与当前使用的复印机或打印机比拟。

阵列复合纳米棒的光导性质以及表面结构在获得图案化浸润中起着至关重要的作用。覆盖酞菁氧钛的氧化锌阵列具有很好的光导性能。而超疏水阵列复合纳米棒表面由于各向异性浸润的作用，只有在光照区域发生电浸润使接触角减小而产生电毛细压，液体容易进入渠道。渠道中液体很难扩散到非光照区域。因此可以得到清晰的液体图案。

总之，本发明提供了一种在超疏水表面液体图案化浸润的器件和方法，这种方法通过光电协同和各向异性作用来获得液体的图案化浸润。超疏水复合氧化锌纳米棒阵列为图案化浸润提供了必要的各向异性浸润环境。结果表明，通过对表面纳米结构的设计和电毛细压的精确控制可以实现对微小尺度液体的精确控制。通过光的图案化来精确控制液体图案化具有广阔的发展前景。同时，这一工作也对发展和应用新型的位置可控微纳流体器件如微反应器、芯片缩微实验室器件、微纳流体系统和微纳电子技术等有重要的意义。

Claims (10)

1.一种基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，该图案化浸润器件包括上参考电极，具有各向异性浸润特性结构的基底芯片，控制电路和光路；其特征是：

所述的上参考电极位于具有各向异性浸润特性结构的基底芯片上方；

所述的具有各向异性浸润特性结构的基底芯片由透明导电控制电极，半导体纳米阵列结构光导层和疏水绝缘层构成；

所述的半导体纳米阵列结构光导层是均匀生长在透明导电控制电极上的具有光导特性和各向异性浸润特性的纳米棒阵列结构，在纳米棒上修饰有疏水绝缘层；

所述的透明导电控制电极与上参考电极的一端通过带有开关的控制电路进行电连接，上参考电极的另一端接地；

所述的光路从构成具有各向异性浸润特性结构的基底芯片的透明导电控制电极的一侧入射。

2.根据权利要求1所述的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，其特征是：所述的纳米棒阵列结构中的纳米棒的长度在100μm到1μm之间，纳米棒的直径在25nm到5μm之间；纳米棒与纳米棒之间的间距在20nm到10μm之间。

3.根据权利要求1或2所述的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，其特征是：所述的纳米棒材料是无机材料和有机材料的复合体；其中，形成纳米棒的无机材料的直径与其表面上的有机材料的厚度比例为20∶1到5∶1之间；

所述的无机材料选自氧化锌材料，硫化镉材料，氧化钛材料中一种；

所述的有机材料是酞菁类染料或钌染料。

4.根据权利要求3所述的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，其特征是：所述的酞菁类染料选自酞菁氧钛，酞菁铜，酞菁钒氧中的一种；

所述的钌染料选自二异硫氰酸根二(2，2’-联嘧啶基-4，4’-二羧酸)合钌或二异硫氰酸根二(2，2’-联吡啶基-4，4’-二羧酸叔丁酯)合钌。

5.根据权利要求1所述的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件，其特征是：所述的透明导电控制电极是导电层为铟锡氧化物的导电玻璃或导电层为氟锡氧化物的导电玻璃；

所述的疏水绝缘层材料是氟硅烷材料或含氟聚合物。

6.一种根据权利要求1～5任一项所述的基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件的用途，其特征是：在利用基于光电协同和各向异性浸润机理的图案化浸润器件进行导电液体图案化时，对置于上参考电极与具有各向异性浸润特性结构的基底芯片之间的导电液体施加的域值电压大小和光照强度，是从导电液体满足光电协同浸润机理的电压大小和光照强度工作区域中选择域值电压大小和光照强度。

7.根据权利要求6所述的用途，其特征是：导电液体满足光电协同浸润的域值电压为3V～12V，光照波长为200～900nm。

8.根据权利要求6或7所述的用途，其特征是：在施加具有各向异性浸润特性结构的基底芯片电浸润域值电压为3V～12V的同时施加光强为100～400mW/cm²、光照波长为200～900nm的图案化光照，光路从透明导电控制电极层的一侧向导电液体的方向施加并照射，当光照射到表面修饰有疏水绝缘层的半导体纳米阵列结构光导层和导电液体界面时，导电液体仅在光照区域渗入所述半导体纳米阵列结构光导层表面结构中，并且光照区域渗入的导电液体不容易从半导体纳米阵列结构光导层表面去除。

9.一种具有各向异性浸润特性结构的基底芯片的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

(1)将透明导电控制电极清洗干净，干燥；

(2)在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极上旋涂0.1～1mol/L醋酸锌的乙二醇甲醚溶液，然后在350～450℃退火1～5小时，得到了厚度为100～200nm氧化锌的晶种层；将制备所得的涂有氧化锌的晶种层的电极基片置于硝酸锌和六次甲基四胺摩尔比为1∶3～5∶1的混合溶液中，其中混合溶液中的锌离子浓度为0.01～1mol/L，在80～100℃下生长氧化锌纳米棒阵列结构3～15小时；冷却至室温后，将长有氧化锌纳米棒阵列结构的电极基片取出，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极上生长有氧化锌纳米棒阵列结构的透明导电控制电极；或

将步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极置于装有硫化镉材料的真空度为10^-5～10^-3Pa的镀膜仪中，蒸镀硫化镉材料到透明导电控制电极上，蒸镀速率为0.01～1nm/s，获得厚度为50～200nm硫化镉的晶种层；然后将镀有硫化镉晶种层的电极基片置于硝酸镉和六次甲基四胺的摩尔比为1∶3～5∶1的混合溶液中，其中混合溶液中的镉离子浓度为0.01～1mol/L，在80～100℃下生长硫化镉纳米棒阵列结构3～15小时；冷却至室温后，将长有硫化镉纳米棒阵列结构的电极基片取出，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极上生长有硫化镉纳米棒阵列结构的透明导电控制电极；或

在步骤(1)清洗干净的透明导电控制电极上紧贴导电面放置多孔型氧化铝模板，然后将包括多孔型氧化铝模板的透明导电控制电极浸入到0.1～1mol/L的氧化钛溶胶中，取出后在室温下静置，然后在450～550℃退火，冷却至室温后，得到了在多孔型氧化铝模板的孔处生长在电极基片上的氧化钛纳米棒阵列结构；将制备所得的含有多孔型氧化铝模板的生长有氧化钛纳米棒阵列结构的电极基片浸入到0.1～5mol/L NaOH溶液中，去除多孔型氧化铝模板，用去离子水冲洗干净，干燥；得到在透明导电控制电极上生长有氧化钛纳米棒阵列结构的透明导电控制电极；

(3)将步骤(2)得到的生长有氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构的透明导电控制电极置于装有有机材料的真空度为10^-5～10^-3Pa的镀膜仪中，蒸镀有机材料到氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构上，蒸镀速率为0.01～1nm/s；或

将步骤(2)得到的生长有氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构的透明导电控制电极浸泡在10^-5～10^-3mol/L的有机材料溶液中敏化3～24小时，取出，用乙醇冲洗干净，干燥；得到有机材料敏化的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构；

(4)将步骤(3)得到的镀有有机材料的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构浸泡在浓度为0.1～10wt％的疏水绝缘层材料的乙醇溶液中，取出，烘干，得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片；或

将步骤(3)得到的有机材料敏化的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构通过磁控溅射的方法溅射疏水绝缘层材料到有机材料敏化的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构上，得到具有光导特性和各向异性浸润特性的氧化锌纳米棒阵列结构、硫化镉纳米棒阵列结构或氧化钛纳米棒阵列结构，同时得到具有各向异性浸润特性结构的基底芯片。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是：所述的纳米棒阵列结构中的纳米棒的长度在100μm到1μm之间，纳米棒的直径在25nm到5μm之间；纳米棒与纳米棒之间的间距在20nm到10μm之间。

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