CN108659794B - 电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件及其制备方法 - Google Patents

电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底，电极以及框架；基底包括介电弹性材料和疏水微纳米结构；疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面；电极为石墨电极膏涂覆于基底正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且基底正反两面的“回”字状电极通过导线连接外接电路；基底四周固定于框架上。并公开了其制备方法。将疏水微纳米结构与介电弹性材料相结合，通过电场来控制介电弹性材料发生形变，进而影响粘附于介电弹性材料表面的疏水微纳米结构间距，改变液体在表面浸润性和运动情况。本发明通过电场实现表面液体的可控运输，操作简便，响应速度快，可逆性好，具有广阔的应用前景。

Description

电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及外场及结构驱动液体运动领域，更具体的说是涉及一种电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件、制备方法及应用。
背景技术
现有的基于超疏水性质的液体输运材料在液体的可控输运、防雾防冰、制备微反应器等领域具有广阔的应用前景。超疏水材料通常通过在疏水表面上构筑微纳米结构增加表面的疏水性；已有研究表明机械拉伸作用可以改变超疏水材料柔性基底上微纳米结构之间的距离，进而改变表面的粘附性和液体在表面上的浸润性，控制液体的“停留”与“释放”，继而应用于液体输运。
然而，目前对柔性基底的机械拉伸的控制方法耗时费力，灵活性差，可控性差，可逆性差，无法与实际应用相结合。而目前对于电浸润的研究主要是通过在液滴与电极之间施加电场来实现液滴在疏水亲水之间的转换，难以实现亲疏水的可逆控制，更不能实现对液滴的可控捕捉和释放。
因此，如何提供一种使用方便、可控性强的表面液体操控材料及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件及其制备方法，将电场响应微纳米材料的微纳米结构与其对电场的智能响应性相结合，完成表面液体可控输运。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底，电极以及框架；
所述基底包括介电弹性材料和疏水微纳米结构；所述疏水微纳米结构粘附于所述介电弹性材料表面；所述电极为石墨电极膏涂覆于所述基底正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且所述基底正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带连接外接电路；所述基底四周固定于所述框架上。
本发明将疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面形成基底，并在基底上涂覆石墨电极膏形成“回”字状电极；如图1所示，当电压施加到“回”字状电极上时，涂覆电极区域的介电弹性材料分子被诱导沿着电场定向排列，正电荷和负电荷的吸引力会对介电弹性材料产生压力，被称为Maxwell应力；当Maxwell应力强到足以压倒介电弹性材料的机械刚度(或模量)时，介电弹性材料在电极平面内膨胀，介电弹性材料的厚度减小并且其表面积增加，此变化仅在涂有电极的范围发生；因此，在基底四周固定于框架的基础上，介电弹性材料涂覆电极区域的表面积变化引起未涂覆电极区域表面积变化，使得粘附于介电弹性材料表面的疏水微纳米结构间距发生变化，进而改变液体在基底表面的接触角，以达到控制表面浸润性或控制表面液体输运的目的。
优选地，所述介电弹性材料选自聚丙烯酸酯类弹性体、聚氨酯、聚氨酯复合材料、硅橡胶或硅橡胶复合材料中的任意一种。
进一步优选地，所述介电弹性体选用道康宁VHB 9473 3M胶带，其模量随温度变化较小，应变响应快，没有预拉伸的情况下厚度为0.24mm，预拉伸2*2倍后厚度为0.13mm，预拉伸3*3倍后厚度为0.1mm。
优选地，所述疏水微纳米结构粒径为20nm-10μm；若粒径太小容易出现团聚情况；粒径太大影响其疏水性，也不易粘附于基底之上。
进一步优选地，所述疏水微纳米结构粒径为20nm-60nm.
优选地，所述疏水微纳米结构为修饰有全氟癸基三甲氧基硅烷的微纳米颗粒；所述微纳米颗粒选自纳米TiO2、纳米Fe3O4或聚苯乙烯球中的任意一种。
如上所述电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将全氟癸基三甲氧基硅烷修饰于所述微纳米颗粒上，形成疏水微纳米结构；
(2)将所述疏水微纳米结构均匀铺在所述介电弹性材料表面，疏水微纳米结构用量约为0.01mg/cm2，所述疏水微纳米结构粘附于所述介电弹性材料表面，形成具有微纳米结构的基底；
(3)对所述基底进行预拉伸，并且于预拉伸状态下将所述基底四周固定于所述框架上；在所述基底正反两面相对应的位置涂上石墨电极膏，形成“回”字状电极；
(4)使用石墨电极膏分别将所述基底正反两面的“回”字状电极与导电铜胶带相连接，将导电铜胶带接入外接电路。用石墨电极膏连接导电铜胶带可避免导电铜胶带直接粘接在“回”字状电极上可能造成的基底形变或由基底形变所造成的接触不良。
优选地，全氟癸基三甲氧基硅烷通过蒸汽法或溶液浸泡法修饰于所述微纳米颗粒上。
优选地，所述蒸汽法具体步骤为：在直径为16cm的表面皿中均匀铺一层微纳米颗粒，约0.4mg，并在表面皿中间放一块玻璃片，玻璃片上滴加2～3滴全氟癸基三甲氧基硅烷；将表面皿密封，置于加热板上80-100℃加热8小时，即得疏水微纳米结构。
利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制的方法，包括以下步骤：
(A)将上述制备方法制得的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大；
(B)撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小。
优选地，所述步骤(A)中连通电压后水滴在基底上的接触角为150°-159°；
所述步骤(B)中撤掉电压后水滴在基底上的接触角为135°-142°。
利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运的方法，包括以下步骤：
(a)将上述制备方法制得的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件倾斜放置；
(b)通过电压大小控制水滴运动：
连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大，水滴在基底上滚动；
撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小，疏水颗粒之间存在的空气压力无法克服水滴的重力，因此水滴会与基底接触，粘附于基底上，导致水滴无法滚动。
优选地，所述基底倾斜角度越大，需施加的电压越大。
如上所述利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运的方法在表面液体的可控输运、防雾防冰或制备微反应器中的应用。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件及其制备方法，将疏水微纳米结构与介电弹性材料相结合，通过电场来控制介电弹性材料发生形变，进而影响粘附于介电弹性材料表面的疏水微纳米结构间距，改变液体在表面浸润性和运动情况。本发明通过电场实现表面液体的可控运输，操作简便，响应速度快，可逆性好，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为施加电压前后介电弹性材料分子变化；其中图(a)未施加电压，图(b)施加电压。
图2附图为本发明提供的结构示意图；其中，1.基底；2.电极；3.框架；4.介电弹性材料；5.疏水微纳米结构；6.导电铜胶带。
图3附图为疏水微纳米结构在不同拉伸程度基底上的分布情况，以及液滴在基底上的接触角。
图4附图为液滴在基底上接触角的可逆变化。
图5附图为施加电压后涂覆电极区域基底面积变化。
图6附图为液滴在倾斜基底上的运动情况。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图2所示，电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底1，电极2以及框架3；基底1包括介电弹性材料4和疏水微纳米结构5；疏水微纳米结构5粘附于介电弹性材料4表面；电极2为石墨电极膏涂覆于基底1正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且基底1正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带6连接外接电路；基底1四周固定于框架3上。
框架3为亚克力框架。
介电弹性体4选用道康宁VHB 9473 3M胶带，厚度为0.24mm。
疏水微纳米结构5为修饰有全氟癸基三甲氧基硅烷的纳米TiO2，粒径为25nm。
对基底进行拉伸试验，并以未粘附疏水微纳米结构的介电弹性材料作为对照；如图3所示，由于介电弹性材料粘度较强，因此，在未粘附疏水微纳米结构的介电弹性材料上，水滴的接触角为91°；在未拉伸的基底上，水滴的接触角为156°，随着拉伸程度的增加，水滴的接触角逐渐减小，当9*9倍拉伸时，水滴的接触角达97°。
进一步地，先逐渐增加基底拉伸倍数再逐渐缩小拉伸倍数，如图4所示，水滴的接触角呈现可逆性变化，可逆性较好。
上述电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将全氟癸基三甲氧基硅烷通过蒸汽法或溶液浸泡法修饰于微纳米颗粒上，形成疏水微纳米结构；
(2)将疏水微纳米结构均匀铺在介电弹性材料表面，疏水微纳米结构用量约为0.01mg/cm2，疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面，形成具有微纳米结构的基底。
(3)对基底进行2*2倍预拉伸，并且于预拉伸状态下将基底四周固定于框架上；在基底正反两面相对应的位置涂上石墨电极膏，形成“回”字状电极。
(4)使用石墨电极膏分别将基底正反两面的“回”字状电极与导电铜胶带相连接，将导电铜胶带接入外接电路。
利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制，包括以下步骤：
(A)上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件连通电压，如图5所示，当施加的电压为1KV时，基底开始出现变形，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大；当疏水微纳米结构之间距离小于44μm时，水滴可实现滚动；
(B)撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小；当疏水微纳米结构之间距离大于44μm时，水滴无法在该表面实现滚动。
进一步地，利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运，包括以下步骤：
(a)将上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件倾斜0.64°、1.27°、1.91°、2.64°、3.18°、3.82°、4.46°、5.51°放置。
(b)通过电压大小控制水滴运动：
如图6所示，连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，即呈现低倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大，水滴在基底上滚动。
撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，即呈现高倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小，水滴粘附于基底上。
基底倾斜角度越大，使水滴开始滚动所需施加的电压越大。
上述电场响应微纳米材料及方法可应用于表面液体的可控输运、防雾防冰或制备微反应器。
实施例2
电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底1，电极2以及框架3；基底1包括介电弹性材料4和疏水微纳米结构5；疏水微纳米结构5粘附于介电弹性材料4表面；电极2为石墨电极膏涂覆于基底1正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且基底1正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带6连接外接电路；基底1四周固定于框架3上。
框架3为亚克力框架。
介电弹性体4选用道康宁VHB 9473 3M胶带，厚度为0.24mm。
疏水微纳米结构5为修饰有全氟癸基三甲氧基硅烷的纳米TiO2，粒径为25nm。
上述电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将全氟癸基三甲氧基硅烷通过蒸汽法或溶液浸泡法修饰于微纳米颗粒上，形成疏水微纳米结构；
(2)将疏水微纳米结构均匀铺在介电弹性材料表面，疏水微纳米结构用量约为0.01mg/cm2，疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面，形成具有微纳米结构的基底。
(3)对基底进行3*3倍预拉伸，并且于预拉伸状态下将基底四周固定于框架上；在基底正反两面相对应的位置涂上石墨电极膏，形成“回”字状电极。
(4)使用石墨电极膏分别将基底正反两面的“回”字状电极与导电铜胶带相连接，将导电铜胶带接入外接电路。
利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制，包括以下步骤：
(A)上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件连通电压，当施加的电压为0.5KV时，基底开始出现变形，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大；当疏水微纳米结构之间距离小于44μm时，水滴可实现滚动；
(B)撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小；当疏水微纳米结构之间距离大于44μm时，水滴无法在该表面实现滚动。
进一步地，利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运，包括以下步骤：
(a)将上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件倾斜0.64°、1.27°、1.91°、2.64°、3.18°、3.82°、4.46°、5.51°放置；
(b)通过电压大小控制水滴运动：
连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，即呈现低倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大，水滴在基底上滚动。
撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，即呈现高倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小，水滴粘附于基底上。基底倾斜角度越大，使水滴开始滚动所需施加的电压越大。
重新施加电压，水滴又会滚落，若表面足够长，则可以随时通过电场来控制液滴的运动。
上述电场响应微纳米材料及方法可应用于表面液体的可控输运、防雾防冰或制备微反应器。
进一步地，由于预拉伸为2*2倍时，形变范围加大，电压也较好控制，因此以下实施例均采用2*2倍预拉伸。
实施例3
电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底1，电极2以及框架3；基底1包括介电弹性材料4和疏水微纳米结构5；疏水微纳米结构5粘附于介电弹性材料4表面；电极2为石墨电极膏涂覆于基底1正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且基底1正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带6连接外接电路；基底1四周固定于框架3上。
框架3为亚克力框架。
介电弹性体4选用道康宁VHB 9473 3M胶带，厚度为0.24mm。
疏水微纳米结构5为修饰有全氟癸基三甲氧基硅烷的Fe3O4颗粒，粒径20nm。
上述电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将全氟癸基三甲氧基硅烷通过蒸汽法或溶液浸泡法修饰于微纳米颗粒上，形成疏水微纳米结构；
(2)将疏水微纳米结构均匀铺在介电弹性材料表面，疏水微纳米结构用量约为0.01mg/cm2，疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面，形成具有微纳米结构的基底。
(3)对基底进行2*2倍预拉伸，并且于预拉伸状态下将基底四周固定于框架上；在基底正反两面相对应的位置涂上石墨电极膏，形成“回”字状电极。
(4)使用石墨电极膏分别将基底正反两面的“回”字状电极与导电铜胶带相连接，将导电铜胶带接入外接电路。
利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制，包括以下步骤：
(A)上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件连通电压，当施加的电压为1KV时，基底开始出现变形，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大；当疏水微纳米结构之间距离小于44μm时，水滴可实现滚动；
(B)撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小；当疏水微纳米结构之间距离大于44μm时，水滴无法在该表面实现滚动。
进一步地，利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运，包括以下步骤：
(a)将上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件倾斜0.64°、1.27°、1.91°、2.64°、3.18°、3.82°、4.46°、5.51°放置；
(b)通过电压大小控制水滴运动：
连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，即呈现低倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大，水滴在基底上滚动。
撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，即呈现高倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小，水滴粘附于基底上。基底倾斜角度越大，使水滴开始滚动所需施加的电压越大。
重新施加电压，水滴又会滚落，若表面足够长，则可以随时通过电场来控制液滴的运动。
上述电场响应微纳米材料及方法可应用于表面液体的可控输运、防雾防冰或制备微反应器。
实施例4
电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底1，电极2以及框架3；基底1包括介电弹性材料4和疏水微纳米结构5；疏水微纳米结构5粘附于介电弹性材料4表面；电极2为石墨电极膏涂覆于基底1正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且基底1正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带6连接外接电路；基底1四周固定于框架3上。
框架3为亚克力框架。
介电弹性体4选用VHB 9473 3M胶带，厚度为0.24mm。
疏水微纳米结构5为修饰有全氟癸基三甲氧基硅烷的Fe3O4颗粒，粒径40nm。
上述电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将全氟癸基三甲氧基硅烷通过蒸汽法或溶液浸泡法修饰于微纳米颗粒上，形成疏水微纳米结构；
(2)将疏水微纳米结构均匀铺在介电弹性材料表面，疏水微纳米结构用量约为0.01mg/cm2，疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面，形成具有微纳米结构的基底。
(3)对基底进行2*2倍预拉伸，并且于预拉伸状态下将基底四周固定于框架上；在基底正反两面相对应的位置涂上石墨电极膏，形成“回”字状电极。
(4)使用石墨电极膏分别将基底正反两面的“回”字状电极与导电铜胶带相连接，将导电铜胶带接入外接电路。
利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制，包括以下步骤：
(A)上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件连通电压，当施加的电压为1KV时，基底开始出现变形，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大；当疏水微纳米结构之间距离小于47μm时，水滴可实现滚动；
(B)撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小；当疏水微纳米结构之间距离大于47μm时，水滴无法在该表面实现滚动。
进一步地，利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运，包括以下步骤：
(a)将上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件倾斜0.64°、1.27°、1.91°、2.64°、3.18°、3.82°、4.46°、5.51°放置；
(b)通过电压大小控制水滴运动：
连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，即呈现低倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大，水滴在基底上滚动。
撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，即呈现高倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小，水滴粘附于基底上。基底倾斜角度越大，使水滴开始滚动所需施加的电压越大。
重新施加电压，水滴又会滚落，若表面足够长，则可以随时通过电场来控制液滴的运动。
上述电场响应微纳米材料及方法可应用于表面液体的可控输运、防雾防冰或制备微反应器。
实施例5
电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底1，电极2以及框架3；基底1包括介电弹性材料4和疏水微纳米结构5；疏水微纳米结构5粘附于介电弹性材料4表面；电极2为石墨电极膏涂覆于基底1正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且基底1正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带6连接外接电路；基底1四周固定于框架3上。
框架3为亚克力框架。
介电弹性体4选用VHB 9473 3M胶带，厚度为0.24mm。
疏水微纳米结构5为修饰有全氟癸基三甲氧基硅烷的Fe3O4颗粒，粒径60nm。
上述电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将全氟癸基三甲氧基硅烷通过蒸汽法或溶液浸泡法修饰于微纳米颗粒上，形成疏水微纳米结构；
(2)将疏水微纳米结构均匀铺在介电弹性材料表面，疏水微纳米结构用量约为0.01mg/cm2，疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面，形成具有微纳米结构的基底。
(3)对基底进行2*2倍预拉伸，并且于预拉伸状态下将基底四周固定于框架上；在基底正反两面相对应的位置涂上石墨电极膏，形成“回”字状电极。
(4)使用石墨电极膏分别将基底正反两面的“回”字状电极与导电铜胶带相连接，将导电铜胶带接入外接电路。
利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制，包括以下步骤：
(A)上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件连通电压，当施加的电压为1KV时，基底开始出现变形，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大；当疏水微纳米结构之间距离小于52μm时，水滴可实现滚动；
(B)撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小；当疏水微纳米结构之间距离大于52μm时，水滴无法在该表面实现滚动。
进一步地，利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运，包括以下步骤：
(a)将上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件倾斜0.64°、1.27°、1.91°、2.64°、3.18°、3.82°、4.46°、5.51°放置；
(b)通过电压大小控制水滴运动：
连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，即呈现低倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大，水滴在基底上滚动。
撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，即呈现高倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小，水滴粘附于基底上。基底倾斜角度越大，使水滴开始滚动所需施加的电压越大。
重新施加电压，水滴又会滚落，若表面足够长，则可以随时通过电场来控制液滴的运动。
上述电场响应微纳米材料及方法可应用于表面液体的可控输运、防雾防冰或制备微反应器。
实施例6
电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，包括具有微纳米结构的基底1，电极2以及框架3；基底1包括介电弹性材料4和疏水微纳米结构5；疏水微纳米结构5粘附于介电弹性材料4表面；电极2为石墨电极膏涂覆于基底1正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且基底1正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带6连接外接电路；基底1四周固定于框架3上。
框架3为亚克力框架。
介电弹性体4选用VHB 9473 3M胶带，厚度为0.24mm。
疏水微纳米结构5为修饰有全氟癸基三甲氧基硅烷的纳米聚苯乙烯球，粒径为270nm。
上述电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将全氟癸基三甲氧基硅烷通过蒸汽法或溶液浸泡法修饰于微纳米颗粒上，形成疏水微纳米结构；
(2)将疏水微纳米结构均匀铺在介电弹性材料表面，疏水微纳米结构用量约为0.01mg/cm2，疏水微纳米结构粘附于介电弹性材料表面，形成具有微纳米结构的基底。
(3)对基底进行2*2倍预拉伸，并且于预拉伸状态下将基底四周固定于框架上；在基底正反两面相对应的位置涂上石墨电极膏，形成“回”字状电极。
(4)使用石墨电极膏分别将基底正反两面的“回”字状电极与导电铜胶带相连接，将导电铜胶带接入外接电路。
利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制，包括以下步骤：
(A)上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件连通电压，当施加的电压为1KV时，基底开始出现变形，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大；当疏水微纳米结构之间距离小于1.28μm时，水滴可实现滚动；
(B)撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小；当疏水微纳米结构之间距离大于1.28μm时，水滴无法在该表面实现滚动。
进一步地，利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运，包括以下步骤：
(a)将上述步骤(4)制备得到的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件倾斜0.64°、1.27°、1.91°、2.64°、3.18°、3.82°、4.46°、5.51°放置；
(b)通过电压大小控制水滴运动：
连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，即呈现低倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大，水滴在基底上滚动。
撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，即呈现高倍拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小，水滴粘附于基底上。基底倾斜角度越大，使水滴开始滚动所需施加的电压越大。
重新施加电压，水滴又会滚落，若表面足够长，则可以随时通过电场来控制液滴的运动。
上述电场响应微纳米材料及方法可应用于表面液体的可控输运、防雾防冰或制备微反应器。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，其特征在于，包括具有微纳米结构的基底，电极以及框架；
所述基底包括介电弹性材料和疏水微纳米结构；所述疏水微纳米结构粘附于所述介电弹性材料表面；所述疏水微纳米结构为粒径20nm-10μm的微纳米颗粒；
所述电极为石墨电极膏涂覆于所述基底正反两面所形成的正反两面相对应的“回”字状电极；并且所述基底正反两面的“回”字状电极通过导电铜胶带连接外接电路；
所述基底四周固定于所述框架上。
2.根据权利要求1所述的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，其特征在于，所述介电弹性材料选自聚丙烯酸酯类弹性体、聚氨酯、聚氨酯复合材料、硅橡胶或硅橡胶复合材料中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件，其特征在于，所述疏水微纳米结构为修饰有全氟癸基三甲氧基硅烷的微纳米颗粒；所述微纳米颗粒选自纳米TiO2、纳米Fe3O4或聚苯乙烯球中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将全氟癸基三甲氧基硅烷修饰于所述微纳米颗粒上，形成疏水微纳米结构；
(2)将所述疏水微纳米结构粘附于所述介电弹性材料表面，形成具有微纳米结构的基底；
(3)对所述基底进行预拉伸，并且于预拉伸状态下将所述基底四周固定于所述框架上；在所述基底正反两面相对应的位置涂上石墨电极膏，形成“回”字状电极；
(4)使用石墨电极膏分别将所述基底正反两面的“回”字状电极与导电铜胶带相连接，将导电铜胶带接入外接电路。
5.利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A)将权利要求4中制备的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大；
(B)撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小。
6.根据权利要求5所述的利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面浸润性控制的方法，其特征在于，
所述步骤(A)中连通电压后水滴在基底上的接触角为150°-159°；
所述步骤(B)中撤掉电压后水滴在基底上的接触角为135°-142°。
7.利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将权利要求4中制备的电场响应微纳米材料控制表面浸润性的器件倾斜放置；
(b)通过电压大小控制水滴运动：
连通电压，基底上涂有“回”字状电极的部分被拉伸，基底中央未涂有“回”字状电极的部分收缩，疏水微纳米结构之间距离减小，水滴在基底上的接触角增大，水滴在基底上滚动；
撤掉电压，基底上涂有“回”字状电极的部分收缩，基底中央未涂有“回”字状电极的部分被拉伸，疏水微纳米结构之间距离增大，水滴在基底上的接触角减小，水滴粘附于基底上。
8.根据权利要求7所述的利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运的方法，其特征在于，所述基底倾斜角度越大，需施加的电压越大。
9.根据权利要求7或8所述的利用电场对电场响应微纳米材料表面结构进行表面液体可控输运的方法在表面液体的可控输运、防雾防冰或制备微反应器中的应用。
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