CN111379767A - 一种用于无落差定向输运液体的表面结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无落差定向输运液体的表面结构，包括在物体表面制备若干的横截面为水滴形状的凸起，所述凸起呈阵列式排列，所述凸起的箭头方向均向一侧排列，所述物体表面未制备所述凸起的部分制备均匀间隔排列的若干凸包或凹坑结构，所述凸起的表面呈疏水性，所述物体表面未制备所述凸起的部分呈超疏水性。本发明通过不同区域疏水性的差异及特殊的水滴形状使液体实现无落差定向输运，制备方法简单，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种定向输运液体的表面结构，特别是涉及一种用于无落差定向输运液体的表面结构。
背景技术
对液体进行定向的输运通常依赖液体本身的重力或者对液体施加一定的压力，这就要求运输液体时需要有一定的高度差，或者额外添加增压设备。因此需要足够的空间来满足高度差的形成，这限制了微小空间内液体的输送，同样的采用增压设备一方面增加了空间占用同时还会增加成本。在很多特殊的场景中，空间不足或者加压设备难以使用的情形下会显著的提高液体运输的难度和成本，造成极大的浪费。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种用于无落差定向输运液体的表面结构，解决无落差环境下不采用外部加压进行液体定向输运的问题。
本发明的技术方案是这样的：一种用于无落差定向输运液体的表面结构，包括在物体表面制备若干的横截面为水滴形状的凸起，所述凸起呈阵列式排列，所述凸起的箭头方向均向一侧排列，所述物体表面未制备所述凸起的部分制备均匀间隔排列的若干凸包或凹坑结构，所述凸起的表面呈疏水性，所述物体表面未制备所述凸起的部分呈超疏水性。
优选的，所述水滴形状的圆形底部直径1～5毫米，三角顶部的顶角角度15～90度，所述凸起与相邻的所述凸起的间距为0.5～3毫米，所述凸起的高度小于1毫米。
优选的，所述水滴形状的圆形底部直径2～4毫米，三角顶部的顶角角度30～60度，所述凸起与相邻的所述凸起的间距为0.5～2毫米。
优选的，所述凸包的直径为100～800微米，所述凸包的高度为20～800微米，所述凸包的间距为150～800微米。
优选的，所述凹坑的直径为100～800微米，所述凹坑的深度为20～800微米，所述凹坑的间距为150～800微米。
当液滴滴落在本发明的表面结构上，由于超疏水区域对液滴的排斥作用，液滴会聚集在疏水区域。随着液滴不断累积，水滴形状凸起的圆形位置液滴会向外凸起，三角形位置的液滴由于外侧超疏水区域的空气膜压力会向内收缩。当圆形位置的液滴凸起到一定程度，液滴会碰触到另一个微结构的三角形位置，液滴就定向的向另一个微结构移动。随着液滴的进一步累积，液滴继续向下一个微结构流动，最终实现无落差的情况下定向输运液体。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)通过表面结构的制备实现了液滴的无落差定向流动驱动，不需要额外驱动设备；
(2)本发明既可作为平面产品的表面结构用于液滴或小流量水流的定向输运，也可作为管道产品内壁的表面结构用于大流量的水流运输，应用范围广。
(3)可制备于现有技术的疏水材料表面，制备方法工艺简单，成本低，仅涉及材料表面的物理加工，不需要引入其他化学物质。
附图说明
图1为具有水滴形状的凸起结构的物体表面俯视示意图。
图2为具有水滴形状的凸起结构的物体表面剖视示意图。
图3为超疏水性区域凸包结构示意图。
图4为超疏水性区域凹坑结构示意图。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
用于无落差定向输运液体的表面结构的制备方法如下：
(1)、疏水区域制备：在石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜表面制备如图1所示的疏水区域，疏水区域包括若干的横截面为水滴形状的凸起1，请结合图2，凸起1呈阵列式排列，凸起1的箭头方向均向一侧排列，凸起1的水滴形状的圆形底部直径2R为1毫米，三角顶部的顶角角度α为15度，凸起1横向间距D1为0.5毫米，纵向间距D2为0.5毫米，凸起1的高度小于1毫米；
(2)、超疏水区域制备：用激光在材料表面未制备凸起1的部分制备均匀间隔排列的若干凸包2a形成超疏水区域2，凸包2a如图3所示，凸包2a的直径为200微米，凸包2a的高度为100微米，凸包2a的间距L为300微米；
(3)、超声清洗：用超声波对材料表面进行清洗。用水滴做测试，该薄膜表面可以实现水滴的定向输运，但是有较小的概率水滴会向反方向移动，总体定向输运方向的移动距离远大于反方向的移动距离。
实施例2
用于无落差定向输运液体的表面结构的制备方法如下：
(1)、疏水区域制备：在石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜表面制备如图1所示的疏水区域，疏水区域包括若干的横截面为水滴形状的凸起1，请结合图2，凸起1呈阵列式排列，凸起1的箭头方向均向一侧排列，凸起1的水滴形状的圆形底部直径2R为2毫米，三角顶部的顶角角度α为30度，凸起1横向间距D1为0.5毫米，纵向间距D2为0.5毫米，凸起1的高度小于1毫米；
(2)、超疏水区域制备：用激光在材料表面未制备凸起1的部分制备均匀间隔排列的若干凸包2a形成超疏水区域2，凸包2a如图3所示，凸包2a的直径为200微米，凸包2a的高度为100微米，凸包2a的间距L为300微米；
(3)、超声清洗：用超声波对材料表面进行清洗。用水滴做测试，该薄膜表面可以实现水滴的定向输运，测试中水滴未向反方向移动。
实施例3
用于无落差定向输运液体的表面结构的制备方法如下：
(1)、疏水区域制备：在石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜表面制备如图1所示的疏水区域，疏水区域包括若干的横截面为水滴形状的凸起1，请结合图2，凸起1呈阵列式排列，凸起1的箭头方向均向一侧排列，凸起1的水滴形状的圆形底部直径2R为3毫米，三角顶部的顶角角度α为60度，凸起1横向间距D1为1毫米，纵向间距D2为1毫米，凸起1的高度小于1毫米；
(2)、超疏水区域制备：用激光在材料表面未制备凸起1的部分制备均匀间隔排列的若干凸包2a形成超疏水区域2，凸包2a如图3所示，凸包2a的直径为240微米，凸包2a的高度为200微米，凸包2a的间距L为300微米；
(3)、超声清洗：用超声波对材料表面进行清洗。用水滴做测试，该薄膜表面可以实现水滴的定向输运，测试中水滴未向反方向移动。将薄膜卷成半圆形管道，可实现大流量的水滴定向输运。
实施例4
用于无落差定向输运液体的表面结构的制备方法如下：
(1)、疏水区域制备：在石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜表面制备如图1所示的疏水区域，疏水区域包括若干的横截面为水滴形状的凸起1，请结合图2，凸起1呈阵列式排列，凸起1的箭头方向均向一侧排列，凸起1的水滴形状的圆形底部直径2R为4毫米，三角顶部的顶角角度α为45度，凸起1横向间距D1为1.5毫米，纵向间距D2为1.5毫米，凸起1的高度小于1毫米；
(2)、超疏水区域制备：用激光在材料表面未制备凸起1的部分制备均匀间隔排列的若干凹坑2b形成超疏水区域2，凹坑2b如图4所示，凹坑2b的直径为100微米，凹坑2b的深度为200微米，凹坑2b的间距L为150微米；
(3)、超声清洗：用超声波对材料表面进行清洗。用水滴做测试，该薄膜表面可以实现水滴的定向输运，测试中水滴未向反方向移动。将薄膜卷成半圆形管道，可实现大流量的水滴定向输运。
实施例5
用于无落差定向输运液体的表面结构的制备方法如下：
(1)、疏水区域制备：在石墨烯-聚二甲基硅氧烷薄膜表面制备如图1所示的疏水区域，疏水区域包括若干的横截面为水滴形状的凸起1，请结合图2，凸起1呈阵列式排列，凸起1的箭头方向均向一侧排列，凸起1的水滴形状的圆形底部直径2R为5毫米，三角顶部的顶角角度α为90度，凸起1横向间距D1为3毫米，纵向间距D2为3毫米，凸起1的高度小于1毫米；
(2)、超疏水区域制备：用激光在材料表面未制备凸起1的部分制备均匀间隔排列的若干凹坑2b形成超疏水区域2，凹坑2b如图4所示，凹坑2b的直径为800微米，凹坑2b的深度为800微米，凹坑2b的间距L为800微米；
(3)、超声清洗：用超声波对材料表面进行清洗。用水滴做测试，该薄膜表面可以实现水滴的定向输运，但是有较小的概率水滴会向反方向移动，总体定向输运方向的移动距离远大于反方向的移动距离。
实施例6
用于无落差定向输运液体的表面结构的制备方法如下：
(1)、疏水区域制备：分别在铝合金、镁合金、不锈钢、玻璃表面制备如图1所示的疏水区域，疏水区域包括若干的横截面为水滴形状的凸起1，请结合图2，凸起1呈阵列式排列，凸起1的箭头方向均向一侧排列，凸起1的水滴形状的圆形底部直径2R为4毫米，三角顶部的顶角角度α为30度，凸起1横向间距D1为2毫米，纵向间距D2为2毫米，凸起1的高度小于1毫米；
(2)、超疏水区域制备：用激光在材料表面未制备凸起1的部分制备均匀间隔排列的若干凹坑2b形成超疏水区域2，凹坑2b如图4所示，凹坑2b的直径为500微米，凹坑2b的深度为400微米，凹坑2b的间距L为600微米；
(3)、超声清洗：用超声波对材料表面进行清洗，分别用硬脂酸、月桂酸，氟硅烷、硅烷偶联剂对材料表面进行修饰。用水滴做测试，铝合金、镁合金、不锈钢、玻璃表面均可以实现水滴的定向输运，测试中水滴未向反方向移动。
Claims (5)
1.一种用于无落差定向输运液体的表面结构，其特征在于，包括在物体表面制备若干的横截面为水滴形状的凸起，所述凸起呈阵列式排列，所述凸起的箭头方向均向一侧排列，所述物体表面未制备所述凸起的部分制备均匀间隔排列的若干凸包或凹坑结构，所述凸起的表面呈疏水性，所述物体表面未制备所述凸起的部分呈超疏水性。
2.根据权利要求1所述的用于无落差定向输运液体的表面结构，其特征在于，所述水滴形状的圆形底部直径1～5毫米，三角顶部的顶角角度15～90度，所述凸起与相邻的所述凸起的间距为0.5～3毫米，所述凸起的高度小于1毫米。
3.根据权利要求2所述的用于无落差定向输运液体的表面结构，其特征在于，所述水滴形状的圆形底部直径2～4毫米，三角顶部的顶角角度30～60度，所述凸起与相邻的所述凸起的间距为0.5～2毫米。
4.根据权利要求1所述的用于无落差定向输运液体的表面结构，其特征在于，所述凸包的直径为100～800微米，所述凸包的高度为20～800微米，所述凸包的间距为150～800微米。
5.根据权利要求1所述的用于无落差定向输运液体的表面结构，其特征在于，所述凹坑的直径为100～800微米，所述凹坑的深度为20～800微米，所述凹坑的间距为150～800微米。
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