CN111521665A - 一种调控液滴带电量和带电性质的方法 - Google Patents

一种调控液滴带电量和带电性质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种调控液滴带电量和带电性质的方法。该方法包括以下步骤：(1)在经预处理后的基材表面沉积碳层；(2)继续在碳层上沉积二氧化硅后氟化，得超双疏基材；(3)然后使液滴滴落至超双疏基材表面，即可调整液滴的带电量和带电性质。本发明提供了一种无需外部能量输入、低成本、易操作且能精确调控液滴带电量和带电种类的方法。解决了现有的液滴充电方法中需要使用高压电源充电、操作复杂或难以精确控制液滴带电量和带电种类的问题。

Description

一种调控液滴带电量和带电性质的方法
技术领域
本发明属于带电液体调节技术领域，具体涉及一种调控液滴带电量和带电性质的方法。
背景技术
带电液滴因其在工业和生活中的广泛应用而受到广泛关注，包括在金属离子还原、电喷雾电离技术、喷墨打印、材料制造(如制备纳米颗粒、高分子复合材料)和生物医学等领域。微纳米尺寸封装技术就是利用电喷雾产生单分散水滴，该技术对食品添加剂的包封、靶向给药、特殊材料加工等技术领域尤为重要。
目前，利用外电源对液滴进行充电的方法有：施加外电场对液滴进行的充电；施加压力对流经硅胶通道的液滴进行充电；施加超压(～100KPa)驱动液滴通过微孔充电等。其他一些不需要额外动力和设备的方法也得到了发展，如从微管中滴出液滴，使液滴与管壁摩擦进行充电；将液滴流经L形通道或利用水的重力能使液滴通过圆柱管摩擦带电。
因此，现有使液滴带电的技术要么需要外加高压电源，成本较高，要么无法精准控制液滴带电量以及带电种类。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种调控液滴带电量和带电性质的方法，提供了一种无需外部能量输入、低成本、易操作且能精确调控液滴带电量和带电种类的方法。解决了现有的液滴充电方法中需要使用高压电源充电、操作复杂或难以精确控制液滴带电量和带电种类的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种调控液滴带电量和带电性质的方法，包括以下步骤：
(1)在经预处理后的基材表面沉积碳层；
(2)继续在碳层上沉积二氧化硅，并于500～600℃烧结2～5h后氟化2～5h，得超双疏基材；
(3)然后使液滴滴落至超双疏基材表面，即可调整液滴的带电量和带电性质。
进一步地，使液滴带正电荷的过程为：
消除超双疏基材静电后，液滴在基材表面正上方1～10cm处滴落，撞击在超双疏基材上，即可调整该液滴所带的正电荷量；所述液滴滴落高度越高，其所带电量就越大。
进一步地，使液滴带正电荷的过程为：消除超双疏基材静电后，使液滴在超双疏基材上滚动或滑动，即可调整该液滴所带的正电荷量；液滴在超双疏基材上滚动或滑动的距离越远，其所带电量越大。
进一步地，使液滴带正电荷的过程为：
用1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷氟化玻璃片2～4h，得双疏基材，然后消除双疏基材静电，使液滴在双疏基材上滚动或滑动，即可调整该液滴所带的正电荷量；液滴在双疏基材上滚动或滑动的距离越远，其所带电量越大。
进一步地，使液滴带负电荷的过程为：
消除超双疏基材静电，使液滴从基材表面正上方撞击基材至少10次，即可使该基材带负电，然后使基材贴近于装有溶液的容器的上半部分，两者之间的间距保持恒定，吸引容器中上半部分液滴带正电，使下半部分挤出的液滴带负电，通过调节液滴撞击基材的次数即可调节基材所带负电量，从而使容器下半部分滴出的液滴带负电荷并调整其带电量。
进一步地，超双疏基材所带的负电荷随撞击次数的增加而增加；液滴带负电荷随所述超双疏基材所带负电荷的增加而增加。
进一步地，使液滴带负电荷的过程为：
消除超双疏基材静电，液滴撞击超双疏基材，并使超双疏基材带负电，然后通过调节超双疏基材与容器的上半部分之间的距离，吸引容器中上半部分液滴带正电，使下半部分挤出的液滴带负电，从而即可调节溶液下半部分滴出的液滴带负电。
进一步地，液滴所带负电荷量随超双疏基材与容器之间的距离的增大而减小。
进一步地，超双疏基材与容器之间的距离为横向间距或纵向间距。
进一步地，用于测量液滴电量的装置为法拉第杯。
本发明的有益效果为：
本发明能够根据液滴滴落高度、滴落次数、滑动距离等有效的控制液滴所带电量，并能控制液滴带电性质。供了一种无需外部能量输入、低成本、易操作且能精确调控液滴带电量和带电种类的方法。
附图说明
图1为液滴产生正电荷的过程；
图2为液滴产生负电荷的过程；
图3为超双疏基板的表面电位随着液滴撞击次数的关系。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种调控液滴带电量和带电性质的方法，包括以下步骤：
(1)清洗厚度为170μm的玻璃片，并将其放置于蜡烛火焰上积累碳颗粒，直至其均匀沉积到玻璃片上；
(2)将4mL原硅酸四乙酯和4mL氨水分别移入两个小烧杯，并将两个烧杯与玻璃片放入密闭的干燥器中，抽真空至-0.1Mpa，并进行24小时化学气相沉积，生成SiO2。将玻璃片使用马弗炉在520℃下烧结2小时，得到透明二氧化硅层并保持其原有的微纳米结构，即超双疏基材。
(3)将注射器置于可编程的注射泵(Pump 11Elite,Harvard)上，将针头固定在升降可调的铁架台上，针头位置处于超双疏基材正上方，然后用法拉第杯测量滴落在超双疏基材上然后弹入法拉第杯中的液滴的电荷量。通过调节固定针头的铁架台与基板之间距离，在不同距离下(1-10cm)挤出水滴，撞击在超双疏基板上，液滴落入法拉第杯中测量电量，液滴所带电荷量与撞击高度(H)成正比(参见图1a)。
实施例2
一种调控液滴带电量和带电性质的方法，包括以下步骤：
(1)清洗厚度为170μm的玻璃片，并将其放置于蜡烛火焰上积累碳颗粒，直至其均匀沉积到玻璃片上；
(2)将4mL原硅酸四乙酯和4mL氨水分别移入两个小烧杯，并将两个烧杯与玻璃片放入密闭的干燥器中，抽真空至-0.1Mpa，并进行24小时化学气相沉积，生成SiO2。将玻璃片使用马弗炉在520℃下烧结2小时，得到透明二氧化硅层并保持其原有的微纳米结构，即超双疏基材。
(3)使液滴在超双疏/疏水基板表面滚动/滑动不同长度(1-10cm)后，其所带正电量也会有影响，具体可参见图1b，由图1b可知，液滴电荷与其滚动/滑动长度呈正相关(图1b)。
实施例3
一种调控液滴带电量和带电性质的方法，包括以下步骤：
(1)清洗厚度为170μm的玻璃片，并将其放置于蜡烛火焰上积累碳颗粒，直至其均匀沉积到玻璃片上；
(2)将4mL原硅酸四乙酯和4mL氨水分别移入两个小烧杯，并将两个烧杯与玻璃片放入密闭的干燥器中，抽真空至-0.1Mpa，并进行24小时化学气相沉积，生成SiO2。将玻璃片使用马弗炉在520℃下烧结2小时，得到透明二氧化硅层并保持其原有的微纳米结构，即超双疏基材。
(3)消除超双疏基材静电，然后使液滴在超双疏基材表面正上方15cm处撞击基板10次，即可使超双疏基材带负电，然后调节注射器上半部分与超双疏基材之间的间距，使两者之间的间距(即静电感应距离)产生变化，通过超双疏基材吸引注射器中上半部分液滴带正电荷，使下半部分挤出的液滴所带负电荷的量不同(参见图2a)。由图2b可知，液滴所带负电荷量随超双疏基材与容器之间的距离的增大而减小。
实施例4
一种调控液滴带电量和带电性质的方法，包括以下步骤：
(1)清洗厚度为170μm的玻璃片，并将其放置于蜡烛火焰上积累碳颗粒，直至其均匀沉积到玻璃片上；
(2)将4mL原硅酸四乙酯和4mL氨水分别移入两个小烧杯，并将两个烧杯与玻璃片放入密闭的干燥器中，抽真空至-0.1Mpa，并进行24小时化学气相沉积，生成SiO2。将玻璃片使用马弗炉在520℃下烧结2小时，得到透明二氧化硅层并保持其原有的微纳米结构。用400μL 1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷氟化2小时30分钟，得到超双疏玻璃片。
(3)通过改变液滴撞击超双疏玻璃片的次数(大于10次)，使带电超双疏玻璃片表面具有不同的电势，且撞击次数越多，超双疏玻璃片表面的电势越大；然后使带有不同负电荷的超双疏表面放在注射器上半部分，且与注射器之间的间距均保持恒定，从而吸引注射器内水中的正电荷，排斥负电荷。
由图3的结果可知，液滴所带的负电荷量与超双疏玻璃片的表面电位成正比(参见图3A)；而超双疏玻璃片的表面电位与撞击次数成正比(参见图3B)。因此，即可通过对静电感应度，即超双疏玻璃片带电量的控制，实现对负极液滴电荷量的控制(参见图3)。

Claims (10)

1.一种调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在经预处理后的基材表面沉积碳层；
(2)继续在碳层上沉积二氧化硅，并于500～600℃烧结2～5h后氟化2～5h，得超双疏基材；
(3)然后使液滴滴落至超双疏基材表面，即可调整液滴的带电量和带电性质。
2.根据权利要求1所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，使所述液滴带正电荷的过程为：
消除超双疏基材静电后，液滴在基材表面正上方1～10cm处滴落，撞击在超双疏基材上，即可调整该液滴所带的正电荷量；所述液滴滴落高度越高，其所带电量就越大。
3.根据权利要求1所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，使所述液滴带正电荷的过程为：消除超双疏基材静电后，使液滴在超双疏基材上滚动或滑动，即可调整该液滴所带的正电荷量；所述液滴在超双疏基材上滚动或滑动的距离越远，其所带电量越大。
4.根据权利要求1所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，使所述液滴带正电荷的过程为：
用1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷氟化玻璃片2～4h，得双疏基材，然后消除双疏基材静电，使液滴在双疏基材上滚动或滑动，即可调整该液滴所带的正电荷量；所述液滴在双疏基材上滚动或滑动的距离越远，其所带电量越大。
5.根据权利要求1所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，使所述液滴带负电荷的过程为：
消除超双疏基材静电，使液滴从基材表面正上方撞击基材至少10次，即可使该基材带负电，然后使基材贴近于装有溶液的容器的上半部分，两者之间的间距保持恒定，吸引容器中上半部分液滴带正电，使下半部分挤出的液滴带负电，通过调节液滴撞击基材的次数即可调节基材所带负电量，从而使容器下半部分滴出的液滴带负电荷并调整其带电量。
6.根据权利要求5所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，所述超双疏基材所带的负电荷随撞击次数的增加而增加；所述液滴带负电荷随所述超双疏基材所带负电荷的增加而增加。
7.根据权利要求1所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，使所述液滴带负电荷的过程为：
消除超双疏基材静电，液滴撞击超双疏基材，并使超双疏基材带负电，然后通过改变超双疏基材与容器的上半部分之间的距离，吸引容器中上半部分液滴带正电，使下半部分挤出的液滴带负电，从而即可调节溶液下半部分滴出的液滴带负电量。
8.根据权利要求7所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，所述液滴所带负电荷量随超双疏基材与容器之间的距离的增大而减小。
9.根据权利要求5或7所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，所述超双疏基材与容器之间的距离为横向间距或纵向间距。
10.根据权利要求2～5任一项所述的调控液滴带电量和带电性质的方法，其特征在于，用于测量液滴电量的装置为法拉第杯。
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