CN112058614A - 一种动态调控离子液体浸润性的新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态调控离子液体浸润性的新方法，首先沿垂直于c轴晶轴切割铁电铌酸锂单晶，得到暴露+Z面和/或‑Z面的铌酸锂单晶薄片，并对其进行清洁；将离子液体滴在所述铁电铌酸锂单晶薄片的+Z面或‑Z面；最后改变所述铁电铌酸锂单晶薄片的温度从而调控所述离子液体的浸润性。采用本发明方案的显著效果是通过对铁电铌酸锂单晶薄片实施升、降温操作来调控离子液体的浸润性，由于离子液体具有不挥发性及很高的热稳定性，升温降温对离子液体性能的影响可忽略，为离子液体浸润性的动态调控提供了一种具有实际应用潜力的新方法。

Description

一种动态调控离子液体浸润性的新方法
技术领域
本发明涉及一种动态调控离子液体浸润性的新方法，具体涉及一种利用铁电单晶基底及其温变来动态调控离子液体浸润性的方法。
背景技术
离子液体是由阴阳离子组成的在下呈液态的新型材料。此类材料拥有许多优异的物理化学性能，如极低的饱和蒸汽压、良好的热稳定性、优良的离子导电性、宽的电化学窗口和良好的溶剂性等。它可以被应用于催化、电化学和电子器件等领域。在这些应用领域中，绝大多数过程都涉及离子液体的表面界面，特别是离子液体与固体基底的接触界面，它控制着粒子(离子、原子、分子和基团等)的接触、能量传递、电荷传输、载流子注入、氧化还原过程等。离子液体在固体表面的浸润性对基于离子液体的材料或器件的性能影响至关重要；比如，离子液体在催化剂载体表面的浸润性极大影响其催化效率；离子液体在电极表面的浸润性是决定电化学器件最终性能的一个重要因素。因此，离子液体浸润性的研究意义重大，将对基于离子液体的材料或器件的构筑起到重要的指导作用。接触角是表征离子液体浸润性的重要特征参数。目前对接触角的调控方法主要有电浸润和界面化学组成调控。界面化学组成调控是指在界面上引入特定的化学基团，通常不能实现动态调控离子液体的浸润性。电浸润(Electrowetting,EW)是通过改变液滴与绝缘基板之间电压来改变液滴在基板上的接触角，使液滴发生形变和位移，是目前动态调控离子液体浸润性的常用方法。随着电浸润技术的不断发展，出现了液体透镜、数字微流控(DMF)、电子显示器(e-paper电子纸)等许多先进设备和系统。然而至今为止，离子液体浸润性的动态调控技术，无论是基础理论研究还是应用研究都还处于初始阶段。
发明内容
本发明提供了一种利用铁电铌酸锂单晶的自发极化特性和热释电效应，通过对铌酸锂单晶薄片实施升温或降温改变其自发极化强度来调节极化表面电荷密度，从而动态调控离子液体在铌酸锂单晶薄片表面的浸润性。
其技术方案如下：
一种动态调控离子液体浸润性的新方法，其关键在于包括以下步骤：沿垂直于c轴晶轴切割铁电铌酸锂单晶(Z切)，得到暴露+Z面和/或-Z面的铌酸锂单晶薄片，并对其进行清洁；
将离子液体滴在所述铁电铌酸锂单晶薄片的+Z面或-Z面；
最后改变所述铁电铌酸锂单晶薄片的温度从而调控所述离子液体的浸润性。
附图说明
图1为升温和降温时，[EMIM][NTf2]在铌酸锂单晶薄片+Z面的接触角-温度曲线；
图2为图1中降温过程对应的30℃、110℃、200℃时，[EMIM][NTf2]液滴在铌酸锂单晶薄片+Z面上的实拍图；
图3为升温和降温时，[EMIM][NTf2]在铌酸锂单晶薄片-Z面的接触角-温度曲线；
图4为图3中降温过程对应的30℃、110℃、200℃时，[EMIM][NTf2]液滴在铌酸锂单晶薄片-Z面上的实拍图；
图5为采用电浸润法调控[EMIM][BF4]离子液体在SiO2基底表面接触角时测绘的接触角-外加电压曲线；
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例：一种动态调控离子液体浸润性的新方法，如下：
首先，沿垂直于c轴晶轴切割铁电铌酸锂单晶，得到暴露+Z面和/或-Z面的铌酸锂单晶薄片，然后依次用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗10分钟后，再用氮气吹干，以清除所述铁电铌酸锂单晶薄片表面的污染物。
其次，将离子液体滴在水平放置的所述铁电铌酸锂单晶薄片的+Z面或-Z面上(铁电铌酸锂单晶薄片的+Z面或-Z面朝上)；所述离子液体的阳离子可以为烷基取代的咪唑离子，所述离子液体的阴离子可以为有机含氟阴离子，其中有机含氟阴离子可选为NTf2 —。
最后，通过升温或降温的方式改变所述铁电铌酸锂单晶薄片的温度，进而调控所述离子液体在所述铁电铌酸锂单晶薄片表面的浸润性。
实施例2：
一种离子液体浸润性的动态调控和测试方法，如下：
沿垂直于c轴晶轴的方向切割铁电铌酸锂单晶，形成规格为10mm*10mm*(0.3-0.5)mm的铌酸锂单晶薄片，铌酸锂单晶薄片的两个表面分别为+Z面和-Z面，然后依次用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗10分钟后，再用氮气吹干，以清除所述铁电铌酸锂单晶薄片表面的污染物。将清洗后的铌酸锂单晶薄片水平置于温控加热台上，用移液枪取120μl的离子液体“1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐([EMIM][NTf2])”滴加到铌酸锂单晶薄片的表面；
[EMIM][NTf2]的结构式如下：
Figure BDA0002674358930000041
将铌酸锂单晶薄片的+Z面和-Z面分别朝上，设定温度梯度分别进行升温和降温，调控[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片+Z面和-Z面的浸润性；在对铌酸锂单晶薄片进行梯度升温和降温过程中，每达到某一指定温度时，保持恒温3min，再测量[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片上的接触角，从而测试[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片+Z面和-Z面的浸润性。
铌酸锂单晶薄片+Z面朝上时，按照指定的温度梯度分别对其进行升温和降温，测得的[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片+Z面上的接触角如图1所示；其降温过程中的30℃、110℃、200℃时，[EMIM][NTf2]液滴在铌酸锂单晶薄片+Z面上的实拍图如图2所示；
铌酸锂单晶薄片-Z面朝上时，按照指定的温度梯度分别对其进行升温和降温，测得的[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片-Z面上的接触角如图3所示；其降温过程中的30℃、110℃、200℃时，[EMIM][NTf2]液滴在铌酸锂单晶薄片-Z面上的实拍图如图4所示。
从图1和图2可以看出：通过对铌酸锂单晶薄片进行升温，[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片+Z面上的接触角不断增大，通过对铌酸锂单晶薄片进行降温，[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片+Z面上的接触角不断减小，表明通过改变铌酸锂单晶薄片的温度，可以调控[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片+Z面上的接触角，从而调控浸润性。
从图3和图4可以看出：通过对铌酸锂单晶薄片进行升温，[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片-Z面上的接触角不断增大，通过对铌酸锂单晶薄片进行降温，[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片-Z面上的接触角不断减小，表明通过改变铌酸锂单晶薄片的温度，可以调控[EMIM][NTf2]离子液体在铌酸锂单晶薄片-Z面上的接触角，从而调控浸润性。
图1和图3中，相同温度点测得的接触角不一致，推测原因为：由于测试过程中使用的温控加热台升温方式(电加热)和降温方式(酒精挥发冷却)的差异，导致升温和降温过程中的温度控制误差而造成实际测得接触角的误差。但这并不影响接触角的整体变化趋势，以及对结果的解读。
调控机理：铁电铌酸锂单晶具有自发极化特性和热释电效应。基于热释电效应，通过升温或降温改变铁电铌酸锂单晶薄片的自发极化强度，从而调控极化表面(+Z、-Z面)的电荷密度。极化强度P与温度T成反比，而与电荷密度D成正比。所以温度降低能使极化表面的电荷密度增加，相当于电浸润法的外加电压增大，因此接触角减小；反之，温度升高使极化表面的电荷密度减少，相当于电浸润法的外加电压减小，接触角增大。因此，对铁电铌酸锂单晶薄片进行升降温，能够调节其极化表面电密荷度，进而调控所述离子液体在所述铁电铌酸锂单晶薄片表面的浸润性。
在通常情况下，对同一固体表面，液体表面张力随温度升高而减小，液体表面张力越小其接触角也越小。而以上测试结果表明，采用本发明的方法，接触角随温度升高反而增大、随温度降低反而减小，表明：铁电极化表面的电荷对常温离子液体的作用要远大于温度对常温离子液体的接触角的影响。
实施例3：采用电浸润法调控[EMIM][BF4]离子液体在SiO2基底上的浸润性，并测量接触角，绘制得到的接触角-外加电压曲线如图5所示。电浸润法为现有常用技术，具体原理及操作方法在此不作赘述。
从图5可以看出，随着外加电压的增大，[EMIM][BF4]离子液体在SiO2基底上的接触角不断减小。
有益效果：本发明通过对铁电铌酸锂单晶薄片实施升、降温操作来动态调控离子液体的浸润性，由于离子液体具有不挥发性及很高的热稳定性，升降温对离子液体性能的影响可忽略，为离子液体浸润性的动态调控提供了一种具有实际应用潜力的新方法。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动态调控离子液体浸润性的新方法，其特征在于按照以下步骤进行：沿垂直于c轴晶轴切割铁电铌酸锂单晶，得到暴露+Z面和/或-Z面的铌酸锂单晶薄片，并对其进行清洁；
将离子液体滴在所述铁电铌酸锂单晶薄片的+Z面或-Z面；
最后改变所述铁电铌酸锂单晶薄片的温度从而调控所述离子液体的浸润性。
2.根据权利要求1所述的一种动态调控离子液体浸润性的新方法，其特征在于：所述离子液体的阳离子为烷基取代的咪唑离子，所述离子液体的阴离子为有机含氟阴离子。
3.根据权利要求1所述的一种动态调控离子液体浸润性的新方法，其特征在于：所述有机含氟阴离子为NTf2 —。
4.根据权利要求1所述的一种动态调控离子液体浸润性的新方法，其特征在于：所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。
5.根据权利要求1所述的一种动态调控离子液体浸润性的新方法，其特征在于：将所述铁电铌酸锂单晶薄片依次用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗10分钟后，用氮气吹干，以清除所述铁电铌酸锂单晶薄片表面的污染物。
6.根据权利要求1所述的一种动态调控离子液体浸润性的新方法，其特征在于：改变所述铁电铌酸锂单晶薄片的温度的方式包括升温和降温。
7.根据权利要求1所述的一种动态调控离子液体浸润性的新方法，其特征在于：在对所述铁电铌酸锂单晶薄片进行升温或降温的过程中，利用铁电铌酸锂单晶的自发极化特性和热释电效应，通过改变其自发极化强度来调节其极化表面电密荷度，进而调控所述离子液体在所述铁电铌酸锂单晶薄片表面的浸润性。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005070195A (ja) * 2003-08-21 2005-03-17 Ngk Insulators Ltd 周期分極反転構造の製造方法および光デバイス
CN104868079A (zh) * 2015-05-11 2015-08-26 河南师范大学 一种高浸润性锂离子电池隔膜的制备方法
CN105195325A (zh) * 2014-06-03 2015-12-30 中国人民大学 基于温度调控的铌酸锂热释电材料在吸附大气颗粒物中的应用
CN110579652A (zh) * 2019-09-17 2019-12-17 华南师范大学 一种表面电荷的测量方法和测量装置
CN111573812A (zh) * 2020-05-13 2020-08-25 重庆科技学院 金纳米片/铌酸锂复合材料光诱导直接还原六价铬的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005070195A (ja) * 2003-08-21 2005-03-17 Ngk Insulators Ltd 周期分極反転構造の製造方法および光デバイス
CN105195325A (zh) * 2014-06-03 2015-12-30 中国人民大学 基于温度调控的铌酸锂热释电材料在吸附大气颗粒物中的应用
CN104868079A (zh) * 2015-05-11 2015-08-26 河南师范大学 一种高浸润性锂离子电池隔膜的制备方法
CN110579652A (zh) * 2019-09-17 2019-12-17 华南师范大学 一种表面电荷的测量方法和测量装置
CN111573812A (zh) * 2020-05-13 2020-08-25 重庆科技学院 金纳米片/铌酸锂复合材料光诱导直接还原六价铬的方法

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