CN112683737B - 一种产生马兰戈尼效应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种产生马兰戈尼效应的方法，基于所述马兰戈尼效应的实现雕刻的方法以及驱动液体运动的方法，所述产生马兰戈尼效应的方法包括：用光源照射或热源靠近溶液A，所述溶液A吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应；所述溶液A为光热吸收强且表面张力随温度变化系数大的溶液；本发明可以实现雕刻多种形状的通孔和/或凹坑，可以实现驱动液体运动方向可控，可以垂直、水平、倾斜运动，具有可重复性，适用范围广，应用潜力大，能量效率转化高。

Description

一种产生马兰戈尼效应的方法

技术领域

本发明涉及光控流体运动技术领域，具体涉及一种产生马兰戈尼效应的方法。

背景技术

通过激光进行控制液滴与对于液体表面薄膜的研究，由于其在微流控，物理去湿，焊接，化学微反应器和生物科学系统等应用中具有无接触性，精确性和瞬时性等优秀特点，引起了研究者们的广泛兴趣。光控微量液体运动，尤其是由光致毛细作用力驱动的微量液体运动，引起了科研工作者们的巨大研究兴趣，因为光控可以做到无接触、瞬时、定点和精确控制。用光驱动液体运动依赖两种作用力：光学力和光致毛细作用力。光致毛细作用力在驱动微量液体运动时，无需特殊的光学装置和复杂的微组装过程，可以极大地简化液体的运动操控。

光致毛细作用力可以由光致润湿梯度或马兰戈尼效应(Marangoni效应)产生。但光致润湿梯度所产生的毛细作用力难于克服三相接触线的阻力，因而这种驱动方法只适用于特定的液体，并且液体运动速度慢，运动轨迹局限于线性运动。光致马兰戈尼效应不仅需要高强度激光，而且还需要对入射激光能够强吸收的材料产生局域加热，然而很多生物系统对加热都是非常敏感的，这就严重限制了光致马兰戈尼效应驱动液体流动的应用领域。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种产生马兰戈尼效应的方法，以及基于上述马兰戈尼效应的实现雕刻的方法以及驱动液体运动的方法。对于之前的技术进行改进以满足生活研发的需求。通过用光源照射或热源靠近溶液A，溶液A吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，导致液体表面产生明显形变，形成通孔和/或凹坑，实现雕刻多种形状的通孔和/或凹坑，实现驱动液体运动方向可控，可以垂直、水平、倾斜运动，本申请提供的上述方法具有可重复性，适用范围广，应用潜力大，能量效率转化高。

致力于在现有的理论基础上，对于之前的技术进行改进以满足生活研发的需求。

为解决以上技术问题，本申请提供的技术方案是一种产生马兰戈尼效应的方法，包括：用光源照射或热源靠近溶液A，产生马兰戈尼效应；所述溶液A为光热吸收强且表面张力随温度变化系数大的溶液。

优选的，所述溶液A光热吸收强，所述溶液A在400nm～700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1。

优选的，所述溶液A在400nm～700nm波长范围的吸收系数为109.1cm^-1～1200cm^-1。

上述吸收系数，为光热系数(光热吸收系数)，就是指光转化为热的吸收系数α。优选的，所述溶液A表面张力随温度变化系数大，所述溶液A表面张力随温度变化系数σT≥0.31mNm^-1K^-1。

优选的，所述光热吸收强且表面张力随温度变化系数大的溶液为在400nm～700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1，表面张力随温度变化系数σT≥0.31mNm^-1K^-1的溶液。

优选的，所述溶液A为铁磁流体。

优选的，所述铁磁流体在400nm～700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1。

优选的，所述铁磁流体在400nm～700nm波长范围的吸收系数为109.1cm^-1～1200cm^-1。

优选的，所述铁磁流体在700nm波长处吸收系数为109.1cm^-1，在400nm波长处吸收系数为1200cm^-1。

优选的，所述铁磁流体表面张力随温度变化系数σT＝0.31mNm^-1K^-1。

优选的，所述铁磁流体为ferrotec公司所购买的普通市售铁磁流体(educationalferrofluidEFH1)。其在激光波长为532nm处的吸收系数达到86000m^-1，透射深度为11μm。而且，铁磁流体的热扩散率为9.2×10^-4cm²/s，仅为纯水的一半。强烈的光吸收和低的热扩散率是造成液体表面高温差的原因。磁流体的表面张力的温度系数达到0.31×10^-3Nm^-1K^-1，是纯水的两倍以上。高的光吸收和较大的表面张力温度系数会产生可观的表面张力梯度，并推动表面液体向外流动。在温度升高期间，铁磁流体的粘度迅速降低，从而使Marangoni对流更加强烈。表面张力温度系数高，光吸收强，热扩散系数低和粘度低等综合因素使得Marangoni系数上升到6.1×10⁴，与熔融金属和NaNO₃晶体的Marangoni系数一样大。

优选的，所述光源波长为400～700nm.。

优选的，所述光源为紫外光或可见光。

优选的，所述光源功率≥20mm。

优选的，所述光源功率为20mm～1000mw。

优选的，所述热源功率≥2.94w。

优选的，所述热源功率为2.94w。

优选的，所述方法具体包括：在15～35℃室温条件下，用光源照射或热源靠近溶液A，产生马兰戈尼效应。

优选的，所述方法具体包括：在15～35℃室温条件下，用功率20mm～1000mw，波长400～700nm光源照射或功率≥2.94w热源靠近铁磁流体，产生马兰戈尼效应。

本发明还提供了一种基于上述的马兰戈尼效应实现雕刻的方法，包括：光源照射或热源靠近溶液A，产生马兰戈尼效应，使溶液A形成通孔和/或凹坑。

优选的，所述方法还包括：通过调控所述光源移动或所述光源的形状，控制所述通孔和/或凹坑的形状；或

通过调控所述热源的移动，控制所述通孔和/或凹坑的形状。

优选的，所述通孔和所述凹坑形状为多种形状。

优选的，所述通孔和所述凹坑形状选自圆形、条形、环形、五星、文字和图案中的任意一种。

优选的，所述方法具体包括：光源经过锥透镜转形成环形光束照射溶液A溶液，产生马兰戈尼效应，形成环形凹坑。

优选的，所述方法具体包括：紫外光照射磁流体薄膜，产生马兰戈尼效应，使溶液A薄膜产生通孔和/或凹坑，得到光刻掩模。即本发明提供了一种光刻掩模的制备方法。

本发明还提供了一种基于上述的马兰戈尼效应实现驱动液体运动的方法，其特征在于，包括：溶液A表面滴加其他液滴，光源照射或热源靠近所述溶液A，产生马兰戈尼效应，驱动所述液滴运动。

优选的，所述方法具体包括：

溶液A溶液表面滴加其他液滴，在所述液滴附近用光源照射或热源靠近所述溶液A，产生马兰戈尼效应；

通过调控所述光源移动或所述光源的衰减，驱动所述液滴运动；或

通过调控所述热源移动或所述热源热量的衰减，驱动所述液滴运动。

优选的，所述方法具体包括：在管道中装入溶液A，所述溶液A表面滴加其他液滴，用光源照射或热源靠近所述溶液A的一端，产生马兰戈尼效应，驱动所述溶液A向另一端运动，以驱动所述液滴沿着管道定向运动。

优选的，所述其他液滴不与溶液A溶液混溶。

优选的，所述溶液A为铁磁流体，铁磁流体油性流体，所述其他液滴为疏油性液体。

本发明与现有技术相比，其详细说明如下：

通过设计一系列光学实验进行可对液体进行驱动与传输，可以为光致超声驱动流体运动、光电驱动、辐射力试验。但都具有一定的缺陷与不足。光致超声能够驱动宏观流体运动，但是不能运用到液滴运动与液体表面形变上；光电驱动只能适用于导电溶液；而光辐射驱动液体流动由于光子能量很小，只能局限在纳米级别到微米级别的尺度。

本发明提供了一种产生马兰戈尼效应的方法，包括：用光源照射或热源靠近溶液A，产生马兰戈尼效应。

光的马兰戈尼效应是指光由于热效应在两互溶液体界面产生张力梯度，从而导致液体从界面张力低的区域流向界面张力高的区域。马兰戈尼效应是许多微观和宏观液流产生的主要原因，例如葡萄酒“眼泪”现象由光热效应引起的。表面张力梯度的马兰戈尼效应又称作光诱导毛细管效应，其被广泛应用在液体的处理上。对于激光驱动液滴运动来说，如何实现较厚的液体表面膜的破裂与形变是一个重大的技术挑战。由于液体具有表面张力梯度低，消光能力弱，粘度高等特质，会导致液体凹陷破裂的尺度还是局限在几微米之内，因此十分难观测到。本方法形成的凹坑可以通过肉眼清晰可见，最大可形成的液面差可达到1mm，或形成的通孔通过肉眼清晰可见，通孔深度可以达到1mm,相较于之前通过液体表面远场衍射图案，更加方便观察。

本发明溶液A优选为铁磁流体，光热吸收强且表面张力随温度变化系数大，用光源照射或热源靠近，经试验证明在功率在一个较低的水平，可产生马兰戈尼效应。铁磁流体在400nm～700nm波长范围的吸收系数为109.1cm^-1～1200cm^-1。所述铁磁流体在700nm波长处吸收系数为109.1cm^-1，在400nm波长处吸收系数为1200cm^-1。铁磁流体表面张力随温度变化系数σT＝0.31mNm^-1K^-1。因此，对于在400nm～700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1，表面张力随温度变化系数σT≥0.31mNm^-1K^-1的溶液也可产生马兰戈尼效应。

本发明所使用的光源范围广泛，紫外光、可见光、红光和近红外光都可以，且功率在一个较低的水平，所需能量要求较低。

本发明提供了基于马兰戈尼效应实现雕刻的方法，通过控制光源光束的直径，光源功率和照射时间、热源靠近时间，控制形成通孔的大小与深度、凹坑的大小与深度。通过控制光源功率和照射时间，可以得到在结束光照后可以自动恢复原状的凹坑。还可以通过调控所述热源或所述热源的移动，控制所述通孔和/或凹坑的形状，

本方法驱动液体定向运动只需要其他液滴满足与溶液A溶液混溶的要求，当溶液A为铁磁流体，其他液滴只需满足疏油性要求，无需借助将液体弹珠或者磁性液体，相较于之前的方法更加简便，具有可重复性，适用范围广，应用潜力巨大，能量效率转化高，环保节能。

本方法驱动液体定向运动可以实现垂直方向上的移动，相较于之前的技术，并不只局限于水平方向或者小角度倾斜运动。

附图说明

图1为铁磁流体光热吸收情况图

图2为铁磁流体表面张力随温度变化图

图3为532nm的连续激光进行雕刻的临界功率与铁磁流体厚度的关系图

图4(a1)为实施例1具体实施方式1未聚焦的532nm的连续激光照射0s示意图；

图4(a2)为实施例1具体实施方式1未聚焦的532nm的连续激光照射5s示意图；

图4(a3)为实施例1具体实施方式1未聚焦的532nm的连续激光照射5.2s示意图；

图4(a4)为实施例1具体实施方式1未聚焦的532nm的连续激光照射6.08s示意图。

图4(b1)为实施例1具体实施方式1激光关闭0s示意图；

图4(b2)为实施例1具体实施方式1激光关闭0.4s示意图；

图4(b3)为实施例1具体实施方式1激光关闭0.6s示意图；

图4(b4)为实施例1具体实施方式1激光关闭2.76s示意图；

图4(c1)为实施例1具体实施方式1中6.08秒形成的凹坑仿真示意图；

图4(c2)为实施例1具体实施方式1中6.08秒形成凹坑的35倍仿真示意图；

图4(c3)为实施例1具体实施方式1中6.08秒形成凹坑的50倍仿真示意图。

图4(d1)为实施例1具体实施方式2未聚焦的532nm的连续激光照射0s示意图；

图4(d2)为实施例1具体实施方式2未聚焦的532nm的连续激光照射3s示意图；

图4(d3)为实施例1具体实施方式2未聚焦的532nm的连续激光照射4s示意图；

图4(d4)为实施例1具体实施方式2未聚焦的532nm的连续激光照射6.32s示意图。

图4(e1)为实施例1具体实施方式2激光关闭0s示意图；

图4(e2)为实施例1具体实施方式2激光关闭0.4s示意图；

图4(e3)为实施例1具体实施方式2激光关闭0.64s示意图；

图4(e4)为实施例1具体实施方式2激光关闭2.76s示意图；

图5(a1)为红色激光束雕刻出文字U图；

图5(a2)为红色激光束雕刻出文字E图；

图5(a3)为红色激光束雕刻出文字S图；

图5(a4)为红色激光束雕刻出文字T图；

图5(a5)为红色激光束雕刻出文字C图。

图6(a1)为绿色激光束雕刻出文字U图；

图6(a2)为绿色激光束雕刻出文字E图；

图6(a3)为绿色激光束雕刻出文字S图；

图6(a4)为绿色激光束雕刻出文字T图；

图6(a5)为绿色激光束雕刻出文字C图；

图7为实施例2具体实施方式1将激光束移到液滴的后面来控制液滴的运动示意图；

图8(a1)为实施例2具体实施方式2驱动液滴水平运动前示意图；

图8(a2)为实施例2具体实施方式2驱动液滴水平运动过程中示意图；

图8(a3)为实施例2具体实施方式2驱动液滴水平运动后示意图；

图8(b1)为实施例2具体实施方式2驱动液滴竖直运动前示意图；

图8(b2)为实施例2具体实施方式2驱动液滴竖直运动过程中示意图；

图8(b3)为实施例2具体实施方式2驱动液滴竖直运动后示意图；

图9(a1)为实施例3液滴运动前示意图；

图9(a2)为实施例3液滴运动过程示意图；

图9(a3)为实施例3两个其他液滴相遇进行化学反应示意图；

图10为实施例4铁磁流体发生形变形成通孔示意图；

图11为实施例5热源处理的铁磁流体形成凹坑示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种产生马兰戈尼效应的方法，包括：用光源照射或热源靠近溶液A，产生马兰戈尼效应；所述溶液A为光热吸收强且表面张力随温度变化系数大的溶液。

优选的，所述溶液A光热吸收强，所述溶液A在400nm～700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1。

优选的，所述溶液A在400nm～700nm波长范围的吸收系数为109.1cm^-1～1200cm^-1。

上述吸收系数，为光热系数(光热吸收系数)，就是指光转化为热的吸收系数α。优选的，所述溶液A表面张力随温度变化系数大，所述溶液A表面张力随温度变化系数σT≥0.31mNm^-1K^-1。

优选的，所述光热吸收强且表面张力随温度变化系数大的溶液为在400nm～700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1，表面张力随温度变化系数σT≥0.31mNm^-1K^-1的溶液。

优选的，所述溶液A为铁磁流体。

优选的，所述铁磁流体在400nm～700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1。

优选的，所述铁磁流体在400nm～700nm波长范围的吸收系数为109.1cm^-1～1200cm^-1。

优选的，所述铁磁流体在700nm波长处吸收系数为109.1cm^-1，在400nm波长处吸收系数为1200cm^-1。

优选的，所述铁磁流体表面张力随温度变化系数σT＝0.31mNm^-1K^-1。

优选的，所述铁磁流体为ferrotec公司所购买的普通市售铁磁流体(educationalferrofluidEFH1)。其在激光波长为532nm处的吸收系数达到86000m^-1，透射深度为11μm。而且，铁磁流体的热扩散率为9.2×10^-4cm²/s，仅为纯水的一半。强烈的光吸收和低的热扩散率是造成液体表面高温差的原因。磁流体的表面张力的温度系数达到0.31×10^-3Nm^-1K^-1，是纯水的两倍以上。高的光吸收和较大的表面张力温度系数会产生可观的表面张力梯度，并推动表面液体向外流动。在温度升高期间，铁磁流体的粘度迅速降低，从而使Marangoni对流更加强烈。表面张力温度系数高，光吸收强，热扩散系数低和粘度低等综合因素使得Marangoni系数上升到6.1×10⁴，与熔融金属和NaNO₃晶体的Marangoni系数一样大。

优选的，所述光源波长为400～700nm.。

优选的，所述光源为紫外光或可见光。

优选的，所述光源功率≥20mm。

优选的，所述光源功率为20mm～1000mw。

优选的，所述热源功率≥2.94w。

优选的，所述热源功率为2.94w。

优选的，所述方法具体包括：在15～35℃室温条件下，用光源照射或热源靠近溶液A，产生马兰戈尼效应。

优选的，所述方法具体包括：在15～35℃室温条件下，用功率20mm～1000mw，波长400～700nm光源照射或功率≥2.94w热源靠近铁磁流体，产生马兰戈尼效应。

本发明还提供了一种基于上述的马兰戈尼效应实现雕刻的方法，包括：光源照射或热源靠近溶液A，产生马兰戈尼效应，使溶液A形成通孔和/或凹坑。

优选的，所述方法还包括：通过调控所述光源移动或所述光源的形状，控制所述通孔和/或凹坑的形状；或

通过调控所述热源的移动，控制所述通孔和/或凹坑的形状。

优选的，所述通孔和所述凹坑形状为多种形状。

优选的，所述通孔和所述凹坑形状选自圆形、条形、环形、五星、文字和图案中的任意一种。

优选的，所述方法具体包括：光源经过锥透镜转形成环形光束照射溶液A溶液，产生马兰戈尼效应，形成环形凹坑。

优选的，所述方法具体包括：紫外光照射磁流体薄膜，产生马兰戈尼效应，使溶液A薄膜产生通孔和/或凹坑，得到光刻掩模。即本发明提供了一种光刻掩模的制备方法。

本发明还提供了一种基于上述的马兰戈尼效应实现驱动液体运动的方法，其特征在于，包括：溶液A表面滴加其他液滴，光源照射或热源靠近所述溶液A，产生马兰戈尼效应，驱动所述液滴运动。

优选的，所述方法具体包括：

溶液A溶液表面滴加其他液滴，在所述液滴附近用光源照射或热源靠近所述溶液A，产生马兰戈尼效应；

通过调控所述光源移动或所述光源的衰减，驱动所述液滴运动；或

通过调控所述热源移动或所述热源热量的衰减，驱动所述液滴运动。

优选的，所述方法具体包括：在管道中装入溶液A，所述溶液A表面滴加其他液滴，用光源照射或热源靠近所述溶液A的一端，产生马兰戈尼效应，驱动所述溶液A向另一端运动，以驱动所述液滴沿着管道定向运动。

优选的，所述其他液滴不与溶液A溶液混溶。

优选的，所述溶液A为铁磁流体，铁磁流体油性流体，所述其他液滴为疏油性液体。

本发明实施例中所用的铁磁流体均为ferrotec公司所购买的普通市售铁磁流体(educationalferrofluidEFH1)。其在激光波长为532nm处的吸收系数达到86000m^-1，透射深度为11μm。而且，铁磁流体的热扩散率为9.2×10^-4cm²/s，仅为纯水的一半。强烈的光吸收和低的热扩散率是造成液体表面高温差的原因。磁流体的表面张力的温度系数达到0.31×10^-3Nm^-1K^-1，是纯水的两倍以上。高的光吸收和较大的表面张力温度系数会产生可观的表面张力梯度，并推动表面液体向外流动。在温度升高期间，铁磁流体的粘度迅速降低，从而使Marangoni对流更加强烈。表面张力温度系数高，光吸收强，热扩散系数低和粘度低等综合因素使得Marangoni系数上升到6.1×10⁴，与熔融金属和NaNO₃晶体的Marangoni系数一样大。

图1为铁磁流体光热吸收情况图，图中横坐标为波长，纵坐标为铁磁流体吸收系数，图中，示出了波长在400nm～700nm波长范围的吸收系数变化情况，在400nm～700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1，优选的，所述铁磁流体在400nm～700nm波长范围的吸收系数为109.1cm^-1～1200cm^-1，400nm波长处吸收系数为1200cm^-1，700nm波长处吸收系数为109.1cm^-1。

图2为铁磁流体表面张力随温度变化图，斜率为铁磁流体表面张力随温度变化系数，为σT＝-0.31mNm^-1K^-1。

本发明实施例均在15～35℃室温条件下进行。

实施例1

本实施例提供一种雕刻方法，包括：532nm的连续激光照射铁磁流体，铁磁流体吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，使铁磁流体形成凹坑；

图3为532nm的连续激光进行雕刻的临界功率与铁磁流体厚度的关系图，横坐标为铁磁流体厚度，纵坐标为激光临界功率。

具体实施例方式1：

1、如图4(a)所示，一种雕刻方法，在未聚焦的532nm的连续激光(光斑直径约为0.5mm，激光功率20mw)照射下，铁磁流体吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，铁磁流体发生形变，形成凹坑。

铁磁流体的厚度为250μm；凹坑形状为圆形。

凹坑形成过程包括：

(1)照射铁磁流体，形成光斑，光斑处铁磁流体温度；升高随着温度升高，光斑处铁磁流体表面张力梯度随之升高，光斑处形变形成凹坑，凹坑顶部周围的铁磁流体向外流动速度快速增加到8mm/s，而凹坑底部回流的速度却只有0.5mm/s，导致了被激光切割的凹坑逐渐膨胀；

激光为532nm的连续激光，激光功率与铁磁流体厚度关系见下图，横坐标为铁磁流体厚度，纵坐标为激光功率。

(2)由于形变破坏了液膜，进而导致凹坑逐渐变大。

(3)凹坑顶部周围的铁磁流体向外流动与凹坑底部回流速度达成平衡，所形成的凹坑趋于稳定；

凹坑恢复过程包括：停止激光照射，形变消失并且铁磁流体液面恢复至平坦。

当激光功率较低(激光功率20mw)时，照射6.08s，激光功率较低时，会形成凹坑。

图4(a1)为未聚焦的532nm的连续激光照射0s示意图；

图4(a2)为未聚焦的532nm的连续激光照射5s示意图；

图4(a3)为未聚焦的532nm的连续激光照射5.2s示意图；

图4(a4)为未聚焦的532nm的连续激光照射6.08s示意图。

如图4(b)所示，当激光关闭时，铁磁流体表面在3s内迅速恢复原状。

图4(b1)为激光关闭0s示意图；

图4(b2)为激光关闭0.4s示意图；

图4(b3)为激光关闭0.6s示意图；

图4(b4)为激光关闭2.76s示意图。

如图4(c)所示，未聚焦的532nm的连续激光在铁磁流体表面上照射6.08秒形成凹坑的仿真示意图。

图4(c1)为6.08秒形成的凹坑仿真示意图；

图4(c2)为6.08秒形成凹坑的35倍仿真示意图；

图4(c3)为6.08秒形成凹坑的50倍仿真示意图。

具体实施例方式2：

如图4(d)所示，一种雕刻方法，在未聚焦的532nm的连续激光(光斑直径约为0.5mm，激光率45mw)照射下，铁磁流体吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，铁磁流体发生形变，形成凹坑。

铁磁流体的厚度为250μm；凹坑形状为圆形。

激光功率相对于1(a)增高，采用激光功率45mw照射，照射6.08s，铁磁流体发生形变，形成凹坑，但凹坑大小和深度大于图1(a)所形成凹坑的大小和深度。

图4(d1)为未聚焦的532nm的连续激光照射0s示意图；

图4(d2)为未聚焦的532nm的连续激光照射3s示意图；

图4(d3)为未聚焦的532nm的连续激光照射4s示意图；

图4(d4)为未聚焦的532nm的连续激光照射6.32s示意图。

如图4(e)所示，当激光关闭时，雕刻的形状在3s内消失并恢复原状。

图4(e1)为激光关闭0s示意图；

图4(e2)为激光关闭0.4s示意图；

图4(e3)为激光关闭0.64s示意图；

图4(e4)为激光关闭2.76s示意图。

具体实施方式3：

如图5(a)所示，用聚焦的532nm红色商业激光笔产生红色激光束照射铁磁流体上，产生马兰戈尼效应，使铁磁流体表面形成凹坑；所述凹坑形状为文字；铁磁流体的厚度为25μm；

按照临界功率与铁磁流体厚度的关系，调节激光功率。

铁磁流体至于底面积为2375mm²的培养皿中，所述培养皿下方设有磁棒。

通过在所述培养皿下面滑动所述磁棒，可以轻松擦除用红色激光束雕刻出文字；

图5(a1)～(a5)为红色激光束雕刻出文字U、E、S、T、C图。

具体实施方式4：

如图6(a)所示，用聚焦的532nm绿色激光束在照射铁磁流体薄膜上产生马兰戈尼效应，使铁磁流体表面形成凹坑；所述凹坑形状为文字；铁磁流体膜的厚度为250μm；

按照临界功率与铁磁流体厚度的关系，调节激光功率。

铁磁流体至于底面积为2375mm²的培养皿中，所述培养皿下方设有磁棒。

通过在所述培养皿下面滑动所述磁棒，可以轻松擦除用绿色激光束雕刻出文字；

通过在基板下面滑动磁棒，可以轻松擦除用绿色激光束雕刻出文字；

图6(a1)～(a5)为绿色激光束雕刻出文字U、E、S、T、C图。

由本实施例可知即使使用商用激光笔，也可以产生宏观的马拉高尼效应从而在液面上雕刻文字或者图案。说明本实施例可以简单便捷、有重复性的在铁磁流体上书写文字或者图案，展示其出可用作教学工具的价值。

实施例2

一种驱动液体运动的方法，包括：

铁磁流体溶液表面滴加其他液滴，在所述液滴附近用光源照射靠近所述铁磁流体，铁磁流体吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，驱动所述液滴运动；

由马兰戈尼效应可以用作驱动铁磁流体表面上其他液滴的驱动力；

其他液滴为水液滴，为疏油性液体，与所述铁磁流体不混溶，疏油性液体与铁磁流体形成低摩擦系数的液-液界面，有利于激光在表面上对液滴的驱动。

具体实施方式1：

图7为将激光束移到液滴的后面来控制液滴的运动示意图；

如图7所示，一种驱动液体运动的方法，包括：铁磁流体溶液表面滴加其他液滴，在所述液滴附近用光源照射靠近所述铁磁流体，产生马兰戈尼效应，光源照射处形成的光斑，所述光斑靠近所述液滴，光斑处的铁磁流体表面产生向外(由光斑内向光斑外)流动的趋势和形成变形边沿，从而使液滴沿着铁磁流体的运动方向运动；

光源为未聚焦的532nm连续激光。

其他液滴为水液滴，其他液滴运动距离为1.81cm。

本发明方法通过运用马兰戈尼效应，使光斑处产生局部温差，此处液滴由于由于表面张力通常会随着温度的升高而线性下降

因此会产生表面张力梯度，从而将液体流向外拉。

图7中铁磁流体产生凹陷是因为受到光源局部加热，然后此处的液体由于马兰戈尼效应，表面张力的原因流行两侧，所以在将液滴放在此处也会随着液体流动，即使跟着铁磁流体流动的方向流动。

相较于通过光诱导产生的马兰戈尼效应(Marangoni效应)，本方法驱动液滴移动距离长，由10μm上升到几个毫米的级别，马兰戈尼效应(Marangoni效应)更显著，驱动能力更强。

具体实施方式2：

如图8所示，一种驱动液体运动的方法，在管道中装入铁磁流体，所述铁磁流体表面滴加其他液滴，用光源为未聚焦的532nm连续激光照射靠近所述铁磁流体的一端，产生马兰戈尼效应，驱动所述铁磁流体向另一端运动，以驱动所述液滴沿着管道定向运动；

图8(a1)为驱动液滴水平运动前示意图；

图8(a2)为驱动液滴水平运动过程中示意图；

图8(a3)为驱动液滴水平运动后示意图；

图8(b1)为驱动液滴竖直运动前示意图；

图8(b2)为驱动液滴竖直运动过程中示意图；

图8(b3)为驱动液滴竖直运动后示意图；

其他液滴为水液滴，其他液滴运动距离为1.03cm。

本方法直接借助于激光来驱动铁磁流体表面上的液滴，其操作具有直接性、无接触性和远程操控性等优点，无需对管道进行磁化处理。相比较于热辐射驱动液滴运动来说，由于热辐射驱动液滴运动的热源为短距离固体热源，本方法的能量转换效率更高且具有更灵活的操作空间。

实施例3

一种驱动液体运动的方法，通过激光处理，驱动铁磁流体表面上的液滴运动，使磁流体成为化学反应平台

具体包括：

图9为将两个液滴运动前、运动过程、相遇进行化学反应的示意图；

铁磁流体表面滴加两个其他液滴(如图9(a1)所示液滴运动前示意图)，在所述液滴附近分别用光源照射(未聚焦的532nm连续激光)靠近所述铁磁流体，铁磁流体吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，光源照射形成的光斑，所述光斑靠近所述液滴，光斑处的铁磁流体表面产生向外(由光斑内向光斑外)流动的趋势和形成变形边沿，从而使所述液滴分别沿着铁磁流体的运动方向运动(如图9(a2)液滴运动过程示意图)，两个液滴相遇并进行的化学反应，得到图9(a3)(两个其他液滴相遇进行化学反应示意图)中的白色反应产物；

两个其他液滴为Na₂S液滴和Zn(Ac)₂液滴，均为疏油性液体，与所述铁磁流体不混溶，疏油性液体与铁磁流体形成低摩擦系数的液-液界面，有利于激光在表面上对液滴的驱动。

通过此方法，可以清楚地观察到白色反应产物，并通过驱动液滴的移动精确调控化学反应过程。通过此方法，可以实现无接触、精确、远程操控化学反应，作为化学反应的媒介。

实施例4

如图10所示，一种雕刻方法，包括：培养皿底面积为2375mm²,加入2.375ml铁磁流体，铁磁流体的厚度1mm，在未聚焦的532nm的连续激光(光斑直径约为0.5mm，激光功率1000mw)照射下，铁磁流体吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，铁磁流体发生形变形成通孔，通孔深度1mm。

实施例5

如图11所示，本实施例提供一种雕刻方法，包括：培养皿底面积为804mm²,加入0.21ml铁磁流体，铁磁流体的厚度250μm，热源(继电器，功率：2.94w，继电器温度：160℃)贴在培养皿侧壁，铁磁流体吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，靠近热源处的铁磁流体形成凹坑；

铁磁流体的厚度为250μm。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种产生马兰戈尼效应的方法，其特征在于，包括：用光源照射靠近溶液A，所述溶液A吸收能量产生局部温差，产生马兰戈尼效应，使溶液A形成通孔和/或凹坑；所述溶液A为400nm~700nm波长范围的吸收系数≥109.1cm^-1，表面张力随温度变化系数σT≥0.31mN m^-1K^-1的溶液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液A为铁磁流体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源波长为400nm-700nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括：在15~35℃室温条件下，用光源照射靠近溶液A，产生马兰戈尼效应。

5.一种基于权利要求1或2所述方法产生的马兰戈尼效应实现雕刻的方法，其特征在于，包括：光源照射靠近溶液A，产生马兰戈尼效应，使溶液A形成通孔和/或凹坑。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：通过调控所述光源移动或所述光源的形状，控制所述通孔和/或凹坑的形状。

7.一种基于权利要求1或2所述方法产生的马兰戈尼效应实现驱动液体运动的方法，其特征在于，包括：溶液A表面滴加其他液滴，光源照射靠近所述溶液A，产生马兰戈尼效应，驱动所述液滴运动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，具体包括：

溶液A溶液表面滴加其他液滴，在所述液滴附近用光源照射靠近所述溶液A，产生马兰戈尼效应；

通过调控所述光源移动或所述光源的衰减，驱动所述液滴运动。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，具体包括：在管道中装入溶液A，所述溶液A表面滴加其他液滴，用光源照射靠近所述溶液A的一端，产生马兰戈尼效应，驱动所述溶液A向另一端运动，以驱动所述液滴沿着管道定向运动。

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