CN114953431B - 一种包括加速冷凝涂层的装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种包括加速冷凝涂层的装置及其应用，所述装置包括基底和涂层，所述涂层部分覆盖所述基底；所述涂层在润湿状态下的水接触角不大于10°，所述基底在润湿状态下的水接触角为5至130°；所述涂层在润湿状态下的水接触角与所述基底在润湿状态下的水接触角的差在5°至130°。本申请提供的技术方案，能够实现冷凝位点的再生和表面冷凝效率的稳定提升，定向地从基底表面向凝胶纤维(涂层)泵送微型冷凝水滴，并使液滴能够在凝胶纤维表面自由滑动，以提升冷凝效率。

Description

一种包括加速冷凝涂层的装置及其应用

技术领域

本文涉及但不限于一种包括涂层的装置及其应用，尤其涉及但不限于一种包括能够加速冷凝的涂层的装置及其应用，更涉及但不限于一种能够驱动(冷凝)液滴定向运动和快速滑动的涂层及其应用。

背景技术

冷凝是一种自然界中无处不在的相变过程，目前也广泛应用于各行各业，在发电、水质净化、加热和冷却工艺中表现出巨大的潜力。此外近些年来，冷凝过程更是被用于缺水地区的水源开拓：通过设计促进冷凝的材料，加速器从空气中捕集水气作为新兴水源。越来越多的对冷凝过程的研究表明，基于新材料设计和纳米工程设计材料的界面微观结构和性质，能够有效提高冷凝效率，实现冷凝工艺节能降耗、绿色低碳。

基于对于冷凝现象深入探究，目前冷凝表面的设计策略主要集中于调控表面的微观几何形貌以及冷凝材料表面能的化学修饰。其目的主要是：提供充足的冷凝位点，并尽早促使冷凝液滴离开冷凝表面，防止冷凝位点在长期冷凝中的衰退失活，以维持高效冷凝。

现有技术中，往往依赖超疏水的表面防止液滴在表面的锚定，而超疏水结构需要结合微纳结构，往往需要通过模板腐蚀、光刻等精细的手段，一方面对冷凝基底的选择较为苛刻，另一方面大大加剧了现有技术方法的成本和复杂性。

此外，为了最终形成超疏水，往往需要使用三甲基氯硅烷、三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷、三甲氧基硅烷等含氯含氟试剂。此类试剂虽然表面能很低，具有良好的疏水性；但需要首先对待修饰的表面进行特定的预官能团化(如接枝上羟基、羧基等)，且后期聚合接枝所形成的涂层的化学稳定性和热稳性依然面临巨大挑战。且此类试剂都具有强挥发、强腐蚀、与水剧烈反应、易燃易爆、呼吸毒性等特点，对于实际的应用过程造成巨大的操作难度和安全隐患。

此外，疏水涂层带来的低表面能，虽然降低了水滴在表面的粘滞，但是却牺牲了冷凝表面的冷凝位点。疏水区域相比亲水区域，并不利于水蒸气的冷凝，无法为水蒸气提供充足和理想的冷凝位点。且疏水的有机涂层本身导热系数较低，会带来较大的热阻，不利于冷凝的发生。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本申请提供了一种绿色、低成本、高效的原位聚合凝胶涂层的技术方案，在原有各类基底之上，通过原位聚合凝胶纤维，实现定向地从基底表面向凝胶纤维泵送微型冷凝水滴，并使液滴能够在凝胶纤维表面自由滑动，以实现冷凝位点的再生和表面冷凝效率的稳定提升。

本申请提供了一种装置，包括基底和涂层，

所述涂层部分覆盖所述基底(的工作面)；

所述涂层在润湿状态下的水接触角不大于10°，所述基底在润湿状态下的水接触角为5至130°；

所述涂层在润湿状态下的水接触角与所述基底在润湿状态下的水接触角的差在5°至130°；

在本申请提供的一种实施方式中，接触角的差值为15°至120°；

在本申请提供的一种实施方式中，接触角的差值为30°至90°。

在本申请提供的所述装置中，所述装置包括由所述涂层在所述基底表面(工作面)形成的凸起，未被所述涂层覆盖的基底表面(工作面)相对于所述凸起记为凹陷，或，

所述装置(的工作面)包括设置有凸起和凹陷的基底，所述涂层覆盖在部分或全部的所述凸起和/或所述凹陷的表面，且所述涂层部分覆盖所述基底(的工作面)。

在本申请提供的一种实施方式中，所述凸起和凹陷均匀地分布在所述基底的工作面；

在本申请提供的一种实施方式中，可以使用凝胶纤维在平滑基底表面构成凸起，从而驱动液滴运动，加速冷凝。也可以在基底预先刻有凹凸结构，再在凸起或凹面内涂覆涂层材料。

在本申请提供的所述装置中，当所述涂层在所述基底表面形成凸起，或所述涂层在所述设置有凸起和凹陷的基底的凸起处时，相邻的所述凸起的中心线的距离与所述凸起垂直于基底工作面的截面中的与基底接触的长度的比为(1.2至20):1；

在本申请提供的一种实施方式中，所述凸起覆盖所述基底工作面面积的5％至83.3％。

所述凸起垂直于基底工作面的截面中的凸起结构的高和凸起与基底接触的长度的比为(0.1至2):1。

在本申请提供的所述装置中，所述涂层的材质为水凝胶；

在本申请提供的一种实施方式中，所述涂层的杨氏模量为0.1kPa至10⁶kPa；

在本申请提供的一种实施方式中，所述涂层的材质选自基于聚乙烯醇、聚乙二醇、壳聚糖、(聚)丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、(聚)多巴胺、透明质酸、聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙烯酸、海藻酸、海藻酸盐、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、琼脂糖、胶原、纤维蛋白和壳质中的任意一种或者更多种形成的水凝胶，或以其为骨架进行官能团修饰形成的水凝胶；

在本申请提供的一种实施方式中，所述水凝胶中的水含量为40wt.％至90wt.％；

在本申请提供的一种实施方式中，所述涂层中还可以包括加强剂，所述加强剂选自二氧化硅颗粒、二氧化硅微球、玻璃微球和云母纳米片中的任意一种或更多种。

在本申请提供的所述装置中，所述涂层的材质选自海藻酸盐与聚乙烯醇的交联产物的水凝胶、海藻酸钠与聚丙烯酰胺的交联产物的水凝胶、海藻酸钠与聚(N-异丙基丙烯酰胺)的交联产物的水凝胶、聚乙烯醇与聚(N-异丙基丙烯酰胺)的交联产物的水凝胶、聚丙烯酸和聚(N-异丙基丙烯酰胺)的交联产物的水凝胶、(聚)丙烯酰胺与(聚)多巴胺和(聚)N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的交联产物的水凝胶中的任意一种或更多种。

在本申请提供的所述装置中，所述基底的材质选自玻璃、石英、不锈钢、铜、铝、铁和有机高分子材料中的任意一种或更多种；所述有机高分子材料可以选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、玻璃纤维、聚酰亚胺、芳香聚酰胺和聚苯酯塑料等中的任意一种或更多种。

在本申请提供的所述装置中，所述基底经过预处理，预处理后的所述基底的表面Zeta电位与水凝胶的Zeta电位相反；

在本申请提供的一种实施方式中，所述基底的表面Zeta电位与所述水凝胶的Zeta电位的差值绝对值>5mV；

在本申请提供的一种实施方式中，所述基底还经过预冷冻，所述预冷的温度范围为0℃至-80℃，所述水凝胶固化在预冷冻的所述基底上；可以尽可能拓宽凝胶前驱溶液的粘度，以及凝胶聚合过程中自身强度，从而避免因涂层自身强度过低带来不确定性。

在本申请提供的一种实施方式中，预处理使用季铵盐(聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺类、氯代均三嗪类)等阳离子表面活性剂、磺酸盐/羧酸盐/硫酸盐/磷酸盐等阴离子表面活性剂中的任意一种或更多种，使用根据基底表面和凝胶表面电荷确定；可按照表1对基底进行预处理。

表1

基底	凝胶	表面活性剂
			阳离子	阴离子	强阳离子型
阴离子	阳离子	强阴离子型
			阳离子	阳离子	阴离子型
阴离子	阴离子	阳离子型

在本申请提供的一种实施方式中，还可以使用浓硫酸、过氧化氢和/或硅氧烷类物质对基底进行预处理，用以改变基底的亲疏水性质。

又一方面，本申请提供了上述的装置在(加速)冷凝、防雾、基于驱动液滴定向运动/响应外界刺激的智能微流控元器件中的应用；

在本申请提供的一种实施方式中，冷凝得到的液滴从所述基底向所述涂层表面定向移动，所述涂层表面的液滴沿所述涂层低阻力方向滑动。

所述定向移动和所述低阻力方向滑动这两个过程加速了液滴的自主、定向运动，促进冷凝位点快速再生和暴露。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为凝胶丝制备过程示意图；附图标记：①、涂覆基底；②、冷凝台；③、3D打印并联注射器喷嘴；④、流动微量注射泵。

图2为凝胶涂层表面干燥和湿润状态的扫描电子显微镜图。

图3为玻璃与涂覆加速冷凝涂层的玻璃的冷凝过程对比图。

图4为液滴在玻璃-凝胶丝界面的定向运动和快速滑动的示意图。

图5为实施例5不同参数下的冷凝效果统计图。

图6为玻璃表面有无涂层对冷凝过程中自身透光度的影响。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在以下实施例中，海藻酸钠，粘度范围是5cp至200cp(1wt％水溶液)，购自Sigma-Aldrich公司，W201502牌号；聚乙烯醇为聚合度1750的聚乙烯醇，购自国药试剂公司，30153160牌号；聚乙烯亚胺为分子量1800的聚乙烯亚胺，购自Sigma-Aldrich公司，408700牌号；玻璃为硅酸盐玻璃，购自盐城市飞舟玻璃有限公司。丙烯酰胺购买自Sigma-Aldrich公司，A8887牌号；多巴胺购买自国药试剂公司，编码号XW00623171；N,N’-亚甲基双丙烯酰胺购买自Sigma-Aldrich公司，146072牌号；N,N,N’,N’-四甲基乙二胺购买自国药试剂公司，编码号80125336。过硫酸铵购买自国药试剂公司，编码号10002616；选用的硫酸购买自国药试剂公司，编码号100021608；选用的过氧化氢购买自国药试剂公司，编码号10011208；三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷购买自Sigma-Aldrich公司，448931牌号。

实施例1

(1)凝胶的前驱溶液可以通过以下方法制备：

将海藻酸钠(SA)搅拌并溶解在超纯水中，室温下搅拌过夜，配制成一定质量分数的溶液。

称取一定量的聚乙烯醇(PVA)，在95℃的温度下搅拌形成溶液。

将SA和PVA溶液以1:1(v/v)的体积比例混合，并常温下搅拌1小时以形成均质溶液，作为凝胶丝的前驱溶液。

所用的海藻酸钠的粘度范围是40cp(1wt％水溶液)，聚乙烯醇的聚合度为1750。所配置的SA溶液的质量分数范围为2wt％，PVA溶液的质量分数范围为6wt％。

(2)冷凝基底的预处理可以通过以下方法实施：

聚乙烯亚胺(PEI)用超纯水配制成5wt.％浓度的水溶液。

依次用丙酮，无水乙醇，去离子水清洁玻璃板(玻璃板表面不存在凸起或凹陷，为水平玻璃板)，并自然风干。

然后将该玻璃板浸入上述PEI水溶液中30s，取出在室温下干燥。

选用的PEI的分子量平均范围为1800。

使得冷凝基底(玻璃板)的Zeta电位为+9.6mV。

(3)凝胶丝的制备和同步涂覆可以通过以下方法实施：

如图1所示，通过3D打印制造连续具有特定孔径和孔间距的注射器喷嘴流动注射凝胶丝前驱溶液。

在将凝胶丝涂覆到玻璃板上之前，待涂覆基底冷却至特定温度-15℃。

使用注射泵控制凝胶丝前体的注射速率，并将注射器喷嘴以特定扫速进行扫描。涂覆后，将玻璃板以353.15K储存在冰箱中2小时。然后将其浸入CaCl₂溶液中2h，然后取出在超纯水中重复浸泡冲洗1天，得到聚合完毕的凝胶丝(图2)。

所述凝胶丝的杨氏模量为0.8kPa，所述凝胶丝的含水量为73.3wt.％；凝胶丝在润湿状态下的水接触角为<1°，基底在润湿状态下的水接触角为52.9°。水凝胶丝的电位为-10.1mV。

上述3D打印并联注射器喷嘴的喷嘴孔直径为0.8mm，喷嘴孔心距为1.5mm(覆盖了53.3％的基底的工作面面积)。涂覆基底预冷却的温度范围为253.15K。流动注射泵的注射速率范围为1.5mL·min^-1，所对应的扫描速率(mm·min^-1)与注射速率(mL·min^-1)的比为3。选用的CaCl₂溶液浓度为0.25M，其中浸泡时间为30min。凝胶丝垂直于基底工作面的截面中的凸起结构的高度为0.4mm、凝胶丝垂直于基底工作面中的与基底接触的长度为1mm。

如图3所示，以玻璃为例，作为冷凝基底，通过上述过程在其上原位聚合凝胶丝。相比单纯的玻璃，冷凝效率提升83.6％。且冷凝水的收集过程稳定、均匀，说明冷凝的液滴经历了稳定的生长，到达一定尺寸后，定向地离开了冷凝表面。相比之下，传统单纯玻璃表面，冷凝速率较慢，且冷凝液滴离开玻璃的速率存在随机性，不稳定。这说明液滴的生长过程并不可控，并且不能及时离开冷凝表面；冷凝液滴存在明显的过渡生长，液滴状冷凝逐步过渡到液膜状冷凝，冷凝效率下降。

此外，如图4所示，改加速冷凝水凝胶涂层实现了微米级液滴从玻璃表面向凝胶纤维定向的泵送，并使液滴能够在凝胶纤维表面自由滑动，以实现冷凝位点的再生和表面冷凝效率的稳定提升。这一特点不仅能够用于优化冷凝表面的设计，更可以指导和用于设计和制备能够响应外界刺激、智能的微流控元器件。

实施例2

(1)凝胶的前驱溶液可以通过以下方法制备：

凝胶前驱液使用0.35g丙烯酰胺和0.1g多巴胺粉末共混，700rpm搅拌一段时间溶解于40mL水中。在上述溶液中加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺10mg，搅拌15min，形成溶液A。将0.3g过硫酸铵搅拌溶解于10mL水中形成溶液B。之后，向溶液A中加入过硫酸铵溶液B和10μL的N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，氮气保护下预反应30min。

(2)冷凝基底的预处理可以通过以下方法实施：

聚乙烯亚胺(PEI)用超纯水配制成5wt.％浓度的水溶液。

依次用丙酮，无水乙醇，去离子水清洁玻璃板(玻璃板表面不存在凸起或凹陷，为水平玻璃板)，并自然风干。

然后将该玻璃板浸入上述PEI水溶液中30s，取出在室温下干燥。

选用的PEI的分子量平均范围为1800。

使得冷凝基底的Zeta电位为+9.6mV。

(3)凝胶丝的制备和同步涂覆可以通过以下方法实施：

将处理后的玻璃预冷却至-10℃，取出后，通过3D打印制造连续具有特定孔径和孔间距的注射器喷嘴流动注射凝胶丝前驱溶液。3D打印并联注射器喷嘴的喷嘴孔直径为0.8mm，喷嘴孔心距为1.5mm(覆盖了53.3％的基底的工作面面积)。使用注射泵控制凝胶丝前体的注射速率，并将注射器喷嘴以特定扫速进行扫描。涂覆后，将玻璃板以353.15K储存在冰箱中2小时。取出后升温至0℃，再放入冰箱2小时。如此循环3次。最后将玻璃板置于冰箱中12小时过夜。

所述凝胶丝的杨氏模量为0.7kPa，所述凝胶丝的含水量为62.8wt.％；凝胶丝在润湿状态下的水接触角为～1°，基底在润湿状态下的水接触角为52.9°。凝胶丝垂直于基底工作面的截面中的凸起结构的高度为0.4mm、凝胶丝垂直于基底工作面中的与基底接触的长度为1mm。凝胶丝的Zeta电位为-0.3mV。

由此制得的涂覆有聚丙烯酰胺和聚多巴胺凝胶纤维的装置在2h内收集到的冷凝水为856.77g m^-2，相比单纯普通玻璃板表面提高78.1％，与海藻酸钠-聚乙烯醇共混凝胶的效果接近。

实施例3

采用与实施例1一致的凝胶的前驱溶液，区别仅在于本实施例对于玻璃板基底进行不同的处理，其他原料和操作以及相关参数与实施例1完全相同：

基底亲水化处理：将洗干净的玻璃板置于浓硫酸和30％过氧化氢的混合(7:3)溶液中，80℃加热30min。取出，纯水洗涤干净。此时玻璃湿润状态下，接触角～5°。与实施例1相同同样通过PEI涂覆后，其表面电荷为+9.6mV。

凝胶丝的制备和同步涂覆与实施例1相同。

所得凝胶湿润状态下接触角<1°，与基底亲水玻璃的接触角差为～5°。

由此制得的亲水玻璃上涂覆有海藻酸钠-聚乙烯醇凝胶纤维的装置2h收集的冷凝水为562.38g m^-2，相比单纯普通玻璃板表面提高16.9％，依然有一定提升效果。

实施例4

采用与实施例1一致的凝胶的前驱溶液，区别仅在于本实施例对于玻璃板基底进行不同的处理，其他原料和操作即相关参数与实施例1完全相同：

疏水化处理：依次用丙酮，无水乙醇，去离子水清洁玻璃板，并自然控干。

将玻璃置于含有三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷气体的密闭容器中反应，取出后80℃烘干。此时，玻璃湿润状态的接触角为～129.8°。与实施例1相同同样通过PEI涂覆后，其表面电荷为+9.6mV。

所得凝胶湿润状态下接触角<1°，与基底亲水玻璃的接触角差为～130°。

由此制得的亲水玻璃上涂覆有海藻酸钠-聚乙烯醇凝胶纤维的装置2h收集的冷凝水为553.99g m^-2，相比单纯普通玻璃板表面提高15.2％，依然有一定提升效果。

对比例1

采用与实施例1一致的凝胶的前驱溶液，区别仅在于本对比例对于玻璃板基底进行不同的处理，其他原料和操作即相关参数与实施例1完全相同：

超疏水化：将洗干净的玻璃板置于浓硫酸和30％过氧化氢的混合(7:3)溶液中，80℃加热30min。取出，纯水洗涤干净。

将玻璃置于含有三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷气体的密闭容器中，80℃反应2h，取出，80℃烘干。此时，玻璃湿润状态的接触角为～158.9°。与实施例1相同同样通过PEI涂覆后，其表面电荷为+9.6mV。

所得凝胶湿润状态下接触角<1°，与基地亲水玻璃的接触角差为～159°。

由此制得的亲水玻璃上涂覆有海藻酸钠-聚乙烯醇凝胶纤维的装置2h收集的冷凝水为493.84g m^-2，相比单纯普通玻璃板表面提高2.7％，提升效果并不明显。

实施例5

采用与实施例1一致的凝胶的前驱溶液，在石英玻璃和不锈钢表面分别制备凝胶丝。本实施例与实施例1的区别仅在于：

不锈钢片表面一次用180目、400目和800目的砂纸依次打磨，至表面基本平整。依次用丙酮，无水乙醇，去离子水清洁石英板和不锈钢片，氮气吹干。

聚乙烯亚胺(PEI)用超纯水配制成5wt.％浓度的水溶液。然后将该石英板浸入上述PEI水溶液中30s，取出在室温下干燥。基底在润湿状态下的水接触角分别为不锈钢板39.6°和石英板34.2°。与实施例1相同同样均通过PEI涂覆后，其表面电荷为+9.6mV。

在将凝胶丝涂覆到玻璃板上之前，待涂覆基底冷却至特定温度-10℃。

由此制得的亲水玻璃上涂覆有海藻酸钠-聚乙烯醇凝胶纤维的装置2h收集的冷凝水相比单纯普通石英板和不锈钢片表面提高58.2％(不锈钢板)和60.8％(石英板)，提升效果明显。

实施例6

本实施例与实施例1的区别仅在于，按照实施例1中的方法制备了一系列凸起的中心线的距离与所述凸起垂直于基底工作面的截面中的与基底接触的长度的比例不同的冷凝涂层，其具体比例分别为2:1，3:1，5:1，20:1(凝胶纤维直径为1mm，凝胶纤维中心线的间距为2mm、3mm、5mm和2cm)。其冷凝效果如图5所示。

可以看到，只要在基底上涂覆了冷凝涂层，即使凸起的中心线的距离与所述凸起垂直于基底工作面的截面中的与基底接触的长度的比例不同，都能够有效提高冷凝的效率(单纯基底玻璃2h收集的冷凝水质量为481.03g m^-2)。

对比例2

本对比例与实施例1的区别仅在于，用实施例1中的凝胶前驱体配方和同样前处理完的玻璃，利用刮涂的方式，将前驱体以0.1mm的厚度涂覆于整个玻璃表面，将氯化钙溶液雾化分涂于前驱体表面，空气中静置10min，将上述玻璃浸没于氯化钙和硼酸钠的溶液中一段时间；然后取出在超纯水中重复浸泡冲洗1天，得到聚合完毕的凝胶膜。

通过测试发现单纯凝胶膜的2h冷凝水收集量为：486.67g m^-2，相比单纯玻璃提升仅仅1.17％，不具有明显的强化冷凝的效果。

此外，本专利所提供的技术也表现出了出色的防雾性能。如图6所示，具有本涂层玻璃表面，在冷凝过程中不会出现起雾现象，透光率能够一直得到保证。图6中，凝胶纤维1为相邻的所述凸起的中心线的距离与所述凸起垂直于基底工作面的截面中的与基底接触的长度的比为1.4:1；凝胶纤维2为相邻的所述凸起的中心线的距离与所述凸起垂直于基底工作面的截面中的与基底接触的长度的比为2:1；凝胶纤维3为相邻的所述凸起的中心线的距离与所述凸起垂直于基底工作面的截面中的与基底接触的长度的比为3:1。

此外，本申请提供的技术方案中所用到的海藻酸钠、聚乙烯醇，多被用于医学领域作为人造组织的基本材质，具有良好的生物相容性，不具有生物毒性。且原位聚合过程不需要用到有机溶剂，绿色环保。且整体制备工艺简单，成本较低，易于放大实施，具有良好的工业化前景。

本申请提供一种原位聚合凝胶涂层的技术方案，能够实现冷凝位点的再生和表面冷凝效率的稳定提升。

本申请提供的技术方案在原有基底之上，定向地从基底表面向凝胶纤维(涂层)泵送微型冷凝水滴，并使液滴能够在凝胶纤维表面自由滑动，以提升冷凝效率。

本申请提供的涂层还可以为例如丝状(或长或短、连续或者断断续续)结构。

Claims (11)

1.一种加速冷凝的装置，包括基底和涂层，其特征在于，

所述涂层部分覆盖所述基底；

所述涂层在润湿状态下的水接触角不大于10°，所述基底在润湿状态下的水接触角为5至52.9°；

所述装置包括由所述涂层在所述基底表面形成的凸起，未被所述涂层覆盖的基底表面相对于所述凸起记为凹陷，或，

所述装置包括设置有凸起和凹陷的基底，所述涂层覆盖在部分或全部的所述凸起和/或所述凹陷的表面，且所述涂层部分覆盖所述基底；

当所述涂层在所述基底表面形成凸起，或所述涂层在所述设置有凸起和凹陷的基底的凸起处时，相邻的所述凸起的中心线的距离与所述凸起垂直于基底工作面的截面中的与基底接触的长度的比为(1.2至20):1；

所述凸起垂直于基底工作面的截面中的凸起结构的高和凸起与基底接触的长度的比为(0.1至2):1；

所述涂层的材质为通过原位聚合形成的凝胶丝；冷凝得到的液滴从所述基底未被所述涂层覆盖的表面向所述涂层中定向移动，所述涂层中的液滴沿所述涂层低阻力方向滑动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涂层的杨氏模量为0.1kPa至10⁶kPa。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涂层的材质选自基于聚乙烯醇、聚乙二醇、壳聚糖、聚丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚多巴胺、聚N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、透明质酸、聚N-乙烯基-2-吡咯烷酮、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙烯酸、海藻酸、海藻酸盐、聚甲基丙烯酸羟乙酯、琼脂糖、胶原、纤维蛋白和壳质中的任意一种或者更多种形成的凝胶丝。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凝胶丝中的水含量为40wt.%至90wt.%。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涂层中还包括加强剂，所述加强剂选自二氧化硅颗粒、玻璃微球和云母纳米片中的任意一种或更多种。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涂层的材质选自海藻酸盐与聚乙烯醇的交联产物的凝胶丝、海藻酸钠与聚丙烯酰胺的交联产物的凝胶丝、海藻酸钠与聚N-异丙基丙烯酰胺的交联产物的凝胶丝、聚乙烯醇与聚N-异丙基丙烯酰胺的交联产物的凝胶丝、聚丙烯酸和聚N-异丙基丙烯酰胺的交联产物、聚丙烯酰胺与聚多巴胺和聚N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的交联产物的凝胶丝中的任意一种或更多种。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基底的材质选自玻璃、石英、不锈钢、铜、铝、铁和有机高分子材料中的任意一种或更多种。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述基底经过预处理，预处理后的所述基底的表面Zeta电位与所述凝胶丝的Zeta电位相反。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述基底的表面Zeta电位与所述凝胶丝的Zeta电位的差值绝对值>5mV。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述基底还经过预冷，所述预冷的温度范围为0℃至-80℃，所述凝胶丝固化在预冷的所述基底上。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置在冷凝、防雾、基于驱动液滴定向运动的智能微流控元器件或响应外界刺激的智能微流控元器件中的应用。

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