一种基于电润湿技术的微流体阀装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电润湿技术的微流体阀装置。该装置包括上基板、下基板以及位于上下基板之间的微流体隔层，所述上基板（11）和下基板（12）在靠近微流体隔层（10）一侧分别设置有上导电层（13）、下导电层（14），在所述的上导电层（13）的下表面设有上疏水介质层（15），在下导电层（14）的上表面设有下疏水介质层（16）；所述微流体隔层（10）是多孔的海绵状材料；所述微流体隔层（10）的外表面以及内部结构表面均覆盖有一层中间疏水介质层（17）。通过在微流体隔层与某个基板之间施加电压，可借助电润湿特性使位于该基板和隔层中间的水性流体过滤到隔层的另一侧；与此对应的，在另一基板与隔层之间施加电压，可使水性流体过滤回初始的一侧，从而实现动态可调的流体阀功能。
【专利说明】—种基于电润湿技术的微流体阀装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微流体阀装置，特别是一种基于超轻型石墨烯微流体阀装置。
【背景技术】
[0002]电润湿技术是近年来得到广泛应用研究的新型微流体技术，其具有功耗低、响应速度快、器件结构简单、体积小等特点。基于电润湿技术的新型微流体阀同时还有动作可靠、响应快速和易于连续控制等优势，具备优异的应用价值。但是目前主要的电润湿微流体阀依赖微机械电子工艺，具有较为复杂精密的微观机械结构，加工工艺复杂，尤其在涉及到多相流体的操控时，对特定流体的过滤、阻隔以及可回复操作都是目前面临的主要难题。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明所要解决的技术问题是提供一种电润湿微流体阀装置，该装置可以精确实现多相流体的过滤，阻隔以及可回复操作，且不需要制备复杂的微机械电子部件。
[0004]技术方案:本发明的一种基于电润湿技术的微流体阀装置包括上基板、下基板以及位于上下基板之间的微流体隔层，所述上基板和下基板在靠近微流体隔层一侧分别设置有上导电层、下导电层，在所述的上导电层的下表面设有上疏水介质层，在下导电层的上表面设有下疏水介质层；所述微流体隔层是多孔的海绵状材料；所述微流体隔层的外表面以及内部结构表面均覆盖有一层中间疏水介质层。
[0005]所述的上疏水介质层、下疏水介质层和中间疏水介质层为与水性流体接触角大于90°的疏水介质层。
[0006]所述微流体隔层是多孔的海绵状石墨烯。
[0007]有益效果:与现有技术相比，本发明的电润湿微流体阀装置不依赖复杂的微机械电子部件，充分利用微流体隔层的超疏水性和较好的亲油性，即可实现油性流体的过滤，水性流体的阻隔，以及油性和水性混合流体的分离等多重功能。此外，通过在微流体隔层与某个基板之间施加电压，可借助电润湿特性使位于该基板和隔层中间的水性流体过滤到隔层的另一侧；与此对应的，在另一基板与隔层之间施加电压，可使水性流体过滤回初始的一侧，从而实现动态可调的流体阀功能。石墨烯具备优异的导电性能，可制备成微流体阀的电极材料，经过疏水介质层修饰过的海绵状石墨烯块状材料，质轻且满足电润湿工作条件，可实现对微流体的动态操控。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明电润湿微流体阀装置的立体示意图；
[0009]图2是本发明电润湿微流体阀装置在关态时，过滤油性流体的示意图；
[0010]图3是本发明电润湿微流体阀装置在关态时，阻隔水性流体的示意图；
[0011]图4是本发明电润湿微流体阀装置在开态时，过滤水性流体的示意图。[0012]以上的图中包括:微流体隔层10、上基板11、下基板12、上导电层13、下导电层14、上疏水介质层15、下疏水介质层16、中间疏水介质层17、海绵状石墨烯18、油性流体19、水性流体20。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0014]本发明的微流体阀装置，包括微流体隔层和上下两个基板；该微流体隔层是由块状多孔材料制成；该微流体隔层外表面和多孔内结构表面均覆盖有一层疏水介质层，其材质可以是含氟聚合物，如聚四氟乙烯；该微流体隔层具有亲油性和超疏水性，表现为与油性流体接触角小于90°，与水性流体接触角大于150° ;该上下两个基板分别分布于微流体隔层的两侧；该上下基板在靠近隔层一侧表面各有一个导电层，导电层表面都均匀覆盖有疏水介质层。利用微流体隔层的亲油性和疏水性，可以实现油性流体的过滤，水性流体的阻隔，以及油性和水性混合流体的分离等功能。此外，通过在微流体隔层与某个基板之间施加电压，可借助电润湿特性使位于该基板和隔层中间的水性流体过滤到隔层的另一侧；与此对应的，在另一基板与隔层之间施加电压，可使水性流体过滤回初始的一侧，从而实现动态可调的流体阀功能。
[0015]其中，微流体隔层由海绵状石墨烯材料制成。
[0016]根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0017]如图1所示为电润湿微流体阀装置的立体示意图，一种电润湿微流体阀装置，包括上基板11、下基板12以及位于上下基板之间的微流体隔层10。上基板11在靠近微流体隔层10的一侧设置有上疏水介质层15。下基板12在靠近微流体隔层10的一侧设置有下疏水介质层16。在上基板11与上疏水介质层15之间设置有上导电层13。下基板12与下疏水介质层16之间设置有下导电层14。微流体隔层10的核心部件是海绵状石墨烯18，海绵状石墨烯18外表面以及内结构表面都均匀覆盖有一层中间疏水介质层17。
[0018]该上基板11与下基板12采用材质的要求包括:机械强度高、耐热耐寒、耐油性、耐水性、良好的透明性。实际应用中，上基板11以及下基板12与微流体隔层10之间均各自形成一个独立的流体腔，从而使该发明提出的设计产生作用。该上电极层13和下电极层14由透明导电材质制成，如氧化铟锡。在本实施方案中上电极层13及下电极层14起到接地的作用，海绵状石墨烯18起到施加驱动信号的作用，两者也可调换使用，即对上电极层13或下电极层14施加驱动信号，对海绵状石墨烯18施加接地信号。该上疏水介质层15，下疏水介质层16及中间疏水介质层17均由透明材质制成，如单层疏水性的透明非晶态含氟聚合物，或者在透明无机或者有机介质层表面沉积此含氟聚合物，本发明中利用AF1600。
[0019]如图2是图1所示装置在关态时，过滤油性流体的示意图。由于中间疏水介质层17与油性流体的接触角通常小于90°，结合海绵状石墨烯18的多孔状结构，产生了较好的亲油特性，可有效地起到过滤的作用，使油性流体顺利穿透微流体隔层10。
[0020]如图3是图1所示装置在关态时，阻隔水性流体的示意图。由于中间疏水介质层17与水性流体的接触角通常大于90°，结合海绵状石墨烯18的多孔状结构，产生了理想的超疏水特性，起到阻隔水性流体的作用，利用液体表面张力产生了微阀功能。
[0021]如图4是图1所示装置在开态时，过滤水性流体的示意图。在海绵状石墨烯18与上电极层13之间施加电压，通过电润湿效应，可以克服水性流体较强的表面张力，从而使微流体阀由关闭的状态转换为开启的状态，使水性流体穿透微流体隔层10。
[0022]与现有技术相比，本发明的电润湿微流体阀装置采用微流体隔层10做成微阀。该微阀不依赖复杂的微机械电子加工工艺，仅依靠多孔状材料的亲油和超疏水特性，实现油性流体的过滤，水性流体的阻隔，以及油性和水性混合流体的分离等多重功能。此外，通过在微流体隔层10与某个基板之间施加电压，可借助电润湿特性使位于该基板和隔层中间的水性流体过滤到隔层的另一侧，而在另一基板与隔层之间施加电压后，可使水性流体过滤回初始的一侧，从而实现动态可调的流体阀功能。
[0023]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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。
【权利要求】
1.一种基于电润湿技术的微流体阀装置，其特征在于该装置包括上基板、下基板以及位于上下基板之间的微流体隔层，所述上基板(11)和下基板(12)在靠近微流体隔层(10)一侧分别设置有上导电层(13)、下导电层(14)，在所述的上导电层(13)的下表面设有上疏水介质层(15)，在下导电层(14)的上表面设有下疏水介质层(16);所述微流体隔层(10)是多孔的海绵状材料；所述微流体隔层(10)的外表面以及内部结构表面均覆盖有一层中间疏水介质层(17)。
2.根据权利要求1所述的基于电润湿技术的微流体阀装置，其特征在于:所述的上疏水介质层(15)、下疏水介质层(16)和中间疏水介质层(17)为与水性流体接触角大于90°的疏水介质层。
3.根据权利要求1或2所述的基于电润湿技术的微流体阀装置，其特征在于:所述微流体隔层(10)是多孔的海绵状石墨烯(18)。
【文档编号】B01L3/00GK103470852SQ201310415931
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】吴俊 , 夏军 申请人:东南大学