一种液滴输运路径可控的柔性薄膜及其制备方法和应用

1.本发明涉及液滴输运技术领域，尤其涉及一种液滴输运路径可控的柔性薄膜及其制备方法和应用。


背景技术：

2.液滴输运在人类生活的诸多方面都有着重要的应用，比如从空气中收集到的液滴需要输运至储水区；冷凝器或芯片表面的热耗散可以通过液滴的输运实现；临床医学中药物的靶向传递等等。这些都与材料表面的微/纳米结构和液滴输运路径的设计密切相关。
3.在材料表面制备浸润性梯度、形状梯度或各向异性微结构阵列是研究人员设计与制备液滴输运功能表面的首选，但利用传统化学修饰或物理刻蚀方法制备的表面，只能实现液滴的单向输运，且容易引起较大的接触角滞后现象。尽管研究人员通过仿生猪笼草表面制备出多种具有较小接触角滞后的润滑表面，但由于润滑液充满整个表面，使浸润性梯度或各向异性微结构阵列无法实现，致使液滴的输运只能在重力或形状梯度作用下实现。然而，在微流控、生物分析设备等领域对液滴输运路径的可控性具有较高的要求，因此，具有功能可调的智能表面的研究已成为科研人员的关注重点。
4.磁场因具有无接触、响应快等优点而被广泛应用于操控磁性表面，研究人员通过磁场调控微结构阵列的倾斜或弯曲变形，制备了多种可呈现浸润性梯度或各向异性微结构的表面，用于液滴的可逆输运。例如，chen等人(chen,g.；gao,y.b.；li,m.z.；ji,b.；tong,r.；law,m.k.；wen,w.j.；zhou,b.p.rapid and flexible actuation of droplets via a low adhesive and deformable magnetically functionalized membrane.j mater sci 2018,53(18),13253-13263.)设计了一种周围固定，中间悬空的微米尺度薄膜，施加磁场，磁场正上方的薄膜会被磁铁向下吸引而产生宏观大变形(凹陷)，置于表面的液滴，在重力作用下，会自动滚动至薄膜表面上的最低点，其可输运液滴的最大体积为20μl，但是宏观大变形致使此类薄膜在很多工程中并不适用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种液滴输运路径可控的柔性薄膜及其制备方法和应用，本发明提供的薄膜无需产生宏观大变形就能实现液滴沿任意路径传输，实用性更强。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种液滴输运路径可控的柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
8.将硅胶对应的主剂、固化剂和磁粉混合，得到含磁颗粒的悬浊液；所述磁粉的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的20～140％；
9.将所述含磁颗粒的悬浊液和硅胶软化剂混合，得到含磁颗粒和软化剂的悬浊液；所述硅胶软化剂的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的40％以下；
10.将所述含磁颗粒和软化剂的悬浊液成膜，固化后得到固体薄膜；
11.将所述固体薄膜在润滑油中浸泡，取出后得到液滴输运路径可控的柔性薄膜。
12.优选的，所述浸泡的时间为5～30分钟。
13.优选的，所述润滑油包括硅油。
14.优选的，所述磁粉的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的80～120％。
15.优选的，所述硅胶软化剂的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的10～40％。
16.优选的，所述硅胶为铂金硅胶，所述铂金硅胶对应的主剂和固化剂的质量比为1:1。
17.优选的，所述磁粉为羰基铁粉、四氧化三铁、三氧化二铁、钕铁硼和羟基铁粉中的一种或多种；所述磁粉的粒径为1～3μm。
18.本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的液滴输运路径可控的柔性薄膜，包括硅胶基体、软化剂和磁粉；所述软化剂和磁粉分散在硅胶基体中，所述柔性薄膜表面包覆有润滑油。
19.优选的，所述液滴输运路径可控的柔性薄膜的厚度为250～2000μm。
20.本发明提供了上述方案所述柔性薄膜在磁场作用下输运液滴的应用。
21.本发明提供了一种液滴输运路径可控的柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：将硅胶对应的主剂、固化剂和磁粉混合，得到含磁颗粒的悬浊液；所述磁粉的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的20～140％；将所述含磁颗粒的悬浊液和硅胶软化剂混合，得到含磁颗粒和软化剂的悬浊液；所述硅胶软化剂的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的40％以下；将所述含磁颗粒和软化剂的悬浊液成膜，固化后得到固体薄膜；将所述固体薄膜在润滑油中浸泡，取出后得到液滴输运路径可控的柔性薄膜。
22.本发明以硅胶作为柔性基体，向硅胶中加入一定量的软化剂控制薄膜的柔软程度，将磁铁放在柔性薄膜下面时，由于薄膜为柔性且内含有磁颗粒，施加磁铁后，磁颗粒会携带其周围的聚合物基体沿磁感应线排列，致使原本光滑的表面(图2中的initial state)变为粗糙表面(图2中的second state)，而距离磁铁较远的表面依然保持光滑(如图15中的粗糙区域a区和光滑区域b区)。粗糙表面的浸润性较低，光滑表面的浸润性较高。图15中的a区和b区之间的c区，属于浸润性从低到高的过渡区域(此过渡区域成为浸润性梯度区域)。将水滴放在浸润性梯度区域处，水滴会自发从低浸润性区域(粗糙区域)移动到高浸润区域(光滑表面)。
23.基于这种驱动液滴的方法，本发明将环形磁铁(如图18，环形边缘b点处磁场强度较大，环形中心a点处磁场强度为0)置于表面底部，会诱发表面产生环形的粗糙区域，且从内到外区域的浸润性呈现逐渐减弱的趋势，呈现出径向的浸润性梯度(中心位置浸润性最强，边缘位置浸润性最弱)，将水滴放在此种浸润性梯度表面，水滴会自发向环形中心位置移动。由于中心位置的浸润性要高于四周区域的浸润性，所以水滴会被限制在中心位置处。当移动环形磁铁时，表面原本光滑的区域随着磁场的到来，也变的粗糙，而原本粗糙的区域，由于磁场的远离，也变的光滑，这样呈现的结果就是：带有径向浸润性梯度环形区域会随着底部磁场的移动而移动，在移动中，水滴会一直被限制在环形区域内，由此实现了水滴沿任意路径的转移。
24.虽然本发明的柔性薄膜表面在磁场作用下从光滑变为粗糙，但只是在微米尺度上的变化，所以水滴的运动可以认为完全是在水平面上，无需产生宏观大变形就能实现液滴沿任意路径传输，实用性更强。
附图说明
25.图1为羰基铁粉在不同放大倍数下的sem图；
26.图2为柔性薄膜表面所处的三种状态；
27.图3为三维共聚焦显微镜图像和线粗糙度轮廓图，(a1)～(a3)为matrix
500
/cip
100
/softener0表面的三种状态，(a1)初始状态，ra＝0.16μm，(a2)第二状态，ra＝0.46μm，(a3)第三状态，ra＝0.15μm。(b1)～(b3)为matrix
500
/cip
100
/softener
40
表面的三种状态，(b1)初始状态，ra＝0.16μm，(b2)第二状态，ra＝1.71μm，(b3)第三状态，ra＝0.16μm；
28.图4为软化剂含量对薄膜表面粗糙度的影响图；
29.图5为磁颗粒含量对粗糙度的影响(a)和不同磁颗粒含量的薄膜在磁场中的示意图(b)；
30.图6为薄膜厚度对粗糙度的影响；
31.图7为matrix
500
/cip
100
/softener
40
表面浸泡润滑油之前，液滴在初始状态的接触角拍摄图片；
32.图8为matrix
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/softener
40
表面浸泡润滑油之前，液滴在第二状态的接触角拍摄图片；
33.图9为matrix
500
/cip
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40
表面在润滑油中浸泡不同时间后初始状态下粗糙表面的三维共聚焦显微镜图像和线粗糙度轮廓图，(a)为浸泡5分钟，(b)为浸泡10分钟，(c)为浸泡15分钟，(d)为浸泡20分钟，(e)为浸泡25分钟，(f)为浸泡30分钟；
34.图10为matrix
500
/cip
100
/softener
40
表面在润滑油中浸泡不同时间后第二状态下粗糙表面的三维共聚焦显微镜图像和线粗糙度轮廓图，(a)为浸泡5分钟，(b)为浸泡10分钟，(c)为浸泡15分钟，(d)为浸泡20分钟，(e)为浸泡25分钟，(f)为浸泡30分钟；
35.图11为matrix
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/softener
40
表面在浸泡不同时间时的粗糙度；
36.图12为matrix
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40
表面在浸泡不同时间时的接触角和滑动角；
37.图13为反复施加和撤去磁铁接触角的稳定性；
38.图14为反复施加和撤去磁铁滑动角的稳定性；
39.图15为液滴定向输运的示意图；
40.图16为液滴连续输运的实验拍摄图；
41.图17为可移动浸润性梯度形成的示意图；
42.图18为环形磁铁的照片；
43.图19为表面环形区域的三维共聚焦显微镜图像；
44.图20为表面环形区域截面轮廓图；
45.图21为星形输运路径；
46.图22为w形输运路径；
47.图23为z形输运路径；
48.图24为带拐点的直线形输运路径。
具体实施方式
49.本发明提供了一种液滴输运路径可控的柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
50.将硅胶对应的主剂、固化剂和磁粉混合，得到含磁颗粒的悬浊液；所述磁粉的质量
为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的20～140％；
51.将所述含磁颗粒的悬浊液和硅胶软化剂混合，得到含磁颗粒和软化剂的悬浊液；所述硅胶软化剂的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的40％以下；
52.将所述含磁颗粒和软化剂的悬浊液成膜，固化后得到固体薄膜；
53.将所述固体薄膜在润滑油中浸泡，取出后得到液滴输运路径可控的柔性薄膜。
54.在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
55.本发明将硅胶对应的主剂、固化剂和磁粉混合，得到含磁颗粒的悬浊液。
56.在本发明中，所述硅胶优选为铂金硅胶；所述硅胶对应的主剂和固化剂均为本领域熟知的市售商品。在本发明中，当所述硅胶为铂金硅胶时，选用的主剂为smooth-on-30b，固化剂为smooth-on-30a，均购自北京三景信德科技有限公司。在本发明中，所述铂金硅胶对应的主剂和固化剂的质量比优选为1:1。
57.在本发明中，所述磁粉优选为羰基铁粉、四氧化三铁、三氧化二铁、钕铁硼和羟基铁粉中的一种或多种，在本发明的实施例中，具体为羰基铁粉。所述磁粉的粒径优选为1～3μm。在本发明中，所述磁粉的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的20～140％，优选为80～120％，更优选为100％。本发明通过控制磁粉的添加量在上述范围，有利于提高柔性薄膜对磁场的响应。在本发明的实施例中，所述羰基铁粉购自德国巴斯夫(basf se)公司，此外，在淘宝网也可以购买得到。
58.本发明对所述硅胶对应的主剂、固化剂和磁粉混合的方式没有特殊要求，能够将三者混合均匀即可。在本发明的实施例中，具体是搅拌3分钟。
59.得到含磁颗粒的悬浊液后，本发明将所述含磁颗粒的悬浊液和硅胶软化剂混合，得到含磁颗粒和软化剂的悬浊液。
60.本发明对所述硅胶软化剂没有任何特殊的限定，本领域熟知的硅胶软化剂均可。在本发明的实施例中，所述硅胶软化剂购自北京三景信德科技有限公司，为直接对应本实施例中硅胶(smooth-on)的软化剂，名称为softener。
61.在本发明中，所述硅胶软化剂的质量为硅胶对应的主剂和固化剂总质量的40％以下，优选为10～40％，更优选为30～40％，最优选为40％。本发明控制硅胶软化剂的添加量在上述范围，可以确保柔性薄膜在撤去磁场后表面仍能回到初始状态，实现液滴的可逆输运。
62.本发明对所述含磁颗粒的悬浊液和硅胶软化剂混合的方式没有特殊要求，采用本领域熟知的混合方式即可。在本发明的实施例中，具体是机械搅拌3分钟。
63.得到含磁颗粒和软化剂的悬浊液后，本发明将所述含磁颗粒和软化剂的悬浊液成膜，固化后得到固体薄膜。
64.本发明对所述成膜的方式没有特殊要求，采用本领域熟知的成膜方式即可。在本发明的实施例中，具体是将悬浊液倒在玻璃片上，利用刮片法刮成膜。
65.本发明对所述固化的条件没有特殊要求，采用本领域熟知的固化条件即可。在本发明的实施例中，具体是将含有液体薄膜的玻璃片放入干燥箱中，在70℃条件下加热10分钟，液体薄膜固化成固体薄膜。
66.得到固体薄膜后，本发明将所述固体薄膜在润滑油中浸泡，取出后得到液滴输运路径可控的柔性薄膜。
67.在本发明中，所述润滑油优选包括硅油。本发明对所述润滑油的用量没有特殊要求，能够将固体薄膜浸没即可。在本发明中，所述浸泡的时间优选为5～30分钟，更优选为10～20分钟，最优选为15分钟。本发明在润滑油中浸泡一段时间，可以改善固体薄膜的接触角滞后现象。本发明通过控制浸泡的时间，确保液滴在柔性薄膜表面容易驱动。
68.本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的液滴输运路径可控的柔性薄膜，包括硅胶基体、软化剂和磁粉；所述软化剂和磁粉分散在硅胶基体中，所述柔性薄膜表面包覆有润滑油。
69.在本发明中，所述液滴输运路径可控的柔性薄膜的厚度优选为250～2000μm，更优选为250～1000μm，进一步优选为500μm。本发明通过控制柔性薄膜厚度在上述范围，保证柔性薄膜具有良好的磁响应。
70.本发明提供了上述方案所述柔性薄膜在磁场作用下输运液滴的应用。
71.本发明以硅胶作为柔性基体，向硅胶中加入一定量的软化剂控制薄膜的柔软程度，将磁铁放在柔性薄膜下面时，由于薄膜为柔性且内含有磁颗粒，施加磁铁后，磁颗粒会携带其周围的聚合物基体沿磁感应线排列，致使原本光滑的表面(图2中的initial state)变为粗糙表面(图2中的second state)，而距离磁铁较远的表面依然保持光滑(如图15中的粗糙区域a区和光滑区域b区)。粗糙表面的浸润性较低，光滑表面的浸润性较高。图15中的a区和b区之间的c区，属于浸润性从低到高的过渡区域(此过渡区域成为浸润性梯度区域)。将水滴放在浸润性梯度区域处，水滴会自发从低浸润性区域(粗糙区域)移动到高浸润区域(光滑表面)。
72.基于这种驱动液滴的方法，本发明将环形磁铁(如图18，环形边缘b点处磁场强度较大，环形中心a点处磁场强度为0)置于表面底部，会诱发表面产生环形的粗糙区域，且从内到外区域的浸润性呈现逐渐减弱的趋势，呈现出径向的浸润性梯度(中心位置浸润性最强，边缘位置浸润性最弱)，将水滴放在此种浸润性梯度表面，水滴会自发向环形中心位置移动。由于中心位置的浸润性要高于四周区域的浸润性，所以水滴会被限制在中心位置处。当移动环形磁铁时，表面原本光滑的区域随着磁场的到来，也变的粗糙，而原本粗糙的区域，由于磁场的远离，也变的光滑，这样呈现的结果就是：带有径向浸润性梯度环形区域会随着底部磁场的移动而移动，在移动中，水滴会一直被限制在环形区域内，由此实现了水滴沿任意路径的转移。
73.下面结合实施例对本发明提供的液滴输运路径可控的柔性薄膜及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
74.实施例1
75.第一步，将铂金硅胶的主剂和固化剂按质量比1:1配比，并加入占铂金硅胶的主剂和固化剂总质量100wt％的羰基铁粉(粒径为1～3μm，sem图如图1所示)，用搅拌机搅拌3分钟至均匀，得到含磁颗粒的悬浊液；
76.第二步，在悬浊液中加入铂金硅胶的主剂和固化剂总量40wt％的硅胶软化剂，用搅拌机搅拌3分钟至均匀，得到含磁颗粒和软化剂的悬浊液；
77.第三步，将悬浊液倒在玻璃片上，利用刮片法，将悬浊液刮成厚度为500μm的液体薄膜(因为悬浊液粘度较大，所以因液体的流动而造成厚度的改变可以忽略)；
78.第四步，将含有液体薄膜的玻璃片放入干燥箱中，70℃加热10分钟，液体薄膜固化
成固体薄膜(记为matrix
500
/cip
100
/softener
40
表面)；
79.第五步，将固化的薄膜放在硅油中浸泡15分钟，得到柔性薄膜(厚度可认为等同于液体薄膜厚度)。
80.实施例2
81.与实施例1的区别在于硅胶软化剂的用量为铂金硅胶的主剂和固化剂总量的10wt％。
82.实施例3
83.与实施例1的区别在于硅胶软化剂的用量为铂金硅胶的主剂和固化剂总量的20wt％。
84.实施例4
85.与实施例1的区别在于硅胶软化剂的用量为铂金硅胶的主剂和固化剂总量的30wt％。
86.实施例5
87.与实施例1的区别在于在硅油中的浸泡时间为5分钟。
88.实施例6
89.与实施例1的区别在于在硅油中的浸泡时间为10分钟。
90.实施例7
91.与实施例1的区别在于在硅油中的浸泡时间为20分钟。
92.实施例8
93.与实施例1的区别在于在硅油中的浸泡时间为25分钟。
94.实施例9
95.与实施例1的区别在于在硅油中的浸泡时间为30分钟。
96.实施例10
97.与实施例1的区别在于在羰基铁粉的加入量为占铂金硅胶的主剂和固化剂总质量的20wt％。
98.实施例11
99.与实施例1的区别在于在羰基铁粉的加入量为占铂金硅胶的主剂和固化剂总质量的40wt％。
100.实施例12
101.与实施例1的区别在于在羰基铁粉的加入量为占铂金硅胶的主剂和固化剂总质量的60wt％。
102.实施例13
103.与实施例1的区别在于在羰基铁粉的加入量为占铂金硅胶的主剂和固化剂总质量的80wt％。
104.实施例14
105.与实施例1的区别在于在羰基铁粉的加入量为占铂金硅胶的主剂和固化剂总质量的120wt％。
106.实施例15
107.与实施例1的区别在于在羰基铁粉的加入量为占铂金硅胶的主剂和固化剂总质量
的140wt％。
108.实施例16
109.与实施例1的区别在于液体薄膜厚度为250μm。
110.实施例17
111.与实施例1的区别在于液体薄膜厚度为1000μm。
112.实施例18
113.与实施例1的区别在于液体薄膜厚度为1500μm。
114.实施例19
115.与实施例1的区别在于液体薄膜厚度为2000μm。
116.对比例1
117.与实施例1的区别在于不含硅胶软化剂，步骤四得到的薄膜表面记为matrix
500
/cip
100
/softener0表面。
118.对比例2
119.与实施例1的区别在于硅胶软化剂的用量为50wt％。
120.对比例3
121.与实施例1的区别在于硅胶软化剂的用量为60wt％。
122.1、柔性薄膜表面形貌及浸润性表征
123.(1)对于柔性薄膜，当没有施加外磁场时，此时表面处于原始状态，定义为初始状态(initial state)；对表面施加强度为0.4t的外加磁场时，此时定义为第二状态(second state)；将外加磁场撤去，此时表面所处的状态定义为第三状态(third state)，如图2所示。
124.图3中(a1)～(a3)展示了matrix
500
/cip
100
/softener0(matrix表示铂金硅胶基体，500是指厚度为500μm，cip是羰基铁粉的英文缩写，100表示质量分数为100wt％，softener表示软化剂，0表示薄膜中软化剂的含量为0)薄膜表面在浸泡油之前(实验制备步骤五)的三维共聚焦显微镜图像和线粗糙度轮廓图，可以发现薄膜表面处于初始状态时，其线粗糙度(ra)约为0.16μm，如图3中(a1)所示。当此表面处于第二状态时，ra从0.16μm迅速增长至0.46μm，如图3中(a2)所示。当表面处于第三状态时，即撤去磁场，表面又恢复至初始状态，ra变为0.15μm(可认为和初始状态的0.16μm一致)，如图3中(a3)所示。
125.上面分析了薄膜不含软化剂时，在三种状态下的粗糙度情况，下面分析含软化剂质量分数为10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％的薄膜，这些表面在三种状态下的ra见图4。可以发现，所有表面在初始状态下的ra大约均为0.16μm。但这些表面在第二状态时，随着软化剂含量的增加，ra也迅速增加。当表面处于第三状态时，即此时撤去磁铁，软化剂含量小于等于40wt％的薄膜表面的ra恢复至初始状态(ra＝0.16μm)，含量大于40wt％时，ra大于0.16μm，说明此时即使没有磁场，薄膜表面也无法完全恢复至初始状态，致使表面呈现出残余变形。为了使表面在施加磁场时能够呈现较大的ra，且撤去磁场后，ra又能恢复至初始状态，因此，可知软化剂的最佳含量应该为40wt％。
126.图3中(b1)～(b3)显示了软化剂含量为40wt％时，薄膜表面在三种状态下的三维共聚焦显微镜图像和线粗糙度轮廓图，该表面用matrix
500
/cip
100
/softener
40
表示。
127.(2)羰基铁粉的用量对粗糙度的影响如图5所示。由图5可知，当表面处于初始状态
(initial state)，粗糙度随着磁颗粒含量的增加而增加，当表面处于第三状态(third state)时，因为磁场已撤去，粗糙度又恢复至对应的初始状态，所以两条曲线基本重合。表面处于第二状态(second state)时，粗糙度先增加后减小(原因见附图1b及下一段分析)，当粗糙度取最大值时，说明表面对磁场的响应最敏感，所以本研究中选取质量分为100％。
128.每个磁颗粒都有自己固有的磁极，这个磁极的方向是本身固有的属性，不会随外界条件而变化(如图5中(b)颗粒内部的白色箭头所示)。当磁颗粒处于磁场中时，每个磁颗粒会受到一个磁矩(即力偶矩)的作用，这个力矩的方向与外加磁场方向和本身磁极方向相关(力矩方向如图5中(b)颗粒外面的黑色曲线箭头所示)。由于在本实验制备中，磁颗粒的磁极是随机分布的，故每个磁颗粒所受的磁矩方向并不是相同的，有的逆时针，有的顺时针。当磁颗粒含量较低时，随着磁颗粒含量的增加，薄膜对磁场的响应越来越明显，因此第二状态中的粗糙度逐渐增加；当磁颗粒达到一定含量时，由于所有磁矩的方向并不一致，它们之间的相互影响致使粗糙度并不会进一步增加，反而降低。
129.(3)图6为薄膜厚度对粗糙度的影响，由图6可知，表面处于第二状态时随着薄膜厚度的增加，粗糙度先增加后降低(原因和图5中(b)的现象一致)，因此，薄膜厚度为500微米时，具有较好的磁响应。
130.(4)浸润是表征液滴能否输运的最直接的参数，图7和图8展示了matrix
500
/cip
100
/softener
40
表面分别在初始状态和第二状态的浸润性。可以看出，表面在初始和第二状态的接触角(contact angle，ca)分别为111.6
°
和116.8
°
。但是其滑动角均较大，即使将表面旋转180度倒置，液滴依然不会落下。(滑动角代表了表面的接触角滞后现象，取值越小，说明滞后现象越小，液滴在表面越容易移动，取值越大，说明滞后现象越大，液滴在表面越不容易移动)。因此，为了减小表面的滑动角，需要将薄膜在润滑油中浸泡(实验制备中的第五步)，使其表面覆盖一层润滑油层。
131.将matrix
500
/cip
100
/softener
40
表面在润滑油溶液中浸泡一定时间，由于溶胀效应，图3中(b1)所示的无缺陷均匀表面被破坏，而呈现出粗糙表面，图9显示了matrix
500
/cip
100
/softener
40
表面在润滑油中分别浸泡5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟和30分钟，处于初始状态时的三维共聚焦显微镜图像和线粗糙度轮廓图。图10显示了浸泡对应上述时间时，处于第二状态的三维共聚焦显微镜图像和线粗糙度轮廓图。图9和图10表面的ra随浸泡时间的变化情况见图11。由图9～图11可知，随着浸泡时间的增长，表面在初始状态和第二状态下的ra均逐渐增加。
132.图9和图10中所有表面的接触角和滑动角见图12。从图12可知，表面在初始状态下的接触角随浸泡时间的增长变化较小，但第二状态下的接触角先增加后减小。然而，两种状态下的滑动角均呈现先减小后增加的趋势。为了能够更容易的驱动液滴移动，表面在两种状态下的接触角差值越大越好，且滑动角越小越好(后面有详细介绍)。因此，从图12可知，最佳的浸泡时间为15分钟。
133.通过反复施加和撤去磁铁，研究了表面在两种状态之间切换的稳定性，如图13和图14所示，当施加强度为0.4t的磁场时，接触角约为117
°
，滑动角为9.5
°
，撤去磁场，接触角约为105
°
，滑动角为12
°
。将此过程重复200遍，图13和图14显示，两种状态下的接触角和滑动角均具有较好的稳定性。
134.2、可移动的浸润性梯度和液滴的定向滑动行为
135.将磁铁置于表面的底部，如图15，薄膜处于磁铁上方的区域表面为第二状态(a区)，用虚线方框表示，而远离磁场的区域的表面为初始状态(b区)。无论是在水平方向还是竖直方向上，逐渐远离磁铁位置的磁场强度越来越小，柔性薄膜在磁场作用下，其表面粗糙度会随着磁场强度的变小而逐渐减小，浸润性随着表面粗糙度的减小而增强。所以可知，图15中处于过渡阶段的c区，从左到右，粗糙度逐渐较小，浸润性逐渐增强，即接触角从117
°
逐渐降低至105
°
(接触角越小表示浸润性越强)。因此，c区表面具有浸润性梯度的特性。
136.将一个液滴放在a区和c区的交界线处，因为液滴处在浸润性梯度区域内，所以会产生不平衡毛细力fc作用在液滴的三相接触线上(液滴和表面的接触面积为一个圆面，这个圆的边界圆环就是三相接触线)，根据现在现有文献，此不平衡毛细力可写为
137.fc＝lγ(cosθ
r-cosθ
l
)式(1)
138.其中γ为液滴的表面张力，θr和θ
l
分别为液滴右侧和左侧的表观接触角，l为液滴覆盖的不同浸润性区域交界线的长度。通过式(1)可知，当θr越小并且θ
l
越大时，可引起较大的fc，此fc为驱动力，用于驱动液滴移动。图12显示θr最小时为105
°
，θ
l
最大时为117
°
。除了驱动力外，液滴还受到一些其他阻力来阻碍液滴的移动，如油的阻力fd和摩擦力ff,可以写为
139.fd＝krηv,ff＝mgμ式(2)
140.其中k、r、η、v、m、g和μ分别表示常数系数、液滴半径、润滑油粘性、液滴输运速度、液滴质量、重力加速度和摩擦系数。
141.很明显，当fc》fd+ff时，液滴开始移动，液滴的输运行为如图16(a-f)，图中黑色虚线方框表示磁铁在表面底部的位置，由于fc的作用，液滴从左向右移动。当液滴离开c区以后，fc降低为0，由于阻力的作用，液滴开始减速至静止。
142.此时从左到右移动磁铁，如图16(g-h)，原本较为光滑的区域由于磁场的作用，转变为粗糙表面，示意图如图17所示，此时便形成了可移动的浸润性梯度，当新形成的c区(浸润性梯度)移动至液滴位置时，又会重新产生fc，当fc》fd+ff时，液滴重新开始移动，实验效果如图16(h-j)。反复移动磁铁，可实现液滴的连续向前输运。
143.3、液滴沿任意可控路径的输运
144.尽管利用上述方法可实现液滴的连续输运，但输运路径只能是直线，并不足以去完成许多液滴输运的任务，实践中往往要求液滴能够沿任意路径进行输运，例如，细胞或药物需要通过灵活的路径运输，以避开材料表面已有的缺陷或零部件。
145.将上一节中的矩形磁铁换为环形磁铁，如图18所示，磁铁几何中心a点和磁铁边缘b点处的磁场强度分别为0t和0.4t，将此磁铁置于材料表面底部，由于薄膜内部磁颗粒对磁场的响应，致使表面产生环状的浸润性梯度区域(环状的c区)，如图19所示，很显然，处于圆环内部的绿色区域为初始状态，具有较高的浸润性，其三维共聚焦显微镜图像和图9中c一样；而红色环状区域处于第二状态，具有较低的浸润性，其三维共聚焦显微镜图像和图10中c一样。因此，从边缘到几何中心，形成了浸润性逐渐增强的环状浸润性梯度。
146.当将液滴置于此浸润性梯度区域时，由于受到fc的作用，液滴会自发向几何中心a点移动。图20显示了表面环形区域截面的轮廓图，可以看出，圆环边缘和中心存在大约为40μm的高度差，依据几何尺寸可得出图中的θ小于表面的滑动角，因此证明了液滴的自发移动现象是由浸润性梯度产生的fc引起，而不是因为重力引起。当移动磁铁时，环形浸润性梯度
也跟随着磁铁移动，在此过程中液滴始终会保持在环形内，进而实现了液滴沿任意路径的输运。图21-图24分别展示了通过操控环形磁铁，实现了液滴在星形路径、w形路径、z形路径和带拐点的直线路径上从a点输运至b点的情况。通过实验测定发现，这种表面可输运的体积为4.5～23μl的液滴。
147.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。