一种利用不同形状微柱阵列控制液膜铺展高度的方法

本发明涉及材料表面，具体涉及一种利用不同形状微柱阵列控制液膜铺展高度的方法。

背景技术：

1、液体在固体表面浸润作为一种常见的自然现象一直吸引着研究人员的广泛兴趣，尤其液体在固体表面的定向输运作为一种特殊的浸润现象在众多工程领域具有重要的应用价值，可为可控微流体、药物定向输送、可控化学反应、喷墨印刷、微电子器件散热等提供创新设计新思路，具有广泛的应用前景。这些固体表面在实际应用中不可避免地会进行一些人为改进来实现需要的性能，比如对固体进行表面化学处理或施加外部驱动场，这些处理能极大改变液体湿润固体表面的能力，增加适用性。因此，可控制的液体湿润固体表面是一项重要技术。

2、传统的改变材料外观尺寸方法并不能影响液体润湿固体表面的效率，对固体施加外部驱动场的行为大大增加了功能装置复杂性和生产成本，表面处理可以不改变外形从而达到改变液体润湿固体行为的目的，但表面处理技术难度大且改变了材料的固有性质。这些限制都阻碍了其广泛应用，因此，需要寻找一种简单有效控制液体在固体表面自发输运的方法。

技术实现思路

1、为了克服传统控制液膜自发铺展较为复杂的问题，本发明提供了一种利用不同形状微柱阵列控制液膜铺展高度的方法，该方法不仅可以精确控制液膜铺展高度，而且还可以降低使用技术要求，操作简单，实验设备的制备技术发展成熟。

2、本发明采用以下具体技术方案：

3、一种利用不同形状微柱阵列控制液膜铺展高度的方法，该方法包括以下步骤：

4、步骤一，利用建模软件构建模型部件：首先建立一个平板，然后在平板上建立不同形状的微柱阵列，导出含有模型信息的sldprt文件；

5、步骤二，将sldprt文件导入切片软件中，设置切片的厚度参数，导出3d打印机可直接识别的切片文件，软件导出切片文件时会将模型转化为黑白平面切片；

6、步骤三，采用3d打印机对建立的模型进行打印：通过3d打印机读取步骤二中得到的切片文件后，设置打印参数，使印刷材料逐层固化形成模型，对打印完成的模型进行清洗和真空干燥；

7、步骤四，基于高速摄像机对打印完成的模型进行实验数据收集：将步骤三中打印完成的微柱阵列表面竖直悬空放置，在下方放置一个盛有液体的容器，使容器缓缓接近模型下侧，直到液体接触到微柱阵列表面的底侧，液膜沿着微柱阵列自发上升铺展，利用高速摄像机记录整个自发铺展过程；将高速摄像机拍摄的画面导入视频处理软件中，提取关键帧的液膜扩散形貌，将液膜上升过程数据导入制图软件中进行作图；

8、步骤五，利用步骤四中高速摄像机拍摄的实验过程得出的数据，得到液膜铺展高度和速度与时间的关系。

9、更进一步地，在步骤一中，所采用的建模软件为solidworks。

10、更进一步地，在步骤二中，将sldprt文件导入切片软件以后，还包括：调整模型的空间位置以保证打印精度。

11、更进一步地，在步骤二中，所采用的切片软件为bmf_3d slicer。

12、更进一步地，在步骤三中，打印参数为能量密度、曝光时间、层厚以及每层打印停留时间。

13、更进一步地，在步骤三中，3d打印机所采用的印刷材料为丙烯酸光敏树脂，并在405nm紫外光照射下使树脂逐层固化，获得能量密度为30mw/cm2、曝光时间为1s、层厚为10μm的薄膜。

14、更进一步地，在步骤四中，所采用的液体为乙醇。

15、更进一步地，在步骤四中，所采用的视频处理软件为pr。

16、更进一步地，在步骤四中，所采用的制图软件为origin。

17、有益效果：

18、1、本发明首次提出了利用微柱阵列的类型控制液膜扩散高度，现有的控制液膜扩散方法需要外部驱动场或者改变材料表面性质，需要较高的成本或复杂的操作，而本发明的方法能够精确控制液膜扩散的高度，同时得到了液膜扩散过程中的距离与时间的动态关系。

19、2、本发明利用solidworks软件构建具有微柱阵列结构的模型，用3d打印机对模型进行打印，通过高速摄像机对实验过程进行记录来实现液膜扩散高度的精确测量，证明了通过3d打印技术利用不同形状微柱阵列控制液膜扩散高度的可行性，揭露了通过该方法可以实现利用不同形状微柱阵列控制液膜扩散高度，为该方法的实际应用提供理论基础和指导。

20、3、本发明的技术方案操作简单、容易实施、检测精度高，并且3d打印技术发展成熟，取材容易。

技术特征：

1.一种利用不同形状微柱阵列控制液膜铺展高度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，所采用的建模软件为solidworks。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，将sldprt文件导入切片软件以后，还包括：调整模型的空间位置以保证打印精度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，所采用的切片软件为bmf_3dslicer。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，打印参数为能量密度、曝光时间、层厚以及每层打印停留时间。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，3d打印机所采用的印刷材料为丙烯酸光敏树脂，并在405nm紫外光照射下使树脂逐层固化，获得能量密度为30mw/cm2、曝光时间为1s、层厚为10μm的薄膜。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在步骤四中，所采用的液体为乙醇。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤四中，所采用的视频处理软件为pr。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤四中，所采用的制图软件为origin。

技术总结
本发明公开了一种利用不同形状微柱阵列控制液膜铺展高度的方法，该方法利用Solidworks软件构建具有微柱阵列结构的模型，用3D打印机对模型进行打印，通过高速摄像机对实验过程进行记录来实现液膜扩散高度的精确测量，并利用高速摄像机拍摄的实验数据得到液膜铺展高度和速度与时间的关系。上述方法证明了通过3D打印技术利用不同形状微柱阵列控制液膜扩散高度的可行性，揭露了通过该方法可以实现利用不同形状微柱阵列控制液膜扩散高度，为该方法的实际应用提供理论基础和指导。另外，该方法不仅可以精确控制液膜铺展高度，而且还可以降低使用技术要求，操作简单，实验设备的制备技术发展成熟。

技术研发人员：彭志龙,韩业坤,陈少华,姚寅,张博
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16