一种基于微纳结构放电的定向运输液滴的装置及方法

本发明属于环境保护，更具体地，涉及一种基于微纳结构放电的定向运输液滴的装置及方法。

背景技术：

1、定向运输液滴被用于微流体控制、集水、防雾以及生物医学设备等诸多领域。自然界中，许多生物已经向控制飞沫的适应性生存策略进化。

2、现有的方法通常依赖于物理结构和表面能的差异，通过改变液滴接触角和张力实现输运，然而，许多材料是亲水的，由于粘附和摩擦，限制了液滴的传输速度。另外，基于物理结构的输运结构无法控制液滴的输运速度；雾滴自然碰撞在表面的效率极低。

技术实现思路

1、针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种基于微纳结构放电的定向运输液滴的装置及方法，旨在解决雾滴被捕获的效率低，无法进行精准的定向运输，运输速度慢，且速度难以控制的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于微纳结构放电的定向运输液滴的装置，包括：

3、接地极板、负极性直流电源、高压极板以及高压极板上覆盖的微纳结构；

4、所述接地极板与所述高压极板平行放置，构成运输通道，所述运输通道的一端作为入口输入悬浮雾滴，另一端作为出口输出液滴；

5、所述高压极板与所述负极性直流电源连接，所述高压极板发生气体负极性放电，使得通道内的悬浮雾滴带有负电荷；

6、所述微纳结构设置于所述高压极板靠近所述接地极板的一侧；从通道的入口至出口，所述高压极板上的微纳结构的曲率半径逐渐减小，以使微纳结构的尖端的正极性电荷逐渐增加，产生静电力；所述微纳结构用于捕获所述入口处的所述悬浮雾滴形成液滴，并在所述静电力的作用下将所述液滴运输至出口。

7、可选的，所述微纳结构采用导电材料，所述微纳结构包括三种不同曲率半径的微纳结构。

8、可选的，所述微纳结构的曲率半径为50～10000nm。

9、可选的，所述微纳结构在所述高压极板上的分布宽度预设为500～2000um。

10、可选的，所述高压极板与所述接地极板间的预设间距是2～8cm。

11、可选的，所述负极性直流电源的工作电压是5～10kv。

12、第二方面，本发明还提供了一种基于微纳结构放电的定向运输液滴的方法，基于如第一方面中提供的任一所述的装置，包括：

13、从接地极板和高压极板构成的运输通道的入口输入悬浮雾滴；以使所述悬浮雾滴在充满负电荷的通道中获取负电荷，并被所述高压极板上具有正电荷的微纳结构捕获，形成液滴；在不同曲率半径的微纳结构之间的静电力差的作用下，所述液滴定向运输，从所述运输通道的出口输出。

14、可选的，还包括：

15、调节所述高压极板连接的负值流电源的输出电压，以控制所述液滴在不同微纳结构之间的运输速度。

16、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

17、1、本发明的技术方案的运输装置中通过在高压极板上设置微纳结构进行气体放电，微纳结构的尖端带正电荷，吸引带有负电荷的悬浮雾滴在高压极板上聚集，通过设置多种不同曲率半径的微纳结构，从而在液滴接触不同曲率半径的微纳结构时，在液滴的前端和后端形成静电力差，驱动液滴定向移动，实现对液滴的快速捕获和精准的定向运输。

18、2、本发明的技术方案的控制方法中通过控制负直流电源的输出电压，改变高压极板上的表面电荷密度，从而改变不同曲率半径的微纳结构之间的静电差，控制液滴运输的速度，实现定向精准运输。

技术特征：

1.一种基于微纳结构放电的定向运输液滴的装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微纳结构采用导电材料，所述微纳结构包括三种不同曲率半径的微纳结构。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微纳结构的曲率半径为50～10000nm。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微纳结构在所述高压极板上的分布宽度预设为500～2000um。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压极板与所述接地极板间的预设间距是2～8cm。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述负极性直流电源的工作电压是5～10kv。

7.一种基于微纳结构放电的定向运输液滴的方法，基于所述权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明公开了一种基于微纳结构放电的定向运输液滴的装置及方法。该装置包括：接地极板、负极性直流电源、高压极板以及高压极板上覆盖的微纳结构；接地极板与高压极板平行放置，构成运输通道，运输通道的一端作为入口输入悬浮雾滴，另一端作为出口输出液滴；高压极板与负极性直流电源连接，高压极板发生气体负极性放电，使得通道内的悬浮雾滴带有负电荷；微纳结构设置于高压极板靠近接地极板的一侧；从通道的入口至出口，高压极板上的微纳结构的曲率半径逐渐减小，以使微纳结构的尖端的正极性电荷逐渐增加，产生静电力；微纳结构用于捕获悬浮雾滴形成液滴，并在静电力的作用下将液滴运输至出口。实现促进捕获悬浮雾滴的效率，并定向输运液滴。

技术研发人员：张明,李丁晨,李传,李家玮,肖梦涵,傅琦雄
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12