一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面

本发明涉及液体输送表面，特别涉及一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面。

背景技术：

1、实现液滴的各向异性扩散、开发液体快速可控输送表面作为当前的热门话题受到了众多科研工作者的广泛关注。由于能够实现对液滴运动的各向异性控制，液滴可控输送表面在微流控、散热、微量润滑、生物监测等工程上具有十分广阔的应用前景。在微流控及生物工程领域，将液滴可控输送与微流控和生物检测相结合可以得到具有自驱动能力的微流体生物检测芯片；在散热领域，液滴快速输送可以实现散热区域高温液滴的快速排出以及低温液滴的导入；在润滑领域，通过液滴快速可控输送，可以实现润滑油的定向引导，改善乏油润滑状态。

2、液滴可控引导根据是否有外部能量的参与分为自驱动运输和外场驱动运输。自驱动液滴定向输送方式一般是通过化学方法使表面产生润湿性梯度或是通过非对称微结构产生不平衡表面张力来实现液滴的定向引导。外场驱动则是通过引入电场、磁场、光场等外部场来对液体的输送方向进行控制。与外场驱动相比，表面自驱动具有响应速度快、结构紧凑、无需额外能量输入等优点。当前研究普遍采用生物仿生方式，通过加工具有腔体或倾斜柱体等复杂三维结构的表面来实现液体的可控定向引导，如专利公开号为cn205999002u、名称为一种仿猪笼草单方向液体铺展表面织构的专利，就是通过两步光刻的方法制备倾斜弧形微坑沟槽实现液体铺展功能。如专利公开号为cn114547853a、名称为一种用于液体定向输运的三维多孔倾斜阵列结构的设计方法及应用的专利，公开的是通过3d打印方法制备一种复杂三维多孔倾斜阵列结构实现液体定向输运。但是采用现行方式得到的复杂的三维结构表面加工成本高、易损坏，同时液滴定向引导的前进后退比值仍然较低。设计出加工低成本、结构简单且液体定向引导的前进后退比值较大的表面具有重要的意义和价值。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，表面微结构呈现二维图案化的结构，单个微结构体呈箭头状结构，具有液滴引导的前进后退比小、微结构表易加工、流体定向引导能力好的特点。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，包括基底1及设置在基底1上的表面微结构2，其特征在于，表面微结构2包括若干微结构单元21，若干微结构单元21呈线性阵列设置；每个微结构单元21包括若干个微结构体211，若干个微结构体211首尾相接呈线性阵列设置。

4、所述表面微结构2采用光学蚀刻、3d打印、激光标刻或纳米压印方式制作得到。

5、所述若干个微结构体211首尾相接呈直线线性阵列设置。

6、所述若干个微结构体211首尾相接呈弧线线性阵列设置。

7、所述单个微结构体211呈箭头状结构。

8、所述的单个微结构体211包括尖状的头部，头部设置有对称的向后且略向外伸展的翼部，位于两翼之间的是连接尾。

9、所述微结构单元21之间的间距s为10-20μm，所述单个微结构体211总宽度d为30μm，所述单个微结构体211垂直高度为1-30μm，连接尾宽度d为1-10μm，连接尾长度为1≤l≤20μm，翼部角度β为5°-15°，翼部与连接尾夹角α为15°-30°。

10、所述微结构单元21之间的间距s为10μm，所述单个微结构体211总宽度d为30μm，所述单个微结构体211垂直高度为20μm，连接尾宽度d为5μm，连接尾长度l为10μm，翼部角度β为15°，翼部与连接尾夹角α为30°。

11、所述微结构单元21的设计参数的等比例放大或缩小也能够实现图案化箭头结构液滴快速长距离自引导力。

12、相比于现有技术，本发明具有以下优点：

13、(1)本发明的单个微结构体呈箭头状结构，在箭头方向能加速液体的铺展，在箭头的反方向能有效阻碍液体的铺展；按照本发明所给的微结构体最优参数设计的情况下，液滴引导的前进后退比达到14.5。

14、(2)本发明的表面微结构呈现二维图案化的结构，加工制造的难度较小。

15、(3)本发明的单个微结构体的设计参数在等比例放大或缩小情况下也可以实现快速长距离自引导。

16、(4)本发明的微结构单元按弧形路线排布仍具有良好的流体定向引导能力。

17、综上所述，本发明设计的表面微结构呈现二维图案化的结构，单个微结构体呈箭头状结构，具有液滴引导的前进后退比小、微结构表易加工、流体定向引导能力好的特点。

技术特征：

1.一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，包括基底(1)及设置在基底(1)上的表面微结构(2)，其特征在于，表面微结构(2)包括若干微结构单元(21)，若干微结构单元(21)呈线性阵列设置；每个微结构单元(21)包括若干个微结构体(211)，若干个微结构体(211)首尾相接呈线性阵列设置。

2.根据权利要求1所述的一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，其特征在于，所述表面微结构(2)采用光学蚀刻、3d打印、激光标刻或纳米压印方式制作得到。

3.根据权利要求1所述的一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，其特征在于，所述若干个微结构体(211)首尾相接呈直线线性阵列设置。

4.根据权利要求1所述的一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，其特征在于，所述若干个微结构体(211)首尾相接呈弧线线性阵列设置。

5.根据权利要求1所述的一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，其特征在于，所述单个微结构体(211)呈箭头状结构。

6.根据权利要求1所述的一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，其特征在于，所述的单个微结构体(211)包括尖状的头部，头部设置有对称的向后且略向外伸展的翼部，位于两翼之间的是连接尾。

7.根据权利要求6所述的一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，其特征在于，所述微结构单元(21)之间的间距s为10-20μm，所述单个微结构体(211)总宽度d为30μm，所述单个微结构体(211)垂直高度为1-30μm，连接尾宽度d为1-5μm，连接尾长度为1μm≤l≤20μm，翼部角度β为5°-15°，翼部与连接尾夹角α为15°-30°。

8.根据权利要求6或7所述的一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，其特征在于，所述微结构单元(21)之间的间距s为10μm，所述单个微结构体(211)总宽度d为30μm，所述单个微结构体(211)垂直高度为20μm，连接尾宽度d为5μm，连接尾长度l为10μm，翼部角度β为15°，翼部与连接尾夹角α为30°。

9.根据权利要求7或8所述的一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，其特征在于，所述微结构单元(21)的设计参数的等比例放大或缩小也能够实现图案化箭头结构液滴快速长距离自引导力。

技术总结
一种图案化箭头结构液滴快速长距离自引导表面，包括基底及在基底上的表面微结构；表面微结构包括若干微结构单元，若干微结构单元呈线性阵列设置；每个微结构单元包括若干个微结构体，若干个微结构体首尾相接呈线性阵列设置；单个微结构体呈箭头状结构，在箭头方向，液体的铺展受到促进；在箭头的反方向，液体的铺展受到抑制；本发明的自引导表面对纯水、海水等液体都展现出良好的自引导效果，并且由于是二维结构加工制造的难度较小。

技术研发人员：张辉,刘洋,朱燚鋆,董光能,陈佳伟
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24