【摘 要】
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近年来,具有可切换固-液粘附性的超疏水表面已在基于液滴的微流体设备、液滴操纵和防疏冰等方面得到了独特的应用。构建可调节的微结构是获得这种可控粘附性的有效方法,然而,目前大部分制备图案化微结构的方法依赖于模具或需要特殊的化学处理,涉及复杂的制备过程。针对此问题,本文提出了一种基于静电气雾沉积制备磁响应超疏水表面的新方法,对静电气喷理论进行了分析,对磁响应超疏水表面制备实验进行了探究,主要的研究内容包
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“静电喷射微粉磨粒均布的微结构阵列原位抛光新方法与工艺研究”（项目批准号:51975204）
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近年来,具有可切换固-液粘附性的超疏水表面已在基于液滴的微流体设备、液滴操纵和防疏冰等方面得到了独特的应用。构建可调节的微结构是获得这种可控粘附性的有效方法,然而,目前大部分制备图案化微结构的方法依赖于模具或需要特殊的化学处理,涉及复杂的制备过程。针对此问题,本文提出了一种基于静电气雾沉积制备磁响应超疏水表面的新方法,对静电气喷理论进行了分析,对磁响应超疏水表面制备实验进行了探究,主要的研究内容包括如下四个方面:（1）分析研究了超疏水基础理论和静电气喷相关理论。介绍了润湿性、表面张力、表面自由能、接触角、接触角滞后和滚动角,并根据实际实验选择以接触角和滚动角来表征表面的疏水性;研究了静电气喷中的液流雾化过程、静电的辅助作用以及雾化液滴的运动受力分析。（2）通过实验制备了磁响应超疏水表面并探究了不同制备参数对表面形貌和疏水性的影响。介绍了磁响应超疏水表面的形成机理,表面由致密的黑色圆锥状微柱阵列构成;从理论上分析了新的制备方法相对于空气喷雾法的优势在于更好的均匀性、溶液利用率与环境友好性;设计并搭建了实验装置,选取了相关实验材料及检测仪器;详细介绍了样品表面的制备过程并对表面进行了表征;研究了静电电压、气压、磁场等工艺参数对样品形貌和疏水性能的影响。（3）验证了磁响应超疏水表面的特性和在液滴运输上的应用。通过“开/关”外部磁场,可以可逆地实现表面高粘附状态和低粘附状态的切换;施加高达2.2k Pa的压力载荷后,在0.4 T磁场下表面的接触角仍可达到144°;在90℃加热超过90分钟后,表面在无磁场时也几乎可以获得超疏水性（接触角为148°）;验证了利用可切换的粘附性可以实现对不同体积和不同数量水滴的运输。（4）构建了磁响应超疏水复合微结构表面并测试了其疏水性、粘附性及在液滴操作上的应用。通过在制备好的磁响应超疏水表面简单喷涂纳米碳粉制备微纳米复合结构表面;对比了3种不同喷碳时间制得表面的表面形貌、疏水性和粘附性,验证了微纳米复合结构有利于减小表面的粘附性,增强疏水性;利用该复合表面实现了对水滴主动且可逆的驱动及对水滴运动方向和目标滚落位置的控制。
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