一种形状记忆超润滑微管的制备方法及其在液滴智能输运方面的应用技术

一种形状记忆超润滑微管的制备方法及其在液滴智能输运方面的应用，属于智能运输技术领域。本发明专利技术通过模板赋型，修饰PDMS和SiO2，灌注润滑油等技术制备了一个不对称形状记忆超润湿润滑管。基于优异的液滴运输能力，可以实现液滴往返可控运输、分段可控运输、在坡度为20

【技术实现步骤摘要】
一种形状记忆超润滑微管的制备方法及其在液滴智能输运方面的应用


[0001]本专利技术属于智能运输
，具体涉及一种形状记忆超润滑微管的制备方法及其在液滴智能输运方面的应用。

技术介绍

[0002]从科学研究和实际应用的角度来看，控制液体运输对液体反应、分析或生物学、物理学、化学基础研究都有非常重要的作用。然而，目前关于液体运输的研究大多集中在一维纤维或者二维平面开放体系中，相对于开放体系，液体在封闭管体系中的运输有很多优点，比如不容易受到外界污染和破坏、液体不易挥发。
[0003]目前，关于管中液体的运输的研究还较少，而且通常是在热、光、磁等外场的作用下实现的。例如，最近Jiang等人做的磁性软管驱动器，通过外加磁场与磁性管子之间的作用力使管子发生不对称变形，可以将液体引至预期的位置。Yu等人报道了一种通过光诱导液晶聚合物管状制动器的不对称变形来操纵液体的策略。这些虽然都是很出色的液体驱动方式，但是它们只能时刻在外场的作用下发生，液体不能自发运输，这给其在现实生活中的应用带来种种不便。尽管近年来形状记忆聚合物在航空航天、光学芯片、生物医学、可控液滴存储和弹跳等领域有广泛的应用，但是关于管中液体自运输的研究还没有报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有的液体驱动方式通常需要借助外场的作用，液体无法自发运输的问题，提供一种形状记忆超润滑微管的制备方法及其在液滴智能输运方面的应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种形状记忆超润滑微管的制备方法，所述方法具体为：
[0007]步骤一：通过模板赋型，制备了形状记忆圆管；
[0008]步骤二：用PDMS/SiO2的混合物对管内壁进行修饰；
[0009]步骤三：固化后向管中灌注润滑油，制备得到形态记忆超浸润润滑管。
[0010]进一步地，所述方法具体为：
[0011]步骤一：使用PI管作为模板，通过将两种不同口径的PI管套叠，然后将形状记忆环氧树脂预聚物E44和D230以2：1的质量比混合灌注到两个PI管的间隙中，再放置于烘箱中于100℃和130℃分别固化1h和3h，完成形状记忆圆管的制备；
[0012]步骤二：将PDMS预聚物和疏水氧化硅纳米粒子分散于己烷溶剂中，然后从形状记忆管子一段注入，注满后，从另一端流出，最后再将管子在80℃烘箱中固化2h，完成对管内壁的修饰；
[0013]步骤三：以硅油为润滑油注满步骤二处理后的管子内部，然后再将管子竖立放置20分钟，沥干多余的润滑油，完成整个管道的制备。
[0014]进一步地，形态记忆超润滑微管可以实现酸、碱、盐及有机溶剂自运输。
[0015]进一步地，步骤一中，所述形状记忆圆管的外径为2
‑
5mm，壁厚为0.5
‑
2.0mm，具体地，壁厚需要根据外径来具体调节。
[0016]进一步地，步骤一中，所述形状记忆圆管的外径为3mm，壁厚为0.6mm。
[0017]进一步地，步骤二中，所述PDMS预聚物、疏水氧化硅和己烷的质量比为12：5：18。
[0018]一种上述制备的形状记忆超润滑微管在液滴智能输运方面的应用，所述应用为：通过施加外力，使形状记忆材料在高于Tg温度时改变其永久形状，并在降温后记忆临时形状，管的形态梯度产生驱动液体运动的不对称拉普拉斯力，进而实现液滴的智能输运。
[0019]进一步地，形状记忆超润滑微管变形后的管径为0.6mm。
[0020]进一步地，调节管子的形变夹角即可实现对运输速度的调控。
[0021]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术受大自然的启发结合两种生物的特征，即猪笼草的润滑内表面和滨鸟嘴的不对称结构。形态记忆超润滑微管可以实现酸、碱、盐及有机溶剂等多种液体的自运输，部分液体在管中的运输速度甚至可以达到1.5cm/s。基于形状记忆材料的性能，通过对管的形状进行重新赋型，可以实现液滴在管中往返运输、分段运输、在坡度为20
°
的斜坡上做抗重力运输。此外，形态记忆超润滑微管还可以作为新型的液滴反应装置。形状记忆超润滑微管优异的液体自运输性能和可控性使其在微流体芯片、生物化学微反应器等领域有巨大潜力。
附图说明
[0022]图1为鸟嘴的光学照片；
[0023]图2为猪笼草的光学照片；
[0024]图3为水滴在管内壁润滑表面上滑动照片；
[0025]图4为乙二醇液滴在管内壁润滑表面上滑动照片；
[0026]图5为管子初始状态下的SEM图；
[0027]图6为管子挤压变形后临时状态下的SEM图；
[0028]图7为管子形状恢复后的SEM图；
[0029]图8为不对称管子形状示意图；
[0030]图9为水滴在不对称管子中自运输过程光学照片截图；
[0031]图10为不同液滴在不对称管道中的自运输过程照片；
[0032]图11为水滴在管子里运输速度与管子变形夹角的关系曲线图；
[0033]图12为液滴在管道中往返自运动示意图；
[0034]图13为液滴在管子中分阶段可控运输示意图；
[0035]图14为液滴在管道中抗重力输运示意图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0037]形状记忆材料(SMP)能够在高于Tg温度受外力改变其永久形状，并在降温后记忆
临时形状。本专利技术中受两种生物的启发，即具有形状梯度形态的滨鸟嘴(图1)和内表面光滑的猪笼草(图2)，设计了一个不对称形状记忆超润滑微管。管的形态梯度可以产生驱动液体运动的不对称拉普拉斯力，同时润滑内表面可以消除液滴在管壁的钉扎，减小液滴运动的迟滞力，因此液滴在管中能够容易地以自运输的方式运动。
[0038]本专利技术通过模具赋型，修饰PDMS/SiO2的混合物，灌注润滑油等过程制备了形状记忆超润滑管。由于润滑表面可以消除液滴钉扎，不对称形状可以产生液滴驱动力，所以无论酸、碱、盐还是有机液滴等多种液滴都在管中实现了自运输，并对驱动机理进行了理论解释。基于材料的形状记忆效应，可以对管的变形程度进行控制，进而实现对液滴运输速度的调控。此外，通过对形状记忆超浸润润滑管分段赋予不对称变形，还可以对运输位置进行精准控制，以及实现抗重力运输和微流体反应。基于优异的液滴自运输性能和运输液滴的可控性，形状记忆超浸润润滑管在微流体芯片、生物化学微反应器等领域有巨大潜力，同时，这一概念也可以拓展到其他如光、热、电有响应的响应性形状记忆材料。
[0039]实施例1：
[0040]一种形状记忆超润滑微管的制备方法，所述方法具体为：
[0041]步骤一：使用PI管作为模板，通过将两种不同口径的PI管套叠，然后将形状记忆环氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形状记忆超润滑微管的制备方法，其特征在于：所述方法具体为：步骤一：通过模板赋型，制备了形状记忆圆管；步骤二：用PDMS/SiO2的混合物对管内壁进行修饰；步骤三：固化后向管中灌注润滑油，制备得到形态记忆超浸润润滑管。2.根据权利要求1所述的一种形状记忆超润滑微管的制备方法，其特征在于：所述方法具体为：步骤一：使用PI管作为模板，通过将两种不同口径的PI管套叠，然后将形状记忆环氧树脂预聚物E44和D230以2：1的质量比混合灌注到两个PI管的间隙中，再放置于烘箱中于100℃和130℃分别固化1h和3h，完成形状记忆圆管的制备；步骤二：将PDMS预聚物和疏水氧化硅纳米粒子分散于己烷溶剂中，然后从形状记忆管子一段注入，注满后，从另一端流出，最后再将管子在80℃烘箱中固化2h，完成对管内壁的修饰；步骤三：以硅油为润滑油注满步骤二处理后的管子内部，然后再将管子竖立放置20分钟，沥干多余的润滑油，完成整个管道的制备。3.根据权利要求1或2所述的一种形状记忆超润滑微管的制备方法，其特征在于：形态记忆超润滑微管可以实现酸、碱、盐及有机溶剂自运输。4.根据权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：成中军，来华，王瑞洁，张东杰，刘宇艳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：