一种用于高性能液滴和气泡操控的磁响应复合凝胶表面的制备方法技术

本发明专利技术涉及具有操控液滴和气泡运输功能的磁响应复合凝胶表面的制备方法。本发明专利技术包括氧化锌纳米阵列的制备、钴粉(Co)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的填充、硅油溶胀等步骤。通过施加/去除磁场，可以改变液滴/气泡的三相接触线和接触角滞后(CAH)，实现滑动/原位钉扎的可逆切换。磁响应复合凝胶表面在施加/去除磁场100次循环后，在空气中和水下仍表现出出色的稳定性。这种磁响应复合凝胶表面不仅可以以非接触的方式操控液滴/气泡运输，避免样品和试剂的污染，还可以用作微化学反应平台，在微流体、微化学反应器、芯片实验室环境和其他相关应用中显示出巨大的潜力。显示出巨大的潜力。显示出巨大的潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高性能液滴和气泡操控的磁响应复合凝胶表面的制备方法


[0001]本专利技术属于超润湿材料制备的
，特别涉及可用于液滴和气泡操控的磁响应复合凝胶表面的制备方法。

技术介绍

[0002]智能操控液滴/气泡运输已在各种工程和生物医学领域得到广泛应用，例如液体/气泡收集、界面粘附、医学诊断、生物测定和化学反应。目前已经开发了许多方法来设计用于控制液体/气泡运输的多功能表面。传统的，具有一定结构和化学成分的超润湿表面被认为是调节液体运动行为的可靠基质。但这类表面难以承受高温、高压和显着湿度等恶劣条件，并表现出短距离或低速流体运动。刺激响应性的智能表面由于其长距离，快速的性能引起了极大的研究兴趣。但这类表面往往需要特殊的结构，且不能应用于水下，无法在水下操控气泡。为了解决这个问题，本专利技术设计了一种磁响应复合凝胶表面，用于智能操控液滴/气泡的运输。
[0003]磁响应复合凝胶表面通过施加/移除磁场，可以改变液滴/气泡的三相接触线和CAH，从而实现液滴/气泡滑动/原位钉扎的可逆切换。磁响应复合凝胶表面提供了一种无污染的非接触式操控方法，避免样品和试剂的污染。经过100次循环后在空气和水下仍表现出出色的稳定性。相较于其他不能应用于水下环境的操控方法，磁响应复合凝胶表面具有更广泛的适用性。该磁响应复合凝胶表面不仅可以用于操控液滴/气泡运输，还可以用作流体、微化学反应器、芯片实验室环境，具有很广阔的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种工艺简单，高效，无污染的制备具有高性能滴和气泡操控的磁响应复合凝胶表面的制备方法。通过将硅油基磁流体引入ZnO纳米阵列复合界面来构建的。在毛细压力的作用下，注入的磁性流体被锁定在纳米棒之间的空隙中。通过施加/去除磁场，可以改变液滴/气泡的三相接触线和接触角滞后(CAH)，实现滑动/原位钉扎的可逆切换。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是：一种用于高性能液滴和气泡操控的磁响应复合凝胶表面的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0006]A.去除锌板表面氧化物杂质：将2cm
×
2cm
×
1cm的锌板分别置于丙酮和去离子水中超声清洗15min，去除表面氧化物杂质，最后在室温下干燥；
[0007]B.氧化锌纳米阵列的制备：将干燥后的锌板在甲酰胺溶液中浸泡一定时间，充分反应后将锌板从溶液中取出并用乙醇和去离子水冲洗，最后在室温下干燥；
[0008]C.钴粉(Co)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的填充：配置一定比例的钴粉(Co)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为硅油基磁流体填充在氧化锌纳米阵列上，填充后置入真空干燥箱中30min除去气泡，然后在80℃下固化2h；
[0009]D.硅油溶胀：将上述制备的凝胶在粘度为10cst的硅油中浸泡30分钟，浸泡后将凝胶垂直放置10min以除去多余的硅油，得到磁响应复合凝胶表面。
[0010]优选的，所述步骤B中，甲酰胺的体积分数为5％，锌板在65℃的环境下浸泡24h。
[0011]优选的，所述步骤C中，钴粉(Co)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的质量比为7:3。
[0012]优选的，所述步骤D中，在粘度为10cst的硅油中浸泡30min达到最佳溶胀率和较小的液滴和气泡滑动角。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0014]1.制备工艺简单，原料易得，成本低廉，无毒无害。
[0015]2.制备的磁响应复合凝胶表面具有瞬时响应性，可快速响应，操控液滴/气泡。
[0016]3.制备的磁响应复合凝胶表面具有出色稳定性，可重复利用。
[0017]4.制备的磁响应复合凝胶表面可用于水下气泡操控。
[0018]5.制备的磁响应复合凝胶表面提供了一种无污染的非接触式操控方法，避免样品和试剂的污染。
[0019]6.制备的磁响应复合凝胶表面不仅可以用于操控液滴/气泡运输，还可以用作流体、微化学反应器、芯片实验室环境，具有很广阔的应用前景。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实例1中不同浓度甲酰胺溶液制得的氧化锌纳米阵列的电镜图。其中(a),(b),(c),(d)分别是2％、5％、10％、15％的甲酰胺溶液制得的氧化锌纳米阵列图片。
[0021]图2为本专利技术实例1中5％甲酰胺溶液制得的氧化锌纳米阵列的X射线衍射图谱。
[0022]图3为本专利技术实例1中不同重量比的钴粉制得的凝胶电镜图。其中(a),(b),(c),(d)，(e),(f)的钴粉重量比分别是0％,10％,30％,50％,60％,和70％。
[0023]图4为本专利技术实例1中5μL(a)水滴和(b)在不同浸泡时间的光滑凝胶表面上水下气泡的接触角(CA)和滑动角(SA)。(c)原始凝胶表面的溶胀率与润滑剂浸泡时间的曲线图。插入公式是用于计算溶胀比SR的方程式，其中M
i
是注入聚合物的质量(油的质量+聚合物的质量)，M
u
是溶胀前未处理聚合物的质量。(d)在水中浸泡20天后，滑凝胶表面气泡的SAs没有明显增加。
[0024]图5为本专利技术实例2中不同磁场下光滑凝胶表面上5μL(a)水滴和(b)水下气泡的CA和SA。(c)水滴和(d)体积、磁场和SA之间的气泡关系。
[0025]图6为本专利技术实施例3中液滴滑动行为及用于化学反应的液滴运输的研究。
[0026]图7为本专利技术实施例3中气泡滑动行为及用于气泡混合反应的研究。
具体实施方式
[0027]实施例1
[0028]1.氧化锌纳米阵列的制备：分别将2mL,5mL,8mL,10mL,的甲酰胺溶液溶于98mL，95mL,72mL,56mL的去离子水中，制备体积分数为2％、5％、10％、15％的甲酰胺溶液。将Zn片置于不同浓度的甲酰胺溶液65℃浸泡24h。制得不同直径的氧化锌纳米棒阵列。
[0029]2.凝胶表面的制备：分别将0,0.25,0.73,2.20,3.00,5.14g钴粉和2.00g聚二甲基硅氧烷(PDMS)和0.20g固化剂混合均匀后涂覆在氧化锌纳米棒阵列基板上。在室温下置入
真空干燥箱中30min除去气泡，，然后在80℃下固化2h。制得的凝胶分别定义为PDMS,Co
10
/PDMS,Co
30
/PDMS,Co
50
/PDMS,Co
60
/PDMS and Co
70
/PDMS。
[0030]3.润滑剂浸渍时间对凝胶表面性能的影响：将Co
70
/PDMS在粘度为10cst的硅油中浸泡5,10,15,20,25,30,35,40,45,50min，研究了空气中的液滴和水下的气泡随浸渍时间的接触角(CA)和滑动角(SA)变化。随着浸泡时间的增加，接触角先减小后略有增加，最后分别保持在94
±2°
和75
±1°
，在空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高性能液滴和气泡操控的磁响应复合凝胶表面的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A.去除锌板表面氧化物杂质：将2cm
×
2cm
×
1cm的锌板分别置于丙酮和去离子水中超声清洗15min，去除表面氧化物杂质，最后在室温下干燥；B.氧化锌纳米阵列的制备：将干燥后的锌板在甲酰胺溶液中浸泡一定时间，充分反应后将锌板从溶液中取出并用乙醇和去离子水冲洗，最后在室温下干燥；C.钴粉(Co)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的填充：配置一定比例的钴粉(Co)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为硅油基磁流体填充在氧化锌纳米阵列上，填充后置入真空干燥箱中30min除去气泡，然后在80℃下固化2h；D.硅油...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志光，刘聪，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：