基于飞秒激光制备润滑表面用于水下气泡多样性操控的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zfhtang
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飞秒激光具有的超强和超快特性可使它广泛地应用于微纳加工领域,而固/液/气三相润湿性是表界面科学的重要分支之一。近年来,将飞秒激光微加工结合到仿生功能表面领域成为一个热点。本文主要研究飞秒激光制备的功能表面对水下气泡润湿性调控以及气泡行为操控上的影响,实现了水下气泡各向同性、各向异性滑动,以及对气泡滑动/静止的原位操控,在未来微流体、微反应领域有重要应用。全文内容主要包含以下几部分:(1)具有特殊气泡润湿的功能材料对水下气泡的行为起着重要的控制作用,受天然猪笼草启发,我们用飞秒激光制备并设计一个大面积的润滑油灌注的润滑表面(LSS)。润滑表面气泡的输送速度与润滑油的表面张力密切相关,表面张力越低,滑动速度越快。在此基础上,我们制备LSS轨迹来引导气泡运动,实现气泡融合操作,同时可以实现气泡在三维LSS上运动。最后,使用大面积LSS气体捕集器用于水下气泡捕获,输出泵的输出空气量为~3.4?8)4)9)-1,捕获器捕获效率超过90%。这一发现揭示了水下气泡和LSS表面之间有意义的相互作用,加速了气泡光滑表面在水下易燃气体收集中的应用。(2)目前在润滑表面研究主要集中在气/液各向同性滑移,关于气泡各向异性调控的研究较少。我们报道了一种周期性的微槽滑面(MGSS),利用一步飞秒激光扫描,并通过旋涂润滑液工艺实现了气泡在液相系统中的各向异性滑动。MGSS使气泡沿凹槽方向滑动,但阻止气泡沿凹槽垂直方向滑动。我们研究了润滑液厚度、激光功率和微槽周期对各向异性的影响,并可使气泡各向异性高达近80°。最后,成功地将MGSS应用于各向异性气泡在平面和曲面上的输运。这种功能表面对控制气泡定向滑动行为和进一步水下气体收集起重要作用。(3)动态响应界面材料在控制水下气泡运动方面尚有较大发展空间,我们报道了一种利用飞秒激光烧蚀的润滑弹性沟槽表面,通过单向机械拉伸实现气泡在滑动状态和静止状态之间可逆地转换,可逆转换的机理主要是拉伸过程中油膜厚度随着应变(0到60%)的改变。我们演示了水下气泡在应变变化下的滑动/静止实时柔性控制。此项研究在未来的气相操控,微生化反应上有重要前景。
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