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液滴的操作诸如转移、分离、混合、运输等具有很高的实际应用价值,极端润湿性表面上液滴的无泵运输因其能在无能耗条件下实现对液滴的有效操作而在生化分析、微流体系统等领域具有较高研究价值和应用前景。针对目前极端润湿性表面液体无泵运输研究中存在的制备方法繁琐、成本较高、抗重力运输能力差、可运输液体种类有限等问题,论文提出采用掩膜辅助大气压冷等离子体射流进行流润湿性改性处理的方法实现“亲液-疏液”无泵运输功能表面的制备,并通过对亲液区域形状的设计实现空气中水滴的无泵运输以及水中多种油滴的无泵运输。主要的研究工作和结果如下: (1)采用氯化铜(CuCl2)水溶液对铝基体进行化学刻蚀,制备出超疏水所需的微纳米结构,用硬脂酸乙醇溶液对刻蚀后的铝基体进行低表面能修饰,获得超疏水铝表面。试验研究了刻蚀时间对润湿性的影响规律,结果表明,当刻蚀时间为10 s时,可获得接触角约为160°,滚动角小于1°的低粘附超疏水表面。 (2)采用大气压裸电极气体放电方式产生的氮冷等离子体射流进行铝基超疏水表面的改性研究。试验研究了等离子体射流改性的时间对润湿性的影响规律,测试了改性获得的空气中超亲水表面及水下超疏油表面的时效性。结果显示,等离子体射流处理70 s即可获得对水接触角为0°的超亲水表面,该样品无法在空气中保持长期超亲水性,但可在水下保持长期超疏油性。 (3)利用掩膜辅助等离子体射流改性的方法制备出具有超亲水-超疏水特性的无泵运输功能表面,并进行水滴的无泵运输试验。结果表明,当水滴滴在等宽的超亲水轨迹上时,水滴可在重力的驱动下沿着超亲水轨迹运动,通过对简单超亲水轨迹的组合,实现了在滴液区任意位置的水滴皆可被收集并运输到目标区;具有楔形结构的超亲水轨迹可使水滴沿着轨迹抗重力运输;通过对超亲水轨迹的设计,制备了多种功能化运输表面,可实现水滴的定域铺展、水滴的分流运输以及水滴的汇合运输等操作。 (4)根据空气中的超亲水表面在水下超疏油这一理论基础,利用掩膜辅助等离子体射流改性的方法制备出水下具有超亲油-超疏油特性的无泵运输功能表面,并在水下进行油滴的无泵运输试验。结果显示,油滴可在重力的驱动下沿着等宽的超亲油轨迹由上向下运输;楔形结构的超亲油轨迹可实现油滴的由下向上抗重力运输;通过对掩膜的设计,可实现水下油滴的定域铺展及分流运输等操作。