光电协同驱动微纳米分级结构表面液体图案化浸润/渗透研究

Photoelectric cooperative responsive interfaces have broad application prospects in liquid drive, transmission, transfer, and trace amounts of liquid test. Based on the principle and technology of photoelectric cooperative response interface used in liquid reprography, the patterned surface wettability had been carried out in the former fund. The problem of the liquid spreading in the photoelectric cooperative wettability tranisition was resolved, and the control of liquid patterning was achieved. However, there are still some issues to be resolved in the actual application of patterned wettability in liquid reprography. Especially the higher requirements of thin film structure, surface adhesion and patterning resolution are put forward in the photoelectric cooperative wetting process. The project aims to solve the problem of the plane nanoarray film structure easily damaged, the problem of surface adhesion, and the problem of low patterning resolution in the photoelectric cooperative wetting process, and propose new techniques and mechanisms of the photoelectric cooperative liquid patterning of wettability/penetration. The project is to study the relationship between the photoelectric cooperative liquid patterning of wettability/penetration and materials, structure and performance. Based on the research, the substrate material, liquid material selection and structural design are guided. Based on the project, this research work could gear up the research and application of liquid reprography, and is also significant for the development and application of new location-controlled devices, controllable separation devices, microreactors, et al.

光电协同响应界面在液体驱动、传输、转印和微量测试等领域具有广阔应用前景。基于光电协同响应界面在液体复印中的原理及技术，青年基金项目中开展了表面液体图案化浸润研究，解决了各向同性浸润表面光电协同液体浸润铺展不能有效控制的问题，实现了液体图案化控制。但是，图案化浸润实际应用于液体复印等还有一些问题有待解决，尤其对光电协同图案化浸润中薄膜结构，表面粘附性，图案分辨率等提出了更高的要求。本项目拟进一步解决薄膜结构容易破坏，表面粘附性大，图案分辨率低等实际应用问题，提出新的光电协同图案化浸润/渗透技术和机理，揭示光电协同液体图案化浸润/渗透与材料、结构及其性能之间的规律和内在联系，建立光电协同液体图案化浸润/渗透基底材料、液体材料的选择和结构设计的理论基础，实现图案化浸润/渗透实际应用的目标,也将为推动液体复印技术的研究与应用，发展和应用新型定位控制、可控分离、微反应器等提供新的理论基础和技术支持。

构筑具有特殊功能的响应性表面与界面，是材料研究的一个重要领域。其中，光、电、磁等外场与界面结构、组成协同控制界面由于其原位控制、响应速度快、控制灵活的优势，在液体驱动、传输、转印、液体显示和微量测试方面具有非常广阔的应用前景。本项目的研究工作结合本课题组的研究基础和特色展开。一方面，针对光电协同图案化浸润中薄膜结构容易破坏，表面液体粘附性大，图案分辨率低等实际应用问题，将微纳米多尺度结构效应、异质材料界面效应、二元协同相反物性有效结合，构筑了微纳米分级结构材料薄膜，实现了低电压下的光电协同液体图案化渗透，微纳米结构表面与液体的特殊接触方式有效减小了墨水在基底上的粘附力，通过调节微纳米结构的孔径实现了分辨率的可控调节，建立了光电协同液体图案化浸润/渗透材料选择和结构设计的理论基础，实现了对微小尺度液体精确有效地定位控制，有望应用于功能材料薄膜印刷及微流体通道中液体驱动控制。另一方面，从控制材料表面结构及异质材料协同作用出发，设计制备了具有特殊浸润性的微纳米分级结构氧化锌、氧化钛、导电聚苯胺等材料，研究了外场及表面结构协同驱动微纳米分级结构网膜表面液体浸润/渗透、粘附、分离，以及对液体驱动的影响因素和规律。提出了微纳米多尺度网材料与外场协同控制液体选择性透过网膜及液体选择性分离的方法，实现了连续、高通量浮油收集，可以实现大面积处理水表面油污染问题。通过设计构筑稳定的油/水/固三相界面，建立了制备微纳米结构材料及液/固复合界面材料及其界面上液体定向驱动的新方法。通过本项目的研究，取得了一系列创新性的研究成果，为智能催化、功能材料图案化、废液处理、液体显示、微流体传输与检测等研究和实用领域提供重要的理论指导和技术支持。