超疏水表面的可回复电润湿机理及器件研究

Electrowetting on dielectric (EWOD) is widely used in electronic information,biomedical device and precision optics, however, the development of this technology is suffering from the technical issues of hysteresis on solid/fluid interface and contact angle saturation. This project aims at investigating of novel EWOD technology characterized by fast response time, reversible and wider range of wetability variation. The research contents will be on the study of EWOD performance on superhydrophobic（SHoP）surfaces, which feature good drag reduction property.The key scientific problems of this project are the compatobility problem for drag reduction performance by SHoP surface in EWOD device, and also the irreversibility issue between different SHoP wetting states.We proposed a novel multi-SHoP surface to both achieve reversible wetting states change by EWOD and perserve the drag reduction function.The reversible wetting states change can be achieved on SHoP surface due to the energy barrier-free path for TCL movement along the microgrooves, meanwhile, the drag reduction function is perserved because the SHoP surface is in a stable Cassie state in this multi-SHoP surface even it is on a EWOD device.This investigation is quite meaningful to help us to understand the wetting behavior in microscale, and also to help us to combine the advantages of SHoP surface and EWOD technology in microfluidics devices.

介质材料电润湿(EWOD)技术在电子信息、生物医疗、精密光学等领域具有非常广阔的应用前景。流体迟滞力以及接触角饱和是高性能EWOD器件的主要制约因素。本项目将对具有减迟滞特性的超疏水(SHoP)表面EWOD效应展开深入的应用基础研究，为新型超高速流体浸润性、大动态范围的EWOD器件提供理论基础。针对SHoP表面浸润性调整的不可回复性、以及EWOD功能与减迟滞功能的兼容性等问题，提出利用复合SHoP表面使EWOD功能与减迟滞功能SHoP表面分离的新方法。借助三相接触线(TCL)在条状结构间隙的可回复位移特性，实现EWOD在SHoP表面浸润性的大范围可回复调整，利用非浸润态SHoP表面的减迟滞特性，提高TCL的位移速率。此项研究对深入了解微观浸润特性具有显著科学研究意义，对充分利用SHoP表面以及EWOD效应对微流体操控的各种优势具有重要的实际应用价值。

基于微流体技术的新型显示器件（EWOD电子纸显示，溶液法制备光电功能部件）在不同层面受到了界面浸润特性的影响，包括固液界面迟滞特性及浸润半径、以及由此带来的流体内部微观流动对沉积薄膜均质性的影响。表面浸润特性相关基础机理已经较为成熟，目前主流的研究工作主要是针对具备特殊浸润特性界面，例如超疏水材料进行更为深入的机理探索以及针对特定环境开展的应用研究。在前期研究工作的基础上，本报告对以上提及的领域开展了更为深入的研究，并取得了系列研究成果。在粘附机理方面，明确了决定性的影响参数并建立了可广泛使用的理论计算模型。同时也在某些特定的应用领域进行了探索，例如利用超疏水特性，设计了适用于提高喷墨打印精度的方案，并进行了模拟仿真研究。报告探讨了表面活性剂对悬浮液挥发成膜特性的影响，三相接触线钉扎溶液挥发成膜特性。以及使用格子玻尔兹曼方法研究了液滴撞击速度、亲液区域面积，液滴表面张力这些因素对喷墨打印成膜的影响。