一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面

本發明涉及流體多向潤濕微結構表面，特別涉及一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面。

背景技術：

1、近年來，流體在微納結構表面上的潤濕行為成為微流控、生物醫藥、能源存儲及智能表界面等領域的研究熱點。通過設計特定的微納結構，可以在特定條件下調控液體在表面的潤濕路徑、速度和分布，實現對流體潤濕行為的精準調控，以滿足不同應用場景的需求。現有的微結構潤濕設計多集中于單一方向的控制，缺乏對多向潤濕行為的有效調控，其應用具有一定的局限性。因此，開發一種能夠實現多方向流體潤濕控制的微結構表面具有科學研究價值和應用前景。

2、傳統的流體潤濕控制方法大多依賴于材料本身的化學改性或構建復雜的三維微結構，來實現流體驅動。然而，這些方法存在一定的局限性：首先，化學改性往往需要復雜的工藝流程，易受環境條件(如溫度、濕度等)的影響，導致潤濕性能不穩定；其次，復雜的三維微結構在實際制造過程中難以控制其精度和一致性，加工成本較高。此外，傳統微結構的設計主要集中于單一或固定方向的流體控制，例如專利公開號為cn205999002u的專利申請公開的一種仿豬籠草單方向液體鋪展表面織構，以及專利公開號為cn114547853a的專利申請公開的一種用于液體定向輸運的三維多孔傾斜陣列結構的設計方法及應用，這兩個都屬于單向的潤濕性，難以實現多向潤濕調控，無法實現多方向流體分配的需求，在復雜微流控系統和多功能智能表界面應用中存在明顯局限性。因此，如何通過簡單而有效的微結構設計，實現對流體多向潤濕的可調控，成為當前研究的一個重要挑戰。

技術實現思路

1、針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供了一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，表面微結構呈現簡單平面圖案，單個微結構體呈非對稱十字形，該表面具有調控流體多向潤濕的功能，同時結構簡單，便于低成本加工。

2、為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

3、一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，包括基底1及設置在基底1上的表面微結構2，其特征在于，表面微結構2包括若干個按規律均勻排布的微結構體211，每四個微結構體211構成一個微結構單元組21，微結構單元組21呈線性陣列布置。

4、所述表面微結構2采用光刻、激光標刻、3d打印、微納壓印或翻模方式制作得到。

5、所述按規律均勻排布的微結構體211，單個微結構體211呈非對稱十字形，包括十字主體和不同朝向的尖尾，能夠實現流體完全釘扎、單向、雙向、三向或四向可控潤濕鋪展。

6、所述單個微結構體211的整體長度為l，所述單個微結構體211的十字主體的長度為d，單個微結構體211的十字主體寬度為d，l：d：d＝35：20：4；所述單個微結構體211的左尖尾與十字主體豎直方向夾角為α1、上尖尾與十字主體水平方向夾角為α2、右尖尾與十字主體豎直方向夾角為α3、下尖尾與十字主體水平方向夾角為α4，α1、α2、α3和α4為15°～60°或300°～345°。

7、所述單個微結構體211的整體長度l為35μm，所述單個微結構體211的十字主體的長度d為20μm，單個微結構體211的十字主體寬度d為4μm，單個微結構體211的尖尾寬度從4μm逐漸過渡到2μm，單個微結構體211的左尖尾與十字主體豎直方向夾角α1為30°或330°，單個微結構體211的上尖尾與十字主體水平方向夾角α2為30°或330°，單個微結構體211的右尖尾與十字主體豎直方向夾角α3為30°或330°，單個微結構體211的下尖尾與十字主體水平方向夾角α4為30°或330°。

8、所述微結構單元21之間的間距以及單個微結構體211之間的間距w為3～20μm。

9、所述微結構單元21之間的間距以及單個微結構體211之間的間距w為5μm。

10、所述微結構單元21的設計參數等比例放大或縮小也能夠實現非對稱十字形微結構表面可調控流體多向潤濕的效果。

11、本發明相比于現有技術，具有以下優點：

12、(1)本發明的單個微結構體呈非對稱十字形，通過合理設計非對稱十字形結構尖尾的朝向，即夾角，可實現流體的多向潤濕調控，具體而言可實現流體的釘扎、單向鋪展、雙向鋪展、三向鋪展或四向鋪展，突破了目前研究中主要圍繞單向鋪展的技術局限。

13、(2)本發明的表面微結構呈平面圖案，單個微結構體為非對稱十字形，結構簡單，便于大規模制造。

14、(3)本發明的表面微結構可采用光刻、激光標刻、3d打印、微納壓印或翻模等方式制作直接得到，可大規模加工制造，不涉及到相關的化學改性，不易受環境條件(如溫度、濕度等)的影響，導致潤濕性能不穩定。

15、(4)本發明的表面為復雜微流控、表界面工程等領域的智能化發展奠定基礎。

16、綜上所述，本發明基于前體膜調控設計理念，在保持結構簡單、便于低成本加工的前提下，通過幾何形狀設計實現流體多向潤濕的精準控制，彌補現有對稱結構在潤濕調控上的不足，為流體多向潤濕提供一種新型的技術方案，展現出廣闊的應用前景，為微流控、表界面工程等領域的智能可控化發展奠定基礎。

技術特征：

1.一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，包括基底(1)及設置在基底(1)上的表面微結構(2)，其特征在于，表面微結構(2)包括若干個按規律均勻排布的微結構體211，每四個微結構體211構成一個微結構單元組21，微結構單元組21呈線性陣列布置。

2.根據權利要求1所述的一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，其特征在于，所述表面微結構(2)采用光刻、激光標刻、3d打印、微納壓印或翻模方式制作得到。

3.根據權利要求1所述的一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，其特征在于，所述按規律均勻排布的微結構體(211)，單個微結構體(211)呈非對稱十字形，包括十字主體和不同朝向的尖尾，能夠實現流體完全釘扎、單向、雙向、三向或四向可控潤濕鋪展。

4.根據權利要求3所述的一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，其特征在于，所述單個微結構體(211)的整體長度為l，所述單個微結構體(211)的十字主體的長度為d，單個微結構體(211)的十字主體寬度為d，l：d：d＝35：20：4；所述單個微結構體(211)的左尖尾與十字主體豎直方向夾角為α1、上尖尾與十字主體水平方向夾角為α2、右尖尾與十字主體豎直方向夾角為α3、下尖尾與十字主體水平方向夾角為α4，α1、α2、α3和α4為15°～60°或300°～345°。

5.根據權利要求4所述的一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，其特征在于，所述單個微結構體(211)的整體長度l為35μm，所述單個微結構體(211)的十字主體的長度d為20μm，單個微結構體(211)的十字主體寬度d為4μm，單個微結構體(211)的尖尾寬度從4μm逐漸過渡到2μm，單個微結構體(211)的左尖尾與十字主體豎直方向夾角α1為30°或330°，單個微結構體(211)的上尖尾與十字主體水平方向夾角α2為30°或330°，單個微結構體(211)的右尖尾與十字主體豎直方向夾角α3為30°或330°，單個微結構體(211)的下尖尾與十字主體水平方向夾角α4為30°或330°。

6.根據權利要求5所述的一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，其特征在于，所述微結構單元(21)之間的間距以及單個微結構體(211)之間的間距w為3～20μm。

7.根據權利要求6所述的一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，其特征在于，所述微結構單元(21)之間的間距以及單個微結構體(211)之間的間距w為5μm。

8.根據權利要求1所述的一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，其特征在于，所述微結構單元(21)的設計參數等比例放大或縮小能夠實現非對稱十字形微結構表面可調控流體多向潤濕的效果。

技術總結
一種可調控流體多向潤濕的非對稱十字形微結構表面，包括基底及在基底上的表面微織構，每個微織構單元包括非對稱十字形微結構體，具體包括十字主體和不同朝向的尖尾，是相對簡單的平面結構，便于大規模制造，若干個非對稱十字形微結構體呈線性陣列布置。合理布置的相鄰兩個非對稱十字形微結構尖尾部分，組成多個狹小的擁有尖銳邊緣的通道，這類結構在不同方向上對流體的引導起到阻礙或促進作用，從而實現流體的釘扎、單向、雙向、三向或四向潤濕性調控，同時結構簡單，便于低成本加工。

技術研發人員：張輝,代松杰,劉洋,董光能
受保護的技術使用者：西安交通大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/3