一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的微流體閥裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的微流體閥裝置。該裝置包括上基板、下基板以及位于上下基板之間的微流體隔層，所述上基板（11）和下基板（12）在靠近微流體隔層（10）一側(cè)分別設(shè)置有上導(dǎo)電層（13）、下導(dǎo)電層（14），在所述的上導(dǎo)電層（13）的下表面設(shè)有上疏水介質(zhì)層（15），在下導(dǎo)電層（14）的上表面設(shè)有下疏水介質(zhì)層（16）；所述微流體隔層（10）是多孔的海綿狀材料；所述微流體隔層（10）的外表面以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面均覆蓋有一層中間疏水介質(zhì)層（17）。通過在微流體隔層與某個(gè)基板之間施加電壓，可借助電潤(rùn)濕特性使位于該基板和隔層中間的水性流體過濾到隔層的另一側(cè)；與此對(duì)應(yīng)的，在另一基板與隔層之間施加電壓，可使水性流體過濾回初始的一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可調(diào)的流體閥功能。
【專利說明】—種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的微流體閥裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微流體閥裝置，特別是一種基于超輕型石墨烯微流體閥裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電潤(rùn)濕技術(shù)是近年來得到廣泛應(yīng)用研究的新型微流體技術(shù)，其具有功耗低、響應(yīng)速度快、器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等特點(diǎn)?；陔姖?rùn)濕技術(shù)的新型微流體閥同時(shí)還有動(dòng)作可靠、響應(yīng)快速和易于連續(xù)控制等優(yōu)勢(shì)，具備優(yōu)異的應(yīng)用價(jià)值。但是目前主要的電潤(rùn)濕微流體閥依賴微機(jī)械電子工藝，具有較為復(fù)雜精密的微觀機(jī)械結(jié)構(gòu)，加工工藝復(fù)雜，尤其在涉及到多相流體的操控時(shí)，對(duì)特定流體的過濾、阻隔以及可回復(fù)操作都是目前面臨的主要難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電潤(rùn)濕微流體閥裝置，該裝置可以精確實(shí)現(xiàn)多相流體的過濾，阻隔以及可回復(fù)操作，且不需要制備復(fù)雜的微機(jī)械電子部件。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的微流體閥裝置包括上基板、下基板以及位于上下基板之間的微流體隔層，所述上基板和下基板在靠近微流體隔層一側(cè)分別設(shè)置有上導(dǎo)電層、下導(dǎo)電層，在所述的上導(dǎo)電層的下表面設(shè)有上疏水介質(zhì)層，在下導(dǎo)電層的上表面設(shè)有下疏水介質(zhì)層；所述微流體隔層是多孔的海綿狀材料；所述微流體隔層的外表面以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面均覆蓋有一層中間疏水介質(zhì)層。
[0005]所述的上疏水介質(zhì)層、下疏水介質(zhì)層和中間疏水介質(zhì)層為與水性流體接觸角大于90°的疏水介質(zhì)層。
[0006]所述微流體隔層是多孔的海綿狀石墨烯。
[0007]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電潤(rùn)濕微流體閥裝置不依賴復(fù)雜的微機(jī)械電子部件，充分利用微流體隔層的超疏水性和較好的親油性，即可實(shí)現(xiàn)油性流體的過濾，水性流體的阻隔，以及油性和水性混合流體的分離等多重功能。此外，通過在微流體隔層與某個(gè)基板之間施加電壓，可借助電潤(rùn)濕特性使位于該基板和隔層中間的水性流體過濾到隔層的另一側(cè)；與此對(duì)應(yīng)的，在另一基板與隔層之間施加電壓，可使水性流體過濾回初始的一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可調(diào)的流體閥功能。石墨烯具備優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可制備成微流體閥的電極材料，經(jīng)過疏水介質(zhì)層修飾過的海綿狀石墨烯塊狀材料，質(zhì)輕且滿足電潤(rùn)濕工作條件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微流體的動(dòng)態(tài)操控。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明電潤(rùn)濕微流體閥裝置的立體示意圖；
[0009]圖2是本發(fā)明電潤(rùn)濕微流體閥裝置在關(guān)態(tài)時(shí)，過濾油性流體的示意圖；
[0010]圖3是本發(fā)明電潤(rùn)濕微流體閥裝置在關(guān)態(tài)時(shí)，阻隔水性流體的示意圖；
[0011]圖4是本發(fā)明電潤(rùn)濕微流體閥裝置在開態(tài)時(shí)，過濾水性流體的示意圖。[0012]以上的圖中包括:微流體隔層10、上基板11、下基板12、上導(dǎo)電層13、下導(dǎo)電層14、上疏水介質(zhì)層15、下疏水介質(zhì)層16、中間疏水介質(zhì)層17、海綿狀石墨烯18、油性流體19、水性流體20。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0014]本發(fā)明的微流體閥裝置，包括微流體隔層和上下兩個(gè)基板；該微流體隔層是由塊狀多孔材料制成；該微流體隔層外表面和多孔內(nèi)結(jié)構(gòu)表面均覆蓋有一層疏水介質(zhì)層，其材質(zhì)可以是含氟聚合物，如聚四氟乙烯；該微流體隔層具有親油性和超疏水性，表現(xiàn)為與油性流體接觸角小于90°，與水性流體接觸角大于150° ;該上下兩個(gè)基板分別分布于微流體隔層的兩側(cè)；該上下基板在靠近隔層一側(cè)表面各有一個(gè)導(dǎo)電層，導(dǎo)電層表面都均勻覆蓋有疏水介質(zhì)層。利用微流體隔層的親油性和疏水性，可以實(shí)現(xiàn)油性流體的過濾，水性流體的阻隔，以及油性和水性混合流體的分離等功能。此外，通過在微流體隔層與某個(gè)基板之間施加電壓，可借助電潤(rùn)濕特性使位于該基板和隔層中間的水性流體過濾到隔層的另一側(cè)；與此對(duì)應(yīng)的，在另一基板與隔層之間施加電壓，可使水性流體過濾回初始的一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可調(diào)的流體閥功能。
[0015]其中，微流體隔層由海綿狀石墨烯材料制成。
[0016]根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好的理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
[0017]如圖1所示為電潤(rùn)濕微流體閥裝置的立體示意圖，一種電潤(rùn)濕微流體閥裝置，包括上基板11、下基板12以及位于上下基板之間的微流體隔層10。上基板11在靠近微流體隔層10的一側(cè)設(shè)置有上疏水介質(zhì)層15。下基板12在靠近微流體隔層10的一側(cè)設(shè)置有下疏水介質(zhì)層16。在上基板11與上疏水介質(zhì)層15之間設(shè)置有上導(dǎo)電層13。下基板12與下疏水介質(zhì)層16之間設(shè)置有下導(dǎo)電層14。微流體隔層10的核心部件是海綿狀石墨烯18，海綿狀石墨烯18外表面以及內(nèi)結(jié)構(gòu)表面都均勻覆蓋有一層中間疏水介質(zhì)層17。
[0018]該上基板11與下基板12采用材質(zhì)的要求包括:機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱耐寒、耐油性、耐水性、良好的透明性。實(shí)際應(yīng)用中，上基板11以及下基板12與微流體隔層10之間均各自形成一個(gè)獨(dú)立的流體腔，從而使該發(fā)明提出的設(shè)計(jì)產(chǎn)生作用。該上電極層13和下電極層14由透明導(dǎo)電材質(zhì)制成，如氧化銦錫。在本實(shí)施方案中上電極層13及下電極層14起到接地的作用，海綿狀石墨烯18起到施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用，兩者也可調(diào)換使用，即對(duì)上電極層13或下電極層14施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)海綿狀石墨烯18施加接地信號(hào)。該上疏水介質(zhì)層15，下疏水介質(zhì)層16及中間疏水介質(zhì)層17均由透明材質(zhì)制成，如單層疏水性的透明非晶態(tài)含氟聚合物，或者在透明無機(jī)或者有機(jī)介質(zhì)層表面沉積此含氟聚合物，本發(fā)明中利用AF1600。
[0019]如圖2是圖1所示裝置在關(guān)態(tài)時(shí)，過濾油性流體的示意圖。由于中間疏水介質(zhì)層17與油性流體的接觸角通常小于90°，結(jié)合海綿狀石墨烯18的多孔狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了較好的親油特性，可有效地起到過濾的作用，使油性流體順利穿透微流體隔層10。
[0020]如圖3是圖1所示裝置在關(guān)態(tài)時(shí)，阻隔水性流體的示意圖。由于中間疏水介質(zhì)層17與水性流體的接觸角通常大于90°，結(jié)合海綿狀石墨烯18的多孔狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了理想的超疏水特性，起到阻隔水性流體的作用，利用液體表面張力產(chǎn)生了微閥功能。
[0021]如圖4是圖1所示裝置在開態(tài)時(shí)，過濾水性流體的示意圖。在海綿狀石墨烯18與上電極層13之間施加電壓，通過電潤(rùn)濕效應(yīng)，可以克服水性流體較強(qiáng)的表面張力，從而使微流體閥由關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開啟的狀態(tài)，使水性流體穿透微流體隔層10。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電潤(rùn)濕微流體閥裝置采用微流體隔層10做成微閥。該微閥不依賴復(fù)雜的微機(jī)械電子加工工藝，僅依靠多孔狀材料的親油和超疏水特性，實(shí)現(xiàn)油性流體的過濾，水性流體的阻隔，以及油性和水性混合流體的分離等多重功能。此外，通過在微流體隔層10與某個(gè)基板之間施加電壓，可借助電潤(rùn)濕特性使位于該基板和隔層中間的水性流體過濾到隔層的另一側(cè)，而在另一基板與隔層之間施加電壓后，可使水性流體過濾回初始的一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可調(diào)的流體閥功能。
[0023]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的微流體閥裝置，其特征在于該裝置包括上基板、下基板以及位于上下基板之間的微流體隔層，所述上基板(11)和下基板(12)在靠近微流體隔層(10)一側(cè)分別設(shè)置有上導(dǎo)電層(13)、下導(dǎo)電層(14)，在所述的上導(dǎo)電層(13)的下表面設(shè)有上疏水介質(zhì)層(15)，在下導(dǎo)電層(14)的上表面設(shè)有下疏水介質(zhì)層(16);所述微流體隔層(10)是多孔的海綿狀材料；所述微流體隔層(10)的外表面以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面均覆蓋有一層中間疏水介質(zhì)層(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電潤(rùn)濕技術(shù)的微流體閥裝置，其特征在于:所述的上疏水介質(zhì)層(15)、下疏水介質(zhì)層(16)和中間疏水介質(zhì)層(17)為與水性流體接觸角大于90°的疏水介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于電潤(rùn)濕技術(shù)的微流體閥裝置，其特征在于:所述微流體隔層(10)是多孔的海綿狀石墨烯(18)。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK103470852SQ201310415931
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】吳俊 , 夏軍 申請(qǐng)人:東南大學(xué)