電控液滴移動的研究進展

戴浩宇, 董智超, 江 雷

(1. 中國科學院化學研究所, 綠色印刷重點實驗室, 北京 100190;2. 中國科學院理化技術研究所, 仿生材料與界面科學重點實驗室, 北京 100190)

生命活動和生產(chǎn)技術都離不開對液體的控制, 而對液滴移動的控制又是其中非常重要的一個研究領域[1,2]. 自然界對液滴移動的控制方法是利用具有表面能梯度或結構梯度的表面驅動液滴的自發(fā)運動, 如仙人掌刺定向收集水、 豬籠草捕蟲籠的口緣自發(fā)形成潤滑層及蜘蛛絲的紡錘狀結構收集霧氣等[3～5]. 受到這些自然界生物的啟發(fā), 科學家們通過仿生設計開發(fā)出控制液滴移動的方法, 如使液體流過微針、 微槽道或紡錘節(jié)等[6～8]. 為了克服在自然界中沒有外部能量攝入情況下, 液滴移動速度低、 有損耗及不可控的運動學性能等不足, 研究者使用諸如熱、 光、 電和磁等外場刺激信號[9～12], 對液滴的移動進行更加全面、 靈活的操縱. 電場操控液滴具有響應速度快、 運動速度快和路徑可控等優(yōu)點, 使其在諸多外場刺激驅動的液滴移動策略中脫穎而出, 受到廣泛關注, 并在智能微流體器件等實際應用中發(fā)揮重要作用. 利用電場作用靈活、 有效地控制表面浸潤性和液滴移動的方法, 稱為電潤濕(Electrowetting)[13～15]. 電潤濕的初步發(fā)展可以追溯到1875年, Lippmann[16]發(fā)現(xiàn)在汞與電解液之間施加一個電壓(汞/電解液)可以觀察到液體毛細上升, 并稱之為電毛細現(xiàn)象. 基于這一現(xiàn)象, 此后近百年來, 研究者獲得了許多發(fā)現(xiàn), 如1936年, Froumkin[17]利用表面電……