用于液滴操纵的高性能“超疏液功能平台”的相关技术和理论研究

液体操控涉及社会生活方方面面。为减少水的吸附和流动阻力,超疏水表面在国内外已获深入研究和广泛应用，但通常不适用于低表面能液体。而近年出现的超疏液表面对水和油均具备优异的低润湿和高可靠性，且兼容半导体工艺，有望为液体操控带来巨大变革，也为表面工程开辟了新领域。本研究拟通过研制微纳米双重结构以及构建普适的润湿理论，分别解决超疏液研究的工艺和理论瓶颈，即性能稳定性不足和现有润湿理论失效的问题。在此基础上，拟在国内外首次将超疏液研究由"表面和材料"层面提升为集成电极等功能结构的"超疏液功能平台"，应用于生化反应的液滴操控如传输、混合、筛选、存储等。基于我们在微机电系统、微流控系统、纳米技术和液滴驱动等方面扎实的工作，对超疏液研究已有良好的技术和理论基础，依托所在单位齐全的加工、表征和实验设备，我们期待迅速填补国内在高性能超疏液表面和器件研究上的空白，达到国际领先水平，为其实际应用奠定基础。

本项目的研究工作从超疏液表面的制备工艺、润湿机理和功能平台等方面展开，在超疏液表面的制备工艺方面，采用DRIE、双层光刻胶分别显影等多种方法实现了高性能超疏液表面的制备；提出了一种新颖简便的低成本、高通量、大面积的高性能超疏液表面制备技术，突破了超疏液表面制备的材料和工艺两个重要瓶颈，使得PDMS、PMMA、玻璃树脂、塑料、EVA等多材质超疏液表面的低成本、高通量制备成为可能；开发了基于EVA的超疏液薄膜，可以良好地贴附在各种复杂外形物体表面，赋予各种物体超疏液性能。在润湿机理方面，基于超疏液表面液滴的受力分析，给出了表面压力稳定性的表达式，并引入了两个无量纲参数实现液滴润湿状态的判定和预测；提出了超疏液表面设计必须遵循的小倒悬角、低表面能2个新准则，为超疏液表面的设计和制备指明了方向；提出了接触线比例分数并以此修正了“弹簧”模型，获得了适用于非均质超疏液表面的接触角滞后理论表达式。在功能平台方面，制备了超滑表面作为替代性平台进行平面液滴的操控，采用基于胶带法和基于家用打印机的图形化超滑表面的新颖有效的低成本制备工艺，基于多孔介质填充润滑油构建了超滑表面液滴操控平台，并示范了通过重力、气动等方式驱动实现液滴的传输、混合、分裂、筛选等典型操控。此外，还基于项目研究成果的MEMS加工工艺和表面润湿机理发展了多种衍生技术，如开发了大面积超滑表面的低成本制备方法、仿生自成型图案涂层技术、基于表面处理的ZnO薄膜新型湿法刻蚀方法、利用MEMS工艺加工的高性能的紫外光探测器等。本项目共发表论文18篇，其中SCI论文4篇，EI收录论文8篇（含SCI），影响因子大于3的期刊论文3篇，均为JCR一区主流期刊，其中发表在材料领域权威期刊J. Mater. Chem. A的论文，被中国科学报、广东科技报、科学网等主流媒体广泛报道；权威国际会议论文4篇（其中MicroTAS论文2篇，IEEE MEMS论文1篇）均为EI收录，另有国际会议Keynote报告及Best Poster各一篇，申请发明专利8项，科研成果数量和质量都全面超过了预计目标。申请人获批深圳市孔雀计划B类人才，指导和培养博士后1人，研究助理1人，培养和联合培养硕士研究生6人，本科生3人，也超过了预期培养计划。