磁性液体弹珠的趋光性运动行为开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

微量液体的操控在微流控技术、化学和生物医学领域中是必不可少的。通常,实现这一目标的技术大多基于微流体设备,但是由于接触角的存在,其往往存在许多问题,比如管道的吸收、粘附和液体的挥发等等。液体弹珠(Liquidmarble),一种被高疏水性颗粒包裹形成的不润湿的液滴,可以稳定的存在于固体和液体表面。不仅可以形成非粘性液固界面减小运动的阻力,也能够保留内部液体和疏水性粒子的性质,因此更容易的实现微量液体的操控。

液体弹珠的性质主要由外层的疏水性粒子决定。基于包覆液体弹珠疏水粒子的多样性,不同的液体弹珠可以被不同的外界刺激驱动,包括:磁、光、电等。磁驱动具有动力大和无接触力的优点而被广泛使用,Tong Lin课题组进行了大量磁性液体弹珠的研究,除了可以在磁场下运动外,当外加磁场时液体弹珠会被打开,可以加入其他的液体,因而主要被用作微型反应器。然而,对于液体弹珠的运动而言,当驱动方式只局限于一种外界响应,很难在复杂的环境体系中实现物质的精确运输。比如:磁的穿透性优良,但却会导致磁性液体弹珠表面粒子的聚集甚至破坏其形貌,内部液体暴露受到污染等;光能来源广泛,作用范围广,易于控制,SyujiFujii课题组已发表了多篇论文对光响应液体弹珠进行研究。其中,采用炭黑和聚吡咯作为液体弹珠的稳定剂,其具有良好的光热效应,当红外光照射液体弹珠表面时会引起照射侧液面温度的升高,产生一定的温度梯度,在马兰戈尼效应(Marangoni Flow)的作用,液体弹珠会表现出负趋光运动。但是光能不具有穿透性,在不透光的封闭空间内,无法实现液体弹珠的运动等。考虑到应用环境的复杂性,发展一种多场响应的液体弹珠是非常有必要的。

纳米Fe3O4粒子具有超顺磁性和良好的磁响应性,经过油酸修饰后粒子具有良好的光热效应,这为其作为多场响应液体弹珠的稳定粒子提供了可能性。

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