磁响应聚二甲基硅氧烷阵列表面水滴的定向去除

doi:10.7503/cjcu20240220

摘要/Abstract

摘要：

利用模板赋形和表面修饰方法, 制备了具有磁响应性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)柱状阵列(SMPA). 该柱状阵列具有超疏水及低黏附特性, 在外加磁场作用下表现出可逆弯曲形变, 且弯曲程度随外加磁场强度和柱状阵列中磁性粒子含量的增加而增大. 在磁场作用下, 柱状阵列弯曲能够挤压结构内的水滴, 迫使其从表面跳离. 研究结果表明, 当柱状阵列表面尺寸一致时, 与静态结构相比, 磁响应动态结构可以实现更小水滴在表面的去除. 同时, 水滴离开的方向和体积与柱状阵列的结构参数和弯曲角度紧密相关. 基于磁场作用, 水滴跳离的体积大小和方向可以实现智能调控.

关键词: 超疏水, 聚二甲基硅氧烷柱状阵列, 磁响应, 水滴跳离

Abstract:

In this paper， superhydrophobic low-adhesive magnetically responsive polydimethylsiloxane（PDMS） columnar arrays（SMPA） were prepared by combination of template method and surface modification. The columnar arrays can undergo reversible bending deformation under the action of the magnetic field， and the degree of bending will increase with the increase of the strength of the applied magnetic field and the increase of the content of magnetic particles in the columnar arrays. The findings indicate that， when the surface area of the columnar arrays remains constant， the dynamic magnetic response structure exhibits enhanced capability in removing smaller water droplets from the surface compared to its static counterpart， and droplets departure direction and volume are closely related to the structural parameters and bending angle of the columnar arrays. Based on the magnetic field， smart control of droplets jumping in both departing direction and droplets volume can be achieved.

Key words: Superhydrophobicity, Polydimethylsiloxane columnar arrays, Magnetic responsiveness, Droplets jumping

中图分类号:

O631

TrendMD:

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图/表 6

Fig.1 Optical photos(A, F) and SEM images(B—E, G—J) of MPA(A—E) and SMPA(F—J)（B， C， G， H） Top view；（D， E， I， J） side view.

Fig.2 Contact angles(A, C) and rolling angles(B, D) of water droplets on MPA(A, B) and SMPA(C, D)

Fig.3 Magnetic response bending performance of SMPA（A） Reversible bending of SMPA；（B） schematic diagram of bending angle of SMPA；（C） structural parameters of SMPA；（D） bending angles of SMPA under different magnetic flux densities（B） with different magnetic particle NdFeB contents；（E） bending angles of SMPA under different pillar height（H）；（F） bending angles of MPSA under different spacing（S）.

Fig.4 Response bending angles(A) and surface wettability(B) of the SMPA during multiple(20 or 30) cycles between the magnetic flux densities of 0 and 60 mT

Fig.5 Droplets removal ability of SMPA（A） Process of a water droplet（7.5 μL） jumping out of the vertical arrays；（B） process of a water droplet（5.0 μL） jumping from the top of the arrays under the action of the magnetic field；（C） process of a water droplet（3.2 μL） jumping from the side of the arrays under the action of the magnetic field；（D） dependence of pillar bending angle on the droplets volume；（E， F） the bending angle required to remove the same volume of droplets for SMPA with different height（E） or spacing（F）；（G， H） the minimal droplet volume that can be removed on arrays with different spacing（G） or height（H） before and after applying magnetic field；（I） the minimal droplet volume that can be removed from different direction on the arrays with different spacing and fixed H（3000 μm）.

Fig.6 Analysis of the droplets departure from SMPA（A1—A4） Schematic diagram of the process of droplets departure from the vertical groove（front view）；（B1—B4） the process of droplets departure from the vertical groove（perspective field of view）；（C1—C4） the process of the droplets jumping out of the groove under the external magnetic field（departure from the top）；（D1—D4） the process of the droplets jumping out of the groove under the external magnetic field（departure from the side）.

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