錢晨露，陳召川，李強(qiáng)，陳雪梅

（南京理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 電子設(shè)備熱控制工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210094）

調(diào)控液滴定向輸運(yùn)在微流控[1-2]、防結(jié)冰[3-5]、自清潔[6]、液滴發(fā)電[7-9]等方面具有廣泛的科學(xué)意義及重要的工程應(yīng)用價(jià)值。近年來，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)表面調(diào)控液滴定向運(yùn)動(dòng)成為研究熱點(diǎn)。在溫度[10-12]、壓力[13-14]、光[15-16]、電[17-18]、磁場[19-20]等外場刺激下，動(dòng)態(tài)響應(yīng)表面的形貌結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，改變表面潤濕性、粘附性、溫度分布等，從而改變液滴的位置及運(yùn)動(dòng)方式。如Banuprasad 等[21]制備了一種聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm）接枝的溫度響應(yīng)聚合物表面，利用PNIPAAm 在不同溫度刺激下的潤濕梯度，實(shí)現(xiàn)了液滴的定向輸運(yùn)。Zhang 等[22]制備了一種溫度響應(yīng)的V形棱柱陣列結(jié)構(gòu)表面，不同溫度刺激下，表面潤濕性可動(dòng)態(tài)調(diào)控，使得表面的液滴能夠多方向輸運(yùn)。Yang等[23]利用紅外激光誘導(dǎo)的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了微通道內(nèi)液滴的移動(dòng)與合并。Wang 等[24]利用UV 照射，制備了不同磁顆粒分布的微柱陣列結(jié)構(gòu)表面。通過調(diào)控磁響應(yīng)微柱陣列結(jié)構(gòu)的空間分布，使得液滴在表面能沿著特定方向運(yùn)動(dòng)。Peng 等[25]受仙人掌結(jié)構(gòu)啟發(fā)，制備了一種磁響應(yīng)柔性圓錐陣列結(jié)構(gòu)表面。施加外磁場作用，液滴能沿著圓錐尖端向基底定向運(yùn)動(dòng)，從而快速收集捕獲液滴。然而，液滴的滑移速度與柔性圓錐的剛度有關(guān)，難以控制。此外，Chen 等[26]制備了石蠟浸潤的ZnO 微柱陣列薄膜，電場刺激下，利用表面底部貼合的銀納米線加熱片加熱表面石蠟，實(shí)現(xiàn)了液滴的釘扎與運(yùn)動(dòng)。Fang 等[27]研究表明，通過施加電場可改變動(dòng)態(tài)響應(yīng)表面潤濕性，實(shí)時(shí)控制液滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然而，溫度場、電場等調(diào)控液滴運(yùn)動(dòng)需要外部能量供應(yīng)，能耗大。

與電場等相比，光熱誘導(dǎo)液滴定向運(yùn)動(dòng)具有非接觸式外場刺激、響應(yīng)速度快、優(yōu)良的時(shí)間/空間控制等優(yōu)點(diǎn)。一般地，通過設(shè)計(jì)表面結(jié)構(gòu)摻雜如石墨烯、Fe3O4、多壁碳納米管（MWCNT）等光熱納米材料，制備超滑光熱響應(yīng)表面。Manable 等[28]制備了一種石蠟浸潤的多孔石墨烯表面。近紅外光照射表面后，表面的石墨烯產(chǎn)生熱量，使表面局部溫度升高，石蠟融化，液滴能沿著表面特定軌跡運(yùn)動(dòng)。然而，此表面液滴的接觸角滯后大，限制了液滴的運(yùn)動(dòng)速度。Wu 等[29]在微米結(jié)構(gòu)PDMS 表面中摻雜Fe3O4，制備了一種超滑光熱響應(yīng)表面，然而近紅外光驅(qū)動(dòng)下，液滴的最大輸運(yùn)速度僅為1.15 mm/s。因此，設(shè)計(jì)一種新型光熱響應(yīng)表面，驅(qū)動(dòng)液滴定向輸運(yùn)，提高液滴定向輸運(yùn)速度，仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

本文基于靜電紡絲結(jié)合噴涂法，制備了MWCNT修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面，對近紅外光驅(qū)動(dòng)超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面液滴定向輸運(yùn)的過程進(jìn)行可視化研究，分析了液滴大小與潤滑油黏度對液滴定向輸運(yùn)速度的作用規(guī)律，探討了近紅外光耦合超滑光熱響應(yīng)膜表面驅(qū)動(dòng)液滴定向輸運(yùn)的作用機(jī)制，為發(fā)展新型動(dòng)態(tài)響應(yīng)表面提供了新思路。

1 試驗(yàn)與方法

1.1 試劑

試驗(yàn)試劑包括：4,4-二氨基二苯醚，純度98%，天津希恩思奧普德科技有限公司；均苯四甲酸二酐，純度99.5%，上海百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司；N,N-二甲基乙酰胺，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；多壁碳納米管，純度＞95%，南京晶格化學(xué)科技有限公司；無水乙醇，GR，南京晚晴化玻儀器有限公司；聚二甲基硅氧烷，Sylgard 184，道康寧，按前驅(qū)體與固化劑質(zhì)量比10∶1 混合制備；1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷，純度97%，南京巨優(yōu)科學(xué)器材有限公司；正己烷，純度97%，南京晚晴化玻儀器有限公司；二甲基硅油，黏度0.65、5、10、20、100 mm2/s，PMX-200，道康寧。

1.2 樣品制備

圖1 為超滑多孔聚酰亞胺表面制備過程示意圖。首先將4,4-二氨基二苯醚（ODA）溶解到N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）溶液中，并在40 ℃下攪拌20 min。將一定量的均苯四甲酸二酐（PMDA）溶解到混合物中，并在40 ℃下攪拌1 h，PMDA、ODA、DMAC的質(zhì)量比為6.68∶7.28∶44.2，再在40 ℃下進(jìn)行縮聚反應(yīng)12 h，制得聚酰胺酸（PAA）溶液。隨后利用PAA 溶液進(jìn)行靜電紡絲，采用硅紙包裹的旋轉(zhuǎn)滾筒收集電紡納米纖維。紡絲電壓采用10 kV 正電壓、-1.8 kV 負(fù)電壓，推注速度為0.25 mm/min，滾筒轉(zhuǎn)速為50 r/min，接收距離為18 cm。將電紡4 h 后形成的PAA 納米纖維膜放入干燥箱中進(jìn)行亞胺化處理（干燥箱溫度梯度為：100 ℃保持1 h，120 ℃保持10 min，150 ℃保持30 min，180 ℃保持30 min，200 ℃保持1 h），制得多孔聚酰亞胺（PI）納米纖維膜。

圖1 MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面制備方法示意圖Fig.1 Schematic diagram of fabrication process of MWCNT-modified ultra-slippery PI photothermal responsive membrane surface

稱取一定量的多壁碳納米管（MWCNT）粉末與乙醇溶液混合，磁力攪拌4 h，超聲水浴振蕩6 h，使MWCNT 在乙醇溶液中均勻分散，配制0.8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的 MWCNT-乙醇溶液。用噴槍將 4 mL MWCNT-乙醇溶液均勻噴涂到3 cm×3 cm 的多孔PI納米纖維膜表面，在60 ℃干燥箱中加熱2 h。將干燥后的多孔PI 膜在聚二甲基硅氧烷（PDMS）/1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷/正己烷溶液（質(zhì)量比為2∶0.5∶97.5）中浸泡2 h，放入120 ℃干燥箱中干燥2 h，形成MWCNT 修飾的超疏水PI 納米纖維膜。最后，將MWCNT 修飾的超疏水PI 納米纖維膜在二甲基硅油中浸泡30 min，懸掛晾10 min，以去除表面多余潤滑油，制備出MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面。

1.3 樣品表征

1）使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（S-4800 II FESEM Hitachi High-Technologies Corporation, Japan）觀測未經(jīng)MWCNT 修飾的PI 膜表面與MWCNT 修飾的PI光熱響應(yīng)膜表面的微觀形貌。

2）利用接觸角測量儀（model 290-U1, Ramé-hart，USA）測量未經(jīng)MWCNT 修飾的PI 膜表面與MWCNT修飾的PI 光熱響應(yīng)膜表面的靜態(tài)接觸角。將5 μL 去離子水液滴滴定在樣品表面，為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每個(gè)樣品隨機(jī)選取5 個(gè)不同位置，并取其平均值作為靜態(tài)接觸角大小。

3）利用紅外熱像儀（A615, FLIR Systems, Inc.,USA）測量近紅外光（FU808AD300-BD10/BC10，深圳市富喆科技有限公司，中國）照射未經(jīng)MWCNT修飾的PI 膜表面與MWCNT 修飾的PI 光熱響應(yīng)膜表面的溫度變化，其中潤滑油為黏度10 mm2/s 的二甲基硅油，近紅外光的波長為808 nm，功率為300 mW，距離樣品表面10 cm，光斑大小為3.5 mm×1.5 mm。

1.4 試驗(yàn)過程

近紅外光源與MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的距離為10 cm，近紅外光的水平運(yùn)動(dòng)通過滑軌控制，速度在0.1～35 mm/s 內(nèi)可調(diào)。在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面上滴定液滴，近紅外光驅(qū)動(dòng)液滴定向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程通過高速攝像儀（Phantom v1212, Vision Research, USA）記錄。

2 結(jié)果及分析

2.1 表征分析

圖2 為MWCNT 修飾前PI 膜與MWCNT 修飾后PI 光熱響應(yīng)膜的掃描電子顯微鏡（SEM）形貌特征圖。如圖2 所示，未經(jīng)MWCNT 修飾的PI 膜表面由交錯(cuò)納米纖維組成，納米纖維之間存在孔隙（圖2a）。MWCNT 修飾后，表面沉積一層微米級(jí)MWCNT 粗糙結(jié)構(gòu)，增加了表面疏水性（圖2b）。噴涂MWCNT后，液滴靜態(tài)接觸角從噴涂前的115°增大至160°，如圖3 所示。

圖2 MWCNT 修飾前PI 納米纖維膜與MWCNT 修飾后PI 光熱響應(yīng)膜的表面形貌Fig.2 SEM of PI nanofiber membrane (a) and MWCNT-modified PI photothermal responsive membrane (b)

圖3 MWCNT 修飾前PI 納米纖維膜與MWCNT 修飾后PI 光熱響應(yīng)膜的靜態(tài)接觸角Fig.3 Static contact angle of PI nanofiber membrane (a) and MWCNT-modified PI photothermal responsive membrane (b)

首先研究了近紅外光（NIR）照射下，MWCNT修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的光熱特性。如圖4a所示，NIR 局部照射未經(jīng)MWCNT 修飾的超滑PI 膜表面與MWCNT 修飾的超滑PI 光熱膜表面，后者溫度在5 s 內(nèi)迅速上升，而前者溫度在5 s 內(nèi)無明顯變化。圖4b 為NIR 照射下MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的溫度隨時(shí)間的變化。0～12 s 內(nèi)無NIR照射，表面溫度保持18.5 ℃不變；12 s 時(shí)，NIR 開始照射超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面，由于MWCNT 是一種優(yōu)良的光熱材料[30-32]，可將近紅外光的光能轉(zhuǎn)換為表面的熱能，13 s 時(shí)，表面溫度上升到45.1 ℃，繼續(xù)照射NIR88 s，表面最大溫度達(dá)到123.6 ℃。圖4c為NIR 照射下MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的溫度變化速率。如圖4c 所示，NIR 照射表面時(shí)，表面溫度的最大上升速率為42.6 ℃/s，NIR 停止照射后，表面溫度在5 s 內(nèi)迅速下降至61.1 ℃，最大溫度下降速度為51.3 ℃/s?？梢姡琈WCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面具有良好的光熱效應(yīng)。為了保證NIR 照射下超滑表面液滴的快速響應(yīng)，同時(shí)避免表面溫度變化對液滴溫度的影響，試驗(yàn)過程中控制NIR局部照射表面同一位置的時(shí)間為1 s。

圖4 MWCNT 修飾的超滑PI 膜的光熱特性Fig.4 Photothermal property of MWCNT-modified ultra-slippery PI membrane surface: (a) infrared images of PI nanofiber membrane and MWCNT-modified ultra-slippery PI photothermal responsive membrane surface under NIR stimuli, (b) temperature versus time curve, (c) temperature rising rate versus time curve

2.2 液滴體積對其在超滑PI 膜表面定向輸運(yùn)的影響

圖5 給出了NIR 驅(qū)動(dòng)MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面不同體積液滴的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)行為。其中，MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面潤滑油黏度μo為0.65 mm2/s，液滴體積分別為5、10、15、20、25 μL。NIR 照射后，超滑光熱響應(yīng)表面的局部溫度上升，產(chǎn)生潤濕梯度力，驅(qū)動(dòng)表面上的液滴定向運(yùn)動(dòng)。其中，5 μL 液滴在8 s 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離約為11 mm，而20 μL 液滴在8 s 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離僅為4 mm。圖6a 為NIR 照射超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面時(shí)，不同體積液滴在超滑表面的特征長度，以液滴前進(jìn)方向上的液滴長度d表示。5、10、15、20、25 μL 液滴在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的特征長度d分別為3.46、3.96、4.67、5.31、5.71 mm，液滴體積越大，其特征長度越長。圖6b—c 分別給出了不同體積的液滴在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的定向輸運(yùn)距離與定向輸運(yùn)速度v?？梢钥闯觯旱卧诔砻鎰蛩龠\(yùn)動(dòng)，液滴體積為5、10、15、20、25 μL 時(shí)，NIR 驅(qū)動(dòng)液滴定向輸運(yùn)的速度v分別為1.64、1.39、0.76、0.60、0.30 mm/s。可見，超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的潤滑油黏度相同時(shí)，液滴體積越小，液滴定向輸運(yùn)速度越快，液滴最大輸運(yùn)速度v為1.64 mm/s。

圖5 NIR 驅(qū)動(dòng)MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面不同體積液滴定向輸運(yùn)Fig.5 Selected snapshots of NIR-induced directional droplet transport with volumes of 5 μL, 10 μL, 15 μL, 20 μL and 25 μL on MWCNT-modified ultra-slippery PI photothermal responsive membrane surface

圖6 液滴大小對NIR 驅(qū)動(dòng)MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面液滴定向輸運(yùn)的影響Fig.6 Effect of droplet volume on directional droplet transport on MWCNT-modified ultra-slippery PI photothermal responsive membrane surface under NIR stimuli: (a) droplet characteristic length versus droplet volume, (b) droplet sliding distance as a function of droplet volume, (c) droplet sliding velocity as a function of droplet volume

2.3 潤滑油對超滑PI 膜表面液滴定向輸運(yùn)的影響

NIR 驅(qū)動(dòng)液滴定向輸運(yùn)的行為與超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面潤滑油的黏度μo有關(guān)。為探究潤滑油黏度μo對液滴定向輸運(yùn)的影響，將MWCNT 修飾的PI 光熱響應(yīng)膜分別在黏度為10、20、100 mm2/s 的硅油中浸泡30 min，制備不同潤滑油黏度的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面。潤滑油黏度10、20、100 mm2/s 對應(yīng)的油-氣表面張力γoa分別為0.0201、0.0206、0.0209 N/m。圖7 給出了5 μL 液滴在潤滑油黏度為10、20、100 mm2/s 的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過程。從圖7 中可以看出，8 s 時(shí)，潤滑油黏度10、20、100 mm2/s 對應(yīng)的液滴定向輸運(yùn)距離分別為5、3.96、1.25 mm，對應(yīng)的液滴定向輸運(yùn)速度v分別為0.63、0.50、0.16 mm/s。可見，潤滑油黏度越大，液滴在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面定向輸運(yùn)的速度越慢。

圖7 NIR 驅(qū)動(dòng)不同潤滑油黏度的MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面液滴定向輸運(yùn)Fig.7 Selected snapshots of NIR-induced directional droplet transport on MWCNT-modified ultra-slippery PI photothermal responsive membrane surface with lubricant viscosity of 10 mm2/s, 20 mm2/s and 100 mm2/s

2.4 超滑PI 膜表面液滴定向輸運(yùn)的作用機(jī)理

為分析NIR 驅(qū)動(dòng)MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面液滴定向輸運(yùn)的作用機(jī)制，對液滴運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行受力分析。如圖8 所示，在MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面滴定液滴，液滴在油-氣表面張力γoa、液-氣表面張力γla、油-液表面張力γol作用中保持平衡，液滴前進(jìn)角與后退角分別以θA、θR表示。此時(shí)，液滴后退角與前進(jìn)角相等，即θR=θA，液滴保持靜止?fàn)顟B(tài)（圖8a）。當(dāng)NIR 照射MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面時(shí)，由于光熱效應(yīng)，NIR 一側(cè)的局部表面溫度上升，油-氣表面張力γoa減小，液-氣表面張力γla與油-液表面張力γol不變，基于楊氏方程[33]，液滴后退角θR（式1）增大。而液滴前端的表面溫度不變，此側(cè)表面張力不變，液滴的前進(jìn)角θA相對于液滴靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)不變。因此，NIR 照射超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面后，液滴后退角θR大于液滴前進(jìn)角θA，液滴處于非對稱變形狀態(tài)，為液滴定向輸運(yùn)提供潤濕梯度力Fwet-grad（圖8b）。潤濕梯度力Fwet-grad表示為(2)式[34]。

圖8 NIR 驅(qū)動(dòng)MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面液滴定向輸運(yùn)的作用機(jī)理Fig.8 Mechanism of NIR-induced directional droplet transport on MWCNT-modified ultra-slippery PI photothermal responsive membrane surface: (a) schematic diagram of droplet on the surface without a NIR stimuli, (b) force analysis of droplet on the surface with a NIR stimuli

同時(shí)，由于潤滑油的影響[35]，液滴運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)受到阻礙液滴運(yùn)動(dòng)的粘滯阻力FH，粘滯阻力FH的方向與潤濕梯度力Fwet-grad的方向相反，大小表示為[36]：

式中，a為無量綱常數(shù)，μl為液滴黏度。因此，液滴體積越大，潤滑油的黏度μo越大，液滴受到的粘滯阻力FH越大。由公式(2)與公式(3)可知，NIR 驅(qū)動(dòng)液滴在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面運(yùn)動(dòng)，當(dāng)Fwet-grad＞FH時(shí)，液滴加速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)wet-grad=FH時(shí)，液滴勻速運(yùn)動(dòng)；超滑表面沒有NIR 照射且Fwet-grad=0 時(shí)，液滴停止運(yùn)動(dòng)。

如圖9a 所示，NIR 照射下，5 μL 液滴在潤滑油黏度為10、20、100 mm2/s 的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面運(yùn)動(dòng)過程中的后退角θR與前進(jìn)角θA分別為63.6°/57.5°、57.4°/52.9°、53.5°/52.1°?？梢钥闯觯琍I光熱響應(yīng)膜表面潤滑油的黏度增大時(shí)，運(yùn)動(dòng)過程中液滴的前進(jìn)角與后退角均減小。液滴在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的靜態(tài)接觸角也與潤滑油黏度呈負(fù)相關(guān)[37]（圖9b）。對于同一表面，NIR 照射后，表面溫度升高，潤滑油的黏度降低，表面張力降低，疏水性提高，從而會(huì)導(dǎo)致液滴在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的接觸角升高。同時(shí)，經(jīng)測量，5 μL 液滴在潤滑油黏度為10、20、100 mm2/s 的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的特征長度d分別為4.03、4.33、4.46 mm。圖9c 給出了NIR 照射下，5 μL 液滴在潤滑油黏度為10、20、100 mm2/s 的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面運(yùn)動(dòng)時(shí)的潤濕梯度力Fwet-grad。由圖9c 可知，液滴體積相同時(shí)，F(xiàn)wet-grad隨超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面潤滑油黏度的增大而減小。潤滑油黏度為 10 mm2/s 對應(yīng)的Fwet-grad最大，為29.12×10-6N；潤滑油黏度為100 mm2/s 對應(yīng)的潤濕梯度力Fwet-grad最小，為6.39×10-6N。

圖9 潤滑油黏度對NIR 驅(qū)動(dòng)MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面液滴定向輸運(yùn)的影響Fig.9 Effect of lubricant viscosity on directional droplet transport on MWCNT-modified ultra-slippery PI photothermal responsive membrane surface under NIR stimuli: (a) droplet advancing and receding angle versus lubricant viscosity, (b) droplet static contact angle versus lubricant viscosity, (c) wettability gradient force as a function of lubricant viscosity

2.5 超滑PI 膜表面多液滴定向輸運(yùn)

在MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面，除了單液滴定向運(yùn)動(dòng)，NIR 還可驅(qū)動(dòng)多液滴合并后定向輸運(yùn)。如圖10 所示，超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的潤滑油黏度為10 mm2/s，在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面不同位置滴定2 個(gè)（圖10a）與3 個(gè)（圖10b）5 μL 液滴。由圖10a 可知，NIR 照射超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面后，表面左側(cè)的單液滴向右運(yùn)動(dòng)，在8 s 時(shí)與右側(cè)單液滴合并，隨后合并液滴繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)至25 s。由圖10b可知，在超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面不同位置滴定3 個(gè)單液滴后，NIR 驅(qū)動(dòng)左側(cè)第1 個(gè)液滴向右運(yùn)動(dòng)并在10 s 時(shí)與第2 個(gè)液滴合并，在19 s 時(shí)與第3 個(gè)液滴合并。由于3 個(gè)液滴合并后的體積（15 μL）大于2 個(gè)液滴合并后的體積（10 μL），因此25 s 時(shí)3 個(gè)液滴合并后定向輸運(yùn)的距離小于2 個(gè)液滴合并后定向輸運(yùn)的距離。

圖10 NIR 驅(qū)動(dòng)MWCNT 修飾的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面多液滴定向輸運(yùn)Fig.10 Multiple-droplet directional transport on MWCNT-modified ultra-slippery PI photothermal responsive membrane surface under NIR stimuli: (a) two droplets coalesce and directional transport under NIR stimuli, (b) three droplets coalesce and directional transport under NIR stimuli

3 結(jié)論

本文基于靜電紡絲結(jié)合噴涂法制備了MWCNT修飾的超滑PIPI 光熱響應(yīng)膜表面，研究了NIR 驅(qū)動(dòng)超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的定向輸運(yùn)行為規(guī)律，分析了近紅外光耦合超滑光熱響應(yīng)表面對液滴定向輸運(yùn)的作用機(jī)理，結(jié)論如下：

1）功率為300 mW 的NIR 連續(xù)照射MWCNT 修飾的超滑PI 納米纖維膜表面88 s，表面溫度的最大上升速率為42.6 ℃/s，表面最大溫度達(dá)到123.6 ℃。MWCNT 修飾的超滑PIPI 光熱響應(yīng)膜表面具有良好的光熱效應(yīng)。

2）通過NIR 照射超滑PI 納米纖維膜表面，表面局部溫度上升，產(chǎn)生潤濕梯度力，驅(qū)動(dòng)液滴在表面定向輸運(yùn)。液滴定向輸運(yùn)與潤濕梯度力及粘滯阻力有關(guān)。

3）超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的潤滑油黏度相同時(shí)，液滴體積越小，粘滯阻力越小，液滴定向輸運(yùn)的速度越快。5 μL 液滴在潤滑油黏度為0.65 mm2/s 的超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的運(yùn)動(dòng)速度最大，為1.64 mm/s。液滴體積相同時(shí)，超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的潤滑油黏度越大，液滴受到的潤濕梯度力越小，液滴的運(yùn)動(dòng)速度越慢。

4）NIR 可驅(qū)動(dòng)超滑PI 光熱響應(yīng)膜表面的多液滴定向輸運(yùn)。