一种电润湿聚并液滴防粘表面及其制造工艺

本发明属于微流控，特别涉及一种电润湿聚并液滴防粘表面及其制造工艺。

背景技术：

1、在众多工业领域与日常生活中，固体表面对液滴的粘附行为常导致一系列问题，如医疗器械表面的细菌滋生与交叉感染、精密光学镜头的污染与效能下降、换热器表面的积垢与传热效率衰减，以及电子产品内部因冷凝液滴积聚引发的短路风险等。因此，开发高效、可靠的防粘表面对提升设备性能、保障安全卫生、节约能源与维护成本具有重大意义。

2、传统的被动式防粘表面，如超疏水表面，依赖低表面能化学修饰和微纳粗糙结构，使液滴以高接触角状态（≥150°）易于滚落。然而，这类表面存在机械耐久性差、对微小或粘性液滴清除困难等固有缺陷。更为关键的是，其完全缺乏主动控制能力：一旦液滴因蒸发、污染或结构损伤，表面自身无法进行任何干预，适应性差。

3、近年来，电润湿技术因其响应速度快、能耗低以及可控性强等优势，被逐渐运用到防粘表面。它通过施加电压改变固-液界面张力，从而动态调控液滴行为。现有方案多采用简单的条形或矩形电极，通过构建润湿性梯度来驱动液滴移动或聚并。然而，这类设计存在一个普遍性的技术瓶颈：液滴在聚并后往往停滞不前。原因在于，聚并过程释放的表面能多以液滴内振荡和热耗散形式损失，而驱动大液滴整体运动需克服其更大的后缘接触线钉扎力。简单的梯度电场在聚并后难以提供足够且精准的力驱动液滴，导致聚并后液滴清除迟滞，防粘效率大打折扣，尤其在需要快速恢复视觉清晰度的透明器件上问题突出。

4、因此，亟需一种创新的电极结构设计，不仅能够高效捕获与聚并液滴，更能有效转化聚并能量，并主动驱动聚并后液滴迅速脱离，实现全流程的主动、高效防粘。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提供一种具有主动调控功能的电润湿聚并液滴防粘表面及其制造工艺，能够主动控制液滴聚并驱动其滑落，提升目标表面的防粘效果。

2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种电润湿聚并液滴防粘表面，包括依次设置的透明支撑衬底、电极复合阵列、透明介电层和疏水层；

4、其中，所述电极复合阵列包括交替排列的侧向捕获电极和中心引导电极，相邻的侧向捕获电极和中心引导电极的边界呈曲率匹配的嵌套分布，并保持基本恒定的横向间隙，以在相邻电极之间形成非均匀电场梯度；且所述中心引导电极中形成有缩颈结构，曲率匹配的嵌套结构与缩颈结构协同作用，用于在液滴聚并过程中诱导液滴后缘三相接触线发生失稳脱钉，从而实现液滴聚并后的持续定向迁移与脱附。

5、在可选或优选的实施例中，透明电极为共面设置的至少两组电极，电极的宽度呈非均匀分布。

6、在可选或优选的实施例中述第一圆弧边界与第二圆弧边界对应的圆心角为90°-160°，所述横向间隙为20μm-80μm。

7、在可选或优选的实施例中，所述中心引导电极在两个相邻的圆弧凹陷区之间形成纵向缩颈结构。

8、在可选或优选的实施例中，缩颈结构的水平宽度变化范围为100μm-300μm，以在液滴后缘形成接触线不稳定区域并触发脱钉行为。

9、在可选或优选的实施例中，所述中心引导电极与侧向捕获电极的宽度变化范围为100μm-800μm，以形成连续变化的电场驱动力。

10、在可选或优选的实施例中，所述侧向捕获电极与中心引导电极为透明导电薄膜。

11、在可选或优选的实施例中，所述中心引导电极与侧向捕获电极为氧化铟锡ito电极；其厚度为200nm-800nm。

12、在可选或优选的实施例中，所述介电层的材料为su8高分子光刻胶或聚对二甲苯材料，厚度为1μm-10μm且介电常数大于2.5。

13、在可选或优选的实施例中，所述疏水层的材料为氟化聚合物材料（如cytop），其厚度为0.5μm-2μm，且表面初始接触角≥110°。

14、在可选或优选的实施例中，所述介电层和疏水层均通过旋涂法获得，旋涂速度为1000rpm-5000rpm，旋涂时间为30s-60s，并在80 ℃-220 ℃条件下进行50 min-180 min的烘干处理。

15、基于上述技术方案，本发明实施例至少具有以下有益效果：

16、通过设计具有同心圆弧边界嵌套结构与缩颈结构的电极复合阵列，在未显著增加工艺复杂度与制造成本的前提下，实现了对表面电场分布与液滴界面能量状态的协同精准调控。具体而言：

17、1.同心等距的圆弧电极边界产生了曲率匹配的强电场梯度，将分散的微小液滴（如冷凝雾滴）高效、定向地捕获并汇聚至中心区域，极大提升了初始液滴的收集效率与聚并速度。

18、2.创新的缩颈结构不仅通过几何约束引导液滴形状，更关键的是在液滴后缘主动促使后缘接触线发生不稳定脱钉，从根本上解决了聚并后大液滴运动滞后的核心难题，实现了液滴聚并和滑落过程的连贯与高效。

19、3.由于所采用的氧化铟锡ito电极、高分子介电层（如su-8）及氟化聚合物疏水层（如cytop）均为高透明材料，该防粘表面在实现主动防粘功能的同时，能最大限度地保持基底（如玻璃）的原始透光率，特别适用于相机镜头、光学传感器视窗、精密仪器面板、汽车玻璃及建筑幕墙等对视觉清晰度有严苛要求的场景。

20、4.本方案通过结构创新而非单纯提高驱动电压来增强驱动力，有助于降低介电层击穿与电荷注入的风险，提升了装置的长期电学稳定性和使用寿命。整个制造工艺基于成熟的平面微加工技术（如激光加工、光刻、旋涂），步骤简洁，可控性强，与大面积、批量化生产需求高度兼容，具有良好的产业化应用前景。

1.一种电润湿聚并液滴防粘表面，其特征在于，包括依次设置的透明支撑衬底（01）、电极复合阵列、透明介电层（04）和疏水层（05）；

2.根据权利要求1所述的一种电润湿聚并液滴防粘表面，其特征在于，所述侧向捕获电极（02）包括沿横向排布的多条侧向捕获电极单元，所述中心引导电极（03）沿横向排布的多条中心引导电极单元，侧向捕获电极单元和中心引导电极单元交替设置；其中，每条侧向捕获电极单元包括对称设置的两第一圆弧边界，且第一圆弧边界包括沿纵向排列的向相邻中心引导电极单元方向凸起的多个圆弧段，每条中心引导电极单元均包括对称设置的第二圆弧边界，且第二圆弧边界包括沿纵向排列的多个凹陷新月形边界（031），两第二圆弧边界中相对的两个凹陷新月形边界（031）之间形成有缩颈结构（032）；相邻的第一圆弧边界和第二圆弧边界呈曲率匹配的嵌套分布。

3.根据权利要求2所述的一种电润湿聚并液滴防粘表面，其特征在于，所述第一圆弧边界与第二圆弧边界对应的圆心角为90°-160°，横向间隙为20μm-80μm，以形成驱动液滴迁移的电场梯度。

4.根据权利要求2所述的一种电润湿聚并液滴防粘表面，其特征在于，所述缩颈结构（032）的水平宽度为100μm-300μm。

5.根据权利要求1所述的一种电润湿聚并液滴防粘表面，其特征在于，所述中心引导电极（03）与侧向捕获电极（02）的宽度沿纵向呈非均匀变化，宽度范围在100μm-800μm。

6.根据权利要求1所述的一种电润湿聚并液滴防粘表面，其特征在于，所述侧向捕获电极（02）与中心引导电极（03）为透明导电薄膜。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种电润湿聚并液滴防粘表面，其特征在于，所述电极复合阵列在交流电压驱动下形成时变电场，以抑制液滴在局部区域长期驻留并促进液滴连续迁移。

8.一种权利要求1-7任一项所述的电润湿聚并液滴防粘表面的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制造工艺，其特征在于，所述电极复合阵列通过飞秒激光加工或光刻工艺形成，其中飞秒激光频率为180khz-250khz，输出功率为1.2w-3.8w。

10.根据权利要求8所述的制造工艺，其特征在于，所述介电层（04）和疏水层（05）通过旋涂法形成，旋涂速度为1000rpm-5000rpm，旋涂时间为30s-60s，并在80℃-220℃条件下进行50min-180min的烘干处理。