一种示意疏水界面功能的教具的制作方法

1.本实用新型属于教学用具技术领域，具体的说，是涉及一种示意疏水界面功能的教具。


背景技术：

2.科学技术的进步有赖于新材料、新仪器、新方法的创新和发展。疏水界面材料作为一类有效调控多相间相互作用的媒介，可以直接操控界面上液滴的运动状态和运动轨迹，从而在界面自清洁和防雾除冰的方向产生推动作用。
3.对于大学生和中学生来说，学习书本上的知识只是其中一部分，更重要的则是掌握当代科学前沿，以及了解现代工业需求。和浸润性相关的技术主要体现在大学和科研院所的实验室中，想要做到产
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学
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研相结合，就需要让大、中学生接触到相关知识，对其产生兴趣。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在对前沿科技教具缺乏进行补充，提供了一种示意疏水界面功能的教具，能够较好的示意疏水界面功能，具有使用方便，趣味性强等优点。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案予以实现：
6.一种示意疏水界面功能的教具，包括液滴滑梯、液滴收集机构、逆重力流体输运机构；
7.所述液滴滑梯包括多个在垂直方向上以首尾交错依次排列的疏水单元，每个疏水单元包括具有疏水表面的滑梯平面，所述滑梯平面周围设置有液滴挡板；所述滑梯平面包括一体连接的下滑区段和缓冲区段，所述下滑区段的长度长于缓冲区段；所述下滑区段的端部至所述缓冲区段和所述下滑区段连接处向下倾斜，所述缓冲区段的端部至所述缓冲区段和所述下滑区段连接处向下倾斜；并且所述下滑区段与水平面之间夹角大于所述缓冲区段与水平面之间夹角；所述下滑区段和所述缓冲区段连接处设置有漏水孔；
8.所述液滴收集机构包括位于所述液滴滑梯下方的收集槽，所述收集槽的上表面设置有进液孔，所述进液孔位于所述液滴滑梯最下部疏水单元的所述漏水孔正下方；所述收集槽的底部或下部设置有出液孔；
9.所述逆重力流体输运机构包括输送管路，所述输送管路的进液端与所述液滴收集机构的所述出液孔连接，所述输送管路的出液端位于所述液滴滑梯最上部疏水单元的所述下滑区段正上方；所述输送管路的中部通过三通连接有吸水泵，所述吸水泵与所述输送管路的进液端之间、所述吸水泵与所述输送管路的出液端之间分别设置有单向阀。
10.进一步地，所述疏水单元在垂直方向上以首尾交错依次排列是指每相邻两个疏水单元上下正对设置，并且其中一个疏水单元的所述缓冲区段端部和所述下滑区段端部与另一个疏水单元的所述下滑区段端部和所述缓冲区段端部分别对齐。
11.进一步地，所述滑梯平面的长度为5
‑
20cm，宽度为1
‑
5cm。
12.进一步地，所述滑梯平面的接触角为130
‑
160
°
，滚动角为1
‑5°
。
13.进一步地，所述液滴挡板相对于所述滑梯平面加高。
14.进一步地，所述缓冲区段和所述下滑区段之间具有160
‑
170
°
夹角。
15.进一步地，所述下滑区段与水平面具有3
‑
10
°
夹角。
16.进一步地，每个所述疏水单元的所述漏水孔与其下方相邻所述疏水单元的所述滑梯平面的垂线距离为10
‑
15mm。
17.进一步地，所述输送管路的出液端位于所述液滴滑梯最上部疏水单元的所述下滑区段最高处正上方1
‑
5cm。
18.进一步地，多个所述疏水单元的两端分别固定在两个支架上，两个所述支架底部固定安装于所述液滴收集机构；所述逆重力流体输运机构的管路固定于其中一个所述支架。
19.本实用新型的有益效果是：
20.本实用新型的一种示意疏水界面功能的教具，能够通过液滴在滑梯平面所呈现的球状形态展示疏水界面的疏水性；能够通过液滴在具有一定倾斜角的液滴滑梯上逐次滚落过程展现疏水界面上液滴运动状态；还可以通过液滴滚落时带走滑梯平面铺洒颗粒状污染物展示疏水界面的自清洁性；因此该教具能够较好的示意疏水界面功能，具有使用方便，制备简单，成本低，展示效果好，有趣性高等优点。
附图说明
21.图1为本实用新型的示意疏水界面功能的教具主视图；
22.图2为本实用新型的示意疏水界面功能的教具中疏水单元的俯视图；
23.图3为本实用新型的示意疏水界面功能的教具中液滴收集水槽的俯视图。
24.图中：100、液滴滑梯；101、滑梯平面；1011、缓冲区段；1012、下滑区段；102、漏水孔；103、液滴挡板；200、液滴收集机构；201、收集槽；202、进液孔；203、出液孔；300、逆重力流体输运机构；301、吸水泵；302、单向阀；303、输送管路；304、三通。
具体实施方式
25.为能进一步了解本实用新型的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
26.如图1所示，本实施例公开了一种示意疏水界面功能的教具，主要包括液滴滑梯100、液滴收集机构200、逆重力流体输运机构300。
27.结合图2所示，液滴滑梯100包括多个疏水单元，每个疏水单元包括滑梯平面101、漏水孔102、液滴挡板103。液滴滑梯100可以由铁、铝、铜、塑料等材料制成，根据材料的不同利用光固化3d打印机或精雕机以及其他机构制作。
28.滑梯平面101是在平面上覆盖疏水材料形成疏水表面，覆盖方式为粘贴、涂敷、气相沉积或激光刻蚀中的一种，疏水材料为气相二氧化硅、聚二甲基硅氧烷或氟硅烷。滑梯平面101的长度优选为5
‑
20cm，宽度优选为1
‑
5cm。滑梯平面101的疏水表面接触角优选为130
‑
160
°
，疏水表面滚动角优选为1
‑5°
。
29.滑梯平面101包括一体连接的缓冲区段1011和下滑区段1012，下滑区段1012的长
度长于缓冲区段1011。下滑区段1012的端部至缓冲区段1011和下滑区段1012连接处向下倾斜，缓冲区段1011的端部至缓冲区段1011和下滑区段1012连接处向下倾斜，使滑梯平面101的纵截面呈折线形。并且，下滑区段1012与水平面之间夹角大于缓冲区段1011与水平面之间夹角，以使滑梯平面101上的液滴由下滑区段1012顺利滚落至缓冲区段1011，而后由缓冲区段1011滚落至缓冲区段1011和下滑区段1012连接处(即滑梯平面101的最低处)。
30.作为一种优选的实施方式，下滑区段1012长度为缓冲区段1011长度的3
‑
6倍。
31.作为一种优选的实施方式，缓冲区段1011和下滑区段1012之间具有160
‑
170
°
夹角。
32.作为一种优选的实施方式，每个疏水单元的下滑区段1012与水平面具有3
‑
10
°
夹角。
33.液滴挡板103设置在滑梯平面101的周围，并且相对于滑梯平面101加高，用于阻挡液滴滑出滑梯平面101。
34.漏水孔102设置在滑梯平面101的缓冲区段1011和下滑区段1012连接处，即漏水孔102位于滑梯平面101的最低处，这样滑梯平面101上的液滴由下滑区段1012下滑至缓冲区段1011后，将会由缓冲区段1011回落至漏水孔102滴落。
35.多个疏水单元在垂直方向上以首尾交错的形式依次排列。也就是说，每相邻两个疏水单元上下正对设置，并且其中一个疏水单元的缓冲区段1011端部与另一个疏水单元的下滑区段1012端部对齐，同时其中一个疏水单元的下滑区段1012端部与另一个疏水单元的缓冲区段1011端部对齐。这样，在相邻两个疏水单元中，液滴从上部疏水单元的漏水孔102滴落后将会正好落在下部疏水单元的下滑区段1012较高处，从而可使液滴在液滴滑梯100由上到下的疏水单元中依次滑落，保证连续运动。
36.作为一种优选的实施方式，在相邻两个疏水单元中，上部疏水单元的漏水孔102与下部疏水单元的滑梯平面101之间的垂线距离为10
‑
15mm，这样的距离可以保证液滴顺利的在相邻两个疏水单元之间转移，避免液滴弹跳出滑梯平面101或者卡在两个疏水单元之间，造成无法继续滚动。
37.多个疏水单元的两端可以固定在两个支架上，支架底部固定安装于液滴收集机构200。
38.结合图3所示，液滴收集机构200包括收集槽201、进液孔202、出液孔203。收集槽201位于液滴滑梯100的下方，用于收集由液滴滑梯100滴落的液滴。进液孔202开设于收集槽201的上表面，位于液滴滑梯100最下部疏水单元的漏水孔102的正下方。出液孔203开设于收集槽201的侧面下部，用于排出收集槽201收集到的液体循环使用。
39.逆重力流体输运机构300包括吸水泵301、单向阀302、输送管路303、三通304，用于将液滴收集水槽200中的液体搬运到液滴滑梯100的起点，实现循环运作。其中，吸水泵301可以选用手动胶质吸水泵或蠕动泵。
40.输送管路303一般设置在液滴滑梯100的侧面，可以通过安装架固定在其中一个支架上；输送管路303一端与液滴收集机构200的出液孔203连接，为进液端；另一端位于液滴滑梯100最上部疏水单元的下滑区段1012正上方，为出液端。优选地，输送管路303的出液端位于液滴滑梯100最上部疏水单元的下滑区段1012最高处正上方1
‑
5cm。
41.吸水泵301通过三通304连接于输送管路303的中部，吸水泵301与输送管路303的
进液端之间、吸水泵301与输送管路303的出液端之间分别设置有一个单向阀302。利用吸水泵301吸水，并通过两个单向阀302在输送管路303内部产生不对称压强，可以先将收集槽201中的液体转移到两个单向阀302之间的输送管路303中，再使两个单向阀302之间输送管路303中的液体冲出吸水泵301与输送管路303的出液端之间的单向阀302，并由输送管路303的出液端滴落至液滴滑梯100最上部疏水单元的下滑区段1012。
42.由此，当液滴从液滴滑梯100最上部疏水单元的下滑区段1012上方滴落时，由于重力势能与滑梯平面101的原因，会按照由上到下的顺序依次从每个滑梯平面101上的高点滚动到最低点的漏水孔102中，如此循环直至最终滴落在液滴收集机构200的收集槽201中，而后被逆重力流体输运机构300泵送到液滴滑梯100上方，实现循环展示。教学展示所采用液滴可以采用染色剂制备成各种颜色。液滴滑梯100的滑梯平面101上还可以设置灰尘、氯化钠晶体等污染物，这样液滴在滑落过程中会将污染物带走，以此展示疏水界面的自清洁性。
43.可见，通过本实用新型的示意疏水界面功能的教具，可以提供一种有趣的液滴输运方式，适用于为大中小学生进行疏水界面的疏水性以及自清洁性的展示，具有安装简便、示意效果好等优点。
44.尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。