纸基双模液体操纵系统:油水分离和时移液滴切换

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:30
文章英文标题
Paper-based dual-mode liquid manipulation system: Oil/water separation and time-lapse droplet switch
正文
多模式液体处理系统综合了超润湿性表面上不同类型的液体行为,在表面科学领域有着广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的极大兴趣。这里,基于毛细管作用和“似溶似溶”原理,在滤纸上喷涂α-纤维素10 -十一烯酰基酯( CUE )粒子,利用聚二甲基硅氧烷( PDMS )进一步“反施胶”,设计了一种油/水分离和延时液滴切换相结合的纸基双模液滴操纵系统。这种新型的结合技术使得制备的PDMS @ CUE涂层纸( PDMS @ CCP )具有优异的超疏水性能,包括优异的机械电阻和环境耐久性。特别是PDMS @ CCP前端对轻油/水混合物、重油/水混合物,甚至表面活性剂稳定的油包水乳状液都显示出优异的分离效率(大于99.89 % )。有趣的是,基于PDMS @ CCP背面的疏水性和纸张本身固有的吸湿性,利用具有表面能梯度的两个纸张表面液滴曲率差产生的拉普拉斯压力,在两者之间实现了一个时滞液滴切换。通过调节滤纸宽度和液滴体积,可合理调节切换时间在0.8 ~ 202.1   s之间。所设计的功能纸将丰富液体操纵系统的应用领域。
文章内容(英文)
Multi-mode liquid handling system integrated different types of liquid behaviors on super-wetting surfaces has attracted great interest from both academia and industries due to their promising applications in the field of surface science. Herein, a paper-based dual-mode droplet manipulation system that combines oil/water separation and time-delay droplet switch was designed by spray-coating α-cellulose 10-undecenoyl ester (CUE) particles on filter paper with further “reverse sizing” by polydimethylsiloxane (PDMS) based on capillary action and “like dissolve like” principle. Such novel binding technique leaded to a remarkably robust superhydrophobicity of the as-fabricated PDMS@CUE-coated paper (PDMS@CCP), including outstanding mechanical resistance and environmental durability. In particular, the front side of PDMS@CCP displayed excellent separation efficiency (higher than 99.89%) for light oil/water mixture, heavy oil/water mixture, and even surfactant-stabilized water-in-oil emulsion. Interestingly, based on the hydrophobicity of the back side of PDMS@CCP and the intrinsic hygroscopicity of paper itself, a time-delay droplet switch was simply achieved in between by the Laplace pressure derived from the curvature difference of the droplet on two paper surfaces with surface energy gradient. By adjusting the width of the filter paper and the volume of the droplet, the switch time could be rationally modulated between 0.8 and 202.1 s. The designed functional paper would enrich the application field of the liquid manipulation system.
来源出处
Journal|[J]Chemical Engineering JournalVolume 427, 2022.
谷歌学术影响力
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DOI
https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2021.131606

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