[0001] 本发明属于超疏水表面气泡操控技术领域，具体涉及利用一种新型的柔性贴膜方法制作超疏水轨道，实现在二维及三维空间内超疏水轨道上气泡的滑移操控。

[0002] 水中的气泡是一种常见的流体系统，在自然界和人类社会生活中广泛存在，对气泡的有效运用和良好操控也显得至关重要。现代工业生产中，液态流体中上升气泡的操控在矿物浮选、催化反应、水下减阻和沸腾传热等过程中都具有重要角色。例如在管道运输中腐蚀性气体需要及时排出管道保证管道不受伤害；向污水中加入氧气可以实现微生物快速降解，矿物浮选中利用气泡提高筛选效率，电解水制氢过程中对产生的气泡加以控制可以大大提高氢能的生产效率和品质等等。气泡的有效控制和利用可以帮助人类在实现更高效工业生产的同时避免气泡所带来的某些负面影响。

[0003] 利用壁面的润湿性及几何分布设计是目前水下气泡操控的常见方法，超疏水表面所具有的微观结构可以控制气泡强烈粘附并进行滑移。目前超疏水表面的制作方法包括模板法、电化学法、溶液浸泡法、静电纺丝法、激光烧蚀法等等，这些方法采用的加工设备及加工原料都会花费大量成本，对基底材料和大小尺寸也会有限制要求，并且容易产生咖啡环效应，大大影响气泡的操控效果。

[0004] 目前水下超疏水表面气泡的定向运输大多数仅限于一维及二维空间内，对于三维空间内气泡的滑移和定向运输，超疏水表面的制作通常面临着成本高，加工复杂，重复利用率低，精度不够等问题，无法实现在工业中的规模化应用，例如五轴加工方法虽可以实现三维空间内的超疏水表面加工，但其存在价格昂贵和操作复杂耗时的缺点，难以规模化工程应用。工业生产中水下气泡运输的环境复杂，二维平面并不能适应所有的场景条件，三维空间内水下气泡的操控和定向运输目前仍面临挑战，所以发展三维空间内气泡定向运输操控的方法愈加急切。

[0030] 下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

[0031] 如图1a、图1b、图1c和图1d所示，本发明的实施例公开了一种柔性贴膜超疏水轨道制备工艺：

[0032] 以玻璃平板作为TPU水凝膜的喷涂基底1，将TPU水凝膜2固定在喷涂基底1上，喷涂上一层Glaco超疏水涂料3，其表面接触角大于160°。涂料晾干后在TPU水凝膜2上绘制出预设的超疏水轨道图案4。

[0033] 本实例中主要为单直线超疏水轨道，将TPU水凝膜上除轨道外的多余超疏水涂料擦拭干净，使其为非疏水表面；之后将带有超疏水轨道4的TPU水凝膜从玻璃平板1上整体撕下，采用蒙皮、贴膜等方式在预设形状基底5上贴合，得到二维及三维空间内的超疏水轨道。

[0034] 在某一实施例中，柔性膜表面可设计不同疏水轨道图案以实现预设的气泡运动轨迹。

[0035] 当具有超疏水轨道的柔性膜放置于液体环境中时，气泡会受到超疏水轨道的粘附力与浮力的共同作用开始沿超疏水轨道滑移，并且由于柔性膜上超疏水轨道边界精细度高，由此实现气泡在二维及三维空间内定向可控移动。

[0036] 优选的，所述的贴合方式可以为粘合剂贴合、静电贴合或镶嵌贴合等。

[0037] 优选的，所述的图案化的加工方式可以为手工配合掩模法、激光雕刻法或二维CNC雕刻机与计算机辅助加工方法等。

[0038] 优选的，所述的柔性膜包含任何适用于超疏水轨道制作的柔性材料。

[0039] 优选的，所述的超疏水轨道可以为任何形状大小图案的超疏水轨道。

[0040] 优选的，所述的液体环境可以为水溶液、油溶液等。

[0041] 优选的，所述的超疏水涂料可以依据液体环境变换为疏油或亲油涂料。

[0042] 在本实施例中，选用的柔性膜在加工厚度上具有较高的精度要求：柔性膜过薄会影响其上图案化的加工精度(比如当CNC刀头在其表面滑动时就会造成柔性膜的损伤，无法成功制备超疏水轨道)，过厚则会限制其柔性度，无法较好的适应各种空间基底。同时在二维平面内对柔性膜进行图案化加工的方式可以保证超疏水轨道边界的高精度要求。

[0043] 超疏水轨道边界的加工精度是影响气泡精细操控的一个重要因素。边界的精度直接影响了超疏水轨道上的空气层性质，具有粗糙边界的超疏水轨道在气泡滑移过程中会造成气泡体积的耗散，从而无法精细操控气泡。

[0044] 本实施例选用喷涂Glaco的方式，制备出的超疏水表面处在纳米级别的厚度，其上的空气层不仅够薄并且非常稳定，并且因为其颗粒尺寸是纳米级别，结合CNC刀头在表面滑动制作出的轨道边界精度非常高，不会产生咖啡环效应，这也是本发明与其他柔性膜制备相比能够精细操控气泡的一个重要原因。

[0045] 本发明的实施例还公开了一种气泡操控方法：

[0046] 实施例1：

[0047] 采用热弯处理得到的弯折90°L型板基底，L型板5上设计有两种超疏水轨道：长度为80mm的水平板面上是具有几何梯度的夹角轨道(如图2a‑1)，轨道始端为2mm宽度，轨道边线夹角α为2°；竖直板面上为等宽轨道，轨道宽度与水平梯度轨道末端宽度相同(约为4.8mm)。

[0048] 将TPU水凝膜2平整贴覆在L型折板5上，得到空间L型超疏水轨道(如图2a)。将其浸入水下，当气泡6接触到L型超疏水轨道4始端时：首先在轨道粘附力和梯度产生的拉普拉斯压差力作用下沿超疏水轨道从较窄处向较宽处运动，之后滑移经过弯折处后在轨道粘附力和浮力作用下在竖直等宽超疏水轨道上滑移，如图3a是相邻两个气泡时间间隔为30ms的高速阴影拍摄结果图(比例尺为10mm)。

[0049] 实施例2：

[0050] 采用与水平面夹角30°的双弯折Z型板基底，将具有2mm宽度超疏水轨道4的TPU水凝膜2平整贴覆在Z型折板5上，得到空间Z型超疏水轨道(如图2b)。

[0051] 置于水下后气泡6在轨道粘附力和水中浮力作用下沿超疏水轨道4进行贴壁滑移运动，如图3b是相邻两个气泡时间间隔为30ms的高速阴影拍摄结果图(比例尺为10mm)，并且图3b‑1展示了气泡在空间Z型超疏水轨道上滑移速度随时间变化的曲线点图，除在折弯角处会有明显的速度下降，速度趋于平稳，气泡操控效果很好。

[0052] 实施例3：

[0053] 采用外径25mm，厚度为1.5mm的透明PC圆筒基底，将带有3mm宽度超疏水轨道的TPU水凝膜2以30mm螺距从圆筒5底部旋转贴覆于基底表面，得到周期性空间螺旋超疏水轨道(如图2c)。

[0054] 当螺旋超疏水轨道4完全浸入水中后，气泡6会粘附上超疏水轨道，在浮力的驱动下沿螺旋型超疏水轨道做滑移运动，如图3c是相邻两个气泡时间间隔为30ms的高速阴影拍摄结果图(比例尺为5mm)，图3c‑1是气泡在空间螺旋超疏水轨道上滑移速度随时间变化的曲线点图，整个滑移过程中气泡的速度都很稳定，实现了稳定的空间气泡精细操控。

[0055] 综上，本发明制备流程简单，成本低，可以不受加工条件限制实现各类场景所需的二维及三维空间内不同图案的超疏水轨道，应用性很强且应用范围很广，突破了三维空间内的气泡滑移，大大降低了水下气泡运输的成本。