1.一种流体定向输运通道，其特征在于：包括基板，所述基板的表面依次连续设置多个不对称通道，多个所述不对称通道的延长线均大致汇聚于同一中心点，所述不对称通道以中心点为圆心围合成扇形或圆形；
利用所述不对称的流体定向输运通道造成的拉普拉斯压力，能够定向驱使液流从不对称通道的宽端输运到窄端，最终在不对称通道的窄端被收集；
所述不对称通道的横截面为V型，所述V型通道的两侧壁之间距离最大处的尺寸为0.5-3mm；
所述流体定向输运通道的制备方法包括如下步骤：
S1：将基板经过折叠工艺制得预制件；
S2：将预制件的一端拉伸，另一端挤压，使预制件形成扇形结构或圆形结构，使预制件的上表面和下表面形成张角逐渐变小的所述不对称通道，即得到流体定向输运通道；
所述基板的表面设有亲水层形成亲水薄片，亲水层的接触角小于20°。
2.根据权利要求1所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述基板的上表面和下表面均依次设置有多个不对称通道。
3.根据权利要求1所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述不对称通道的长度相同，且每条不对称通道的张角变化趋势相同。
4.根据权利要求1所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述基板的厚度小于0.5mm，所述V型通道的侧壁宽度为2-4mm。
5.根据权利要求1所述的流体定向输运通道，其特征在于：所述基板经过去离子水煮沸后再将其进行步骤S1的操作。
6.权利要求1-5任一项所述的流体定向输运通道在传热、蒸汽收集以及微流体输运领域的应用。

技术领域
[0001]本发明属于流体操控技术领域，尤其是涉及一种流体定向输运通道及其制备方法和应用。
背景技术
[0002]近年来，随着界面科学的不断发展，定向流体输运已经被广泛研究并应用于传热、水收集以及微流体输运等领域，拥有优良的应用前景。其中，表面能驱动的定向流体输运界面的优势主要表现为在不消耗任何外加能量条件下的流体定向传递。虽然这些功能在实验室中已经得到证实，但是定向流体输运界面仍然具有许多挑战，例如在由浸润性图案构筑的二维输运界面中，存在输运距离较短，流体运动速度慢以及整体通量低等问题；而在金属板上直接雕刻或冲压制备的三维不对称沟道虽然大幅增加了流体输运距离和通量，提升了流体传递的效率，但是这种方式对加工机器的精度要求很高，并且加工工艺复杂，能耗大，耗时久，不利于大规模使用。因此，研发一种制备简便，价格低廉，并兼具高速度，大通量，长距离输运液体等功能的定向流体输运材料是十分必要的。
发明内容
[0003]有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种流体定向输运通道及其制备方法和应用。
[0004]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0005]第一方面，本发明提供了一种流体定向输运通道，包括表面设置有一个或多个不对称通道的基板，所述不对称通道的张角逐渐变小。
[0006]优选地，所述基板的表面依次连续设置多个所述不对称通道，多个所述不对称通道的延长线均大致汇聚于同一中心点，所述V型通道以中心点为圆心围合成扇形或圆形。
[0007]优选地，所述不对称通道的横截面为V型、U型、Y型或梯形。
[0008]优选地，所述基板的上表面和下表面均连续设置有多个不对称通道。
[0009]优选地，所述不对称通道的长度相同，且每条不对称通道的张角变化趋势相同。
[0010]优选地，所述基板的上表面和下表面的不对称通道由基板折叠后形成。
[0011]优选地，所述基板的表面设有亲水层形成亲水薄片，亲水层的接触角小于20°。
[0012]优选地，所述亲水层的材质为亲水二氧化硅、鞣酸、聚乙烯醇中的一种或几种。
[0013]优选地，所述基板的材质为铝、铜、铁中的一种或金属合金。
[0014]优选地，所述基板的厚度小于0.5mm。
[0015]优选地，所述不对称通道的横截面为V型，所述V型通道的侧壁宽度为2-4mm，两侧壁之间距离最大处的尺寸为0.5-3mm。
[0016]第二方面，本发明还提供了上述流体定向输运通道的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0017]S1：将基板经过折叠、模压、铣、冲压、拼接或模具浇铸工艺制得预制件；
[0018]S2：将预制件的一端拉伸，另一端挤压，使预制件形成扇形结构或圆形结构，使预制件的上表面和/或下表面形成张角逐渐变小的不对称通道，即得到流体定向输运通道。
[0019]优选地，所述基板经过去离子水煮沸后再将其进行步骤S1的操作。在沸水中煮沸基板，可在基板表面形成微纳结构，易于亲水材料在基板表面附着。
[0020]优选地，所述步骤S2中成型的扇形结构或圆形结构的表面设置有亲水层。
[0021]优选地，所述扇形结构的中心角为60°-120°。
[0022]第三方面，本发明还提供了上述流体定向输运通道在传热、蒸汽收集以及微流体输运领域的应用。
[0023]相对于现有技术，本发明具有以下优势：
[0024](1)本发明的流体定向输运通道基于亲水材料构筑的不对称流体输运通道，通过研究材料表面浸润性、沟道深度、沟道宽度等参数对流体定向输运的流速和通量等性能的影响，进一步优化参数，得到兼具大通量、高流速的定向输运通道，并且以低制备难度、高精度为目标，反复优化通道结构以及所包含的不对称通道的制备方法。
[0025](2)在使用本发明的流体定向输运通道进行流体定向传输时，流体源可以选择小通量的液滴或是大通量的液流，即使在逆重力的给液条件下，利用本发明的不对称的流体定向输运通道造成的拉普拉斯压力，仍然能够定向驱使液流从宽端输运到窄端，最终在通道的窄端被收集，而不会有任何液体溢出沟道。经测试，4mm深的不对称的V型通道的最大通量可以达到1700ml/h。90°的扇形流体定向输运通道结构可包含20个不对称的V型通道，并且这些通道的窄端汇聚于扇形的顶点，可以极大地放大流体输运的能力并减少液体收集的困难。
[0026](3)本发明流体定向输运通道原材料易得，制备难度小，生产工艺简单，适合大规模制备。通过将亲水薄片折叠为扇形的方式，巧妙构筑了多个具有较高精度的不对称V型通道，并且将这些V型通道的定向输运出口集中在了一点。该设计从一定程度上解决了传统定向流体输运通量不足，流速较慢的问题，并且在流体定向输运的过程中不需要任何外加能量的汇入，实现了快速、高效、大通量的液体传递过程，为高效流体传递提供了一种新的可行方案。
[0027](4)本发明的流体定向输运通道可应用于传热、蒸汽收集等领域。通过将流体源快速地由宽端运输至窄端，可实现快速刷新冷凝表面，提高冷凝效率。例如，将流体定向输运通道水平朝下放置，即当其应用在竖直向上运动的蒸汽收集过程中时，流体定向输运通道具有能够让蒸汽与收集表面直接相撞的能力，并且能够定向收集捕获的冷凝水，阻止其滴落，大幅提升收集效率，也能够实现定向输运液体，实现对水的回收利用。
[0028](5)本发明的流体定向输运通道可应用于微流体输运领域，可通过控制不对称通道的张角大小来实现控制液体驱动力来最终达到精准控制反应顺序的目的，另外，本发明的流体定向输运通道还可实现通过控制不对称通道的通量来精准控制不同比例的流体的混合。
附图说明
[0029]图1为本发明实施例所述的流体定向输运通道的结构示意图；
[0030]图2为本发明实施例所述的流体定向输运通道的制备工艺示意图；
[0031]图3为本发明实施例所述的最大通量测试方法示意图；
[0032]图4为P3最大通量测试过程中通量为500ml/h时液体稳定定向输运的情况照片；
[0033]图5为P3最大通量测试过程中通量为1800ml/h时液体输运突破通量极限的情况照片；
[0034]图6为P1最大通量测试过程中通量为460ml/h时液体输运突破通量极限的情况照片；
[0035]图7为P2最大通量测试过程中通量为1000ml/h时液体输运突破通量极限的情况照片；
[0036]图8为对比例1的二维亲疏水不对称图案最大通量测试过程中通量为100ml/h时液体输运突破通量极限的情况照片；
[0037]图9为对比例2的平行通道最大通量测试过程中的情况照片。
[0038]附图标记说明：
[0039]1、亲水层；2、基板；301-流体定向输运通道；302-定向滴落的液滴；303-向上喷射的液体。
具体实施方式
[0040]除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0041]下面结合实施例来详细说明本发明创造。
[0042]实施例1制备流体定向输运通道
[0043]如图1至图2所示，流体定向输运通道的制备方法包括如下步骤：
[0044](1)选用三片厚度为0.05mm的铝箔作为基底，放入煮沸的去离子水中，取出后将三片基底分别以4mm、3mm、2mm的宽度从一端向另一端正反交错折叠形成预制件，再分别将预制件的一端拉伸，另一端挤压，使预制件形成扇形结构，流体输运通道形成内紧外松的V型通道，即得到流体定向输运通道。
[0045](2)将亲水材料设置在预制件的表面形成亲水层，亲水材料可以通过在基底表面直接处理形成，也可以在基底表面粘贴或涂敷形成，在本实施例中亲水材料选用的是亲水二氧化硅，经测试亲水层的接触角为大约为0°；
[0046](3)最终形成的三个流体定向输运通道，分别为P1、P2、P3，P1、P2、P3中的V型通道的张角由外向中心点方向逐渐变小，P1、P2、P3中的V型通道的尺寸参数具体见下表：
[0047]表1V型通道的尺寸参数
[0048]项目总长度(mm)侧壁长度(mm)宽端的张角(°)窄端的张角(°)P16.52≈145≈5P26.53≈145≈5P36.54≈145≈5
[0049]将上述制备得到的流体定向输运通道分别进行最大通量的测量，如图3所示，具体测量方法为：
[0050]将V型通道水平朝下放置，针头从下往上喷射液体。在V型通道的窄端放置液体收集器，液体收集器的排水能力远大于V型通道，以消除在测量过程中由于排出口堵塞而造成的实验误差。通过不断增加喷射液体的流量，测试V型通道在输运过程中的极限。由于不V型通道和亲水表面的限制作用，在实验开始的时候液体并不会溢出通道，而是定向从通道的宽端输运到窄端(图4)，随着流量的增加，当液体不再能够容纳时，就会有液体被排出通道外，以此为基准，记录当下的通量为不对称通道能够输运的最大通量(图5)。当液体的流量突破通量极限(即最大通量)后会溢出通道，如图6和图7所示。测量结果见下表：
[0051]表1V型通道的最大通量测量结果
[0052]项目最大通量(ml/h)P1450P2900P31700
[0053]从上表中可以看出，随着流体定向输运通道的侧壁长度的增长，流体输运的通量也随之增加。
[0054]对比例1
[0055]采用尺寸与P1侧壁长度为2mm的流体定向输运通道投影尺寸相同的亲疏水不对称图案(即二维亲疏水不对称图案)作为对比，即将P1的投影部分涂覆亲水涂层，亲水涂层的成分为与实施例相同的亲水二氧化硅，其余部分涂覆疏水涂层，疏水涂层的成分为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，如图8所示。
[0056]将该亲疏水不对称图案水平朝下放置，针头从下往上喷射液体，同样在不对称通道的宽端放置液体收集器。液体收集器的排水能力远大于二维亲疏水不对称图案，以消除在测量过程中由于排出口堵塞而造成的实验误差。通过不断增加喷射液体的流量，测试二维亲疏水不对称图案在输运过程中的极限。由于二维亲疏水不对称图案和亲水表面的限制作用，在实验开始的时候液体并不会溢出通道，而是定向从通道的宽端输运到窄端，随着流量的增加，当液体不再能够容纳时，就会有液体被排出通道外，以此为基准，记录当下的通量为二维亲疏水不对称图案能够输运的最大通量，其值为100ml/h，可见，V型通道在2mm深度的最大通量是相同尺寸亲疏水模式的5倍，显示了V型通道在大通量流体输运方面的巨大优势。
[0057]对比例2
[0058]采用实施例1步骤(2)制得的折叠之后侧壁长度为2mm的预制件(即平行通道)和折叠之后的流体定向输运通道P3作为对比，比较其在大通量液流下的流体疏运能力上的区别，如图9所示。
[0059]将平行通道和流体定向输运通道P3分别水平朝下放置，针头从下往上喷射液体，并以垂直于通道的方向匀速往复运动。在收集过程中，由于不对称通道的设计，流体定向输运通道P3表面被连续喷出的液体能够从定向疏运到扇形的窄端并被连续收集，而不会疏运到宽端或是在表面滴落。与之相反的是，平行通道由于不具备不对称通道，因此液体不能被定向疏运，而只能堵塞在通道内，见图9，在通道表面随机滴落。可见，只有不对称的V型通道才能实现液体的定向疏运和收集，显示出了不对称的V型通道在大通量定向疏运流体方面的巨大优势。
[0060]本发明的流体定向输运通道可以通过折叠+压缩拉伸的方法实现，由于折叠的缘故，展现出的V型通道呈三角形，这种三角形结构由于能够产生足够的拉普拉斯压，使液体能够稳定地处在V型通道内部，而不会溢出。这种一端宽一端窄的不对称设计也保证了每条V型通道上的液流都能够定向输运至扇形结构的根部，最终在汇聚之后滴落。
[0061]上述成型方法通过折叠形成流体定向输运通道制备难度低精度高，需要说明的是，流体定向输运通道中的不对称的V型通道也可通过现有技术中的铣、冲压、拼接或模具浇铸等工艺成型，只要能够形成不对称的V型通道即可。
[0062]以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。