中国科学院化学研究所绿色印刷实验室宋延林

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宋延林AM：一种普适的流体图案化方法及其在微型器件制备中的应用!

文章亮点：

提出了一种利用微模板“印刷”方式实现包括空气、水和多种油在内的不混溶流体对的图案化原理和方法，并用于制备可编程多相流体图案和微型光电器件。

许多基本的物理和化学过程发生在流体界面。例如，在气液界面存在蒸发，吸附和瑞利不稳定性，这在溶液加工器件制造、表面自组装和喷墨印刷中具有重要意义。控制流体界面对于理解和利用这些基本过程至关重要。

然而，以前基于微流体技术的研究主要集中在自由流动的流体界面上，因此由于流体界面的流动性而难以对其控制。实际上，固定和图案化的流体界面在许多领域更为重要，比如分子扩散研究、界面反应、检测和传感等，因为它为观察、识别和标记提供了一个稳定的平台。此外，图形化的气液界面可以作为软模板用于功能材料的组装和印刷。

在固体表面上，将一种流体在另一种不混溶流体中形成图案，是形成图案化流体界面的有效方式，引起了不同研究领域的广泛关注。例如，在水中形成图案化的气泡作为材料组装的模板，在空气中形成图案化的液滴以进行液体操作，并且在水中形成图案化的油滴或通过溶剂交换在固体表面上的油中图案化的水滴等。然而，创建和精确控制不同材料的流体模式仍然是一个巨大的挑战。

有鉴于此，中国科学院化学研究所宋延林教授课题组报告了一种在微通道中创建图案化的流体界面的通用方法。

对于制备流体图案，模板微柱的润湿性和几何形状是两个最关键的因素。该研究提出了它们各自的设计原则。即：理论上，对于流体A和流体B的任何不可混合的流体对，假设θBA是流体A中微柱的表面上的流体B的接触角，如果θBA<90°，则在微柱的作用下流体B可以在流体A中形成图案。

在实验上，这条规则适用于数十种不混溶流体对，它们由二十几种常见流体组成，包括空气、水和油。此外，通过合理设计微柱模板的几何形状，可以很好地控制流体图案的形状、大小和位置。将润湿性和几何形状的设计与连续的流体取代技术相结合，可实现可编程多相流体模式。

总之，这种普适的流体图案化原理和方法为研究流体界面上发生的基本过程提供了一个前途广阔的平台，使得多相流体可以实现可编程的图案化制备及多功能材料组装微型光电子器件。

参考文献：

Huang Z, Yang Q, Su M, et al. AGeneral Approach for Fluid Patterning and Application in FabricatingMicrodevices[J]. Advanced Materials, 2018: 1802172.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201802172