Femtosecond laser patterned superhydrophobic surface with anisotropic sliding for droplet manipulation

材料科学 飞秒 润湿 接触角 粘附 各向异性 微流控 激光器 纳米技术 微加工 工作(物理) 光学 制作 复合材料 物理 工程类 机械工程 病理 医学 替代医学
作者
Cong Wang,Kaiwen Ding,Yuxin Song,Xianshi Jia,Nai Lin,Ji’an Duan
出处
期刊:Optics and Laser Technology [Elsevier]
卷期号:168: 109829-109829 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.optlastec.2023.109829
摘要

Patterned superhydrophobic surfaces have a wide range of applications in terms of microfluidic devices. In this work, a simple and robust method is proposed to fabricate patterned superhydrophobic surfaces by two combined steps including femtosecond laser microfabrication and immersion treatment. The obtained surface exhibits contact angles of 170.0°, 167.6°, and 169.5°, and sliding angles of 5.8°, 6.0°, and 3.9° for 12 μL, 18 μL, and 30 μL water droplets, respectively. The high-adhesion hydrophobic linear pattern combined with the surrounding low-adhesion superhydrophobic surface exhibits controllable wettability and pronounced liquid-sliding anisotropy. Since the contact angle and the adhesion force can be controlled by adjusting the width of the linear pattern, the droplet motion can be directionally modulated. As the line width increases, the sliding angle in parallel direction can be regulated from 18.9° to 90°, from 15.3° to 47.6°, and from 8.6° to 25.0° for 12 μL, 18 μL, and 30 μL water droplets, respectively. Based on the modified Furmidge equation, the relationship between adhesion and liquid-solid interface width can be reasonably explained. Furthermore, the potential applications of the patterned surfaces for droplet transport and mixing are explored. The wettability of the superhydrophobic surfaces to liquids of different types and pH is also investigated. The work presented here has the potential to advance femtosecond laser scanning as a simple, precise, and controllable method for fabricating patterned superhydrophobic surfaces, and to accelerate their applications in parallel reactors, chemical micro-assays, drug delivery systems and so on.
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