Underwater gas self-transportation along femtosecond laser-written open superhydrophobic surface microchannels (<100 µm) for bubble/gas manipulation

微通道 气泡 激光器 拉普拉斯压力 水下 飞秒 材料科学 光学 纳米技术 光电子学 表面张力 机械 地质学 物理 量子力学 海洋学
作者
Jiale Yong,Qing Yang,Jinglan Huo,Xun Hou,Feng Chen
出处
期刊:International journal of extreme manufacturing [IOP Publishing]
卷期号:4 (1): 015002-015002 被引量:58
标识
DOI:10.1088/2631-7990/ac466f
摘要

Abstract Underwater transportation of bubbles and gases has essential applications in manipulating and using gas, but achieving this function at the microscopic level remains a significant challenge. Here, we report a strategy to self-transport gas in water along a laser-induced open superhydrophobic microchannel with a width less than 100 µ m. The femtosecond laser can directly write superhydrophobic and underwater superaerophilic microgrooves on the polytetrafluoroethylene (PTFE) surfaces. In water, the single laser-induced microgroove and water medium generate a hollow microchannel. When the microchannel connects two superhydrophobic regions in water, the gas spontaneously travels from the small region to the large area along this hollow microchannel. Gas self-transportation can be extended to laser-drilled microholes through a thin PTFE sheet, which can even achieve anti-buoyancy unidirectional penetration. The gas can overcome the bubble’s buoyance and spontaneously travel downward. The Laplace pressure difference drives the processes of spontaneous gas transportation and unidirectional bubble passage. We believe the property of gas self-transportation in the femtosecond laser-structured open superhydrophobic and underwater superaerophilic microgrooves/microholes has significant potential applications related to manipulating underwater gas.

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