Transport behavior of liquid droplets based on functional liquid crystal surfaces

DOU Yun-jie; WANG Ze-yu; WEI Yang; MA Ling-ling; LU Yan-qing

doi:10.37188/CJLCD.2023-0211

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Transport behavior of liquid droplets based on functional liquid crystal surfaces

Material Physics | 更新时间：2023-10-10

- Transport behavior of liquid droplets based on functional liquid crystal surfaces
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 38, Issue 10, Pages: 1322-1329(2023)
- 作者机构：
  
  南京大学固体微结构物理国家重点实验室，现代工程与应用科学学院，江苏南京 210093
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the National Key Research and Development Program of China(2022YFA1405000);National Natural Science Foundation of China(52003115);Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK20212004;BK20200320);Xiaomi Young Scholar Program and Young Elite Scientists Sponsorship Program by CAST(2022QNRC001)
- DOI：10.37188/CJLCD.2023-0211
  CLC： O734;O753⁺.2
- Received：12 June 2023，
  
  Revised：04 July 2023，
  
  Published：05 October 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
DOU Yun-jie, WANG Ze-yu, WEI Yang, et al. Transport behavior of liquid droplets based on functional liquid crystal surfaces[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2023, 38(10): 1322-1329.
DOI：

DOU Yun-jie, WANG Ze-yu, WEI Yang, et al. Transport behavior of liquid droplets based on functional liquid crystal surfaces[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2023, 38(10): 1322-1329. DOI： 10.37188/CJLCD.2023-0211.

摘要

基于液晶开放表面的微流体操纵技术是一种利用微流体学原理和微加工技术，在微纳尺度上对液体进行操纵和控制的方法，对新型微流控平台的开发至关重要。本文通过注液光滑表面的理论设计，利用液晶聚合物薄膜的可控制备，开发了取向序各向异性的功能聚合物薄膜，包括向列相聚合膜和近晶相聚合膜。研究表明，与近晶相聚合膜相比，向列相聚合膜在同等条件下，为水滴提供更快的输运速度，比近晶相聚合膜约快1个数量级。近晶相聚合膜和向列相聚合膜对于水滴的输运均具有方向选择性，实现了液滴在液晶功能表面的各向异性输运，为开发基于图案化液晶功能表面的特异性微流控技术奠定了基础。

Abstract

The liquid crystal （LC）-based open surface microfluidic can manipulate the liquid in micro-nano scale by utilizing microfluidics principles and micromachining techniques， which is crucial for developing next generation microfluidic platforms. In this work， rational theoretical design and controlled synthesis are conducted to prepare anisotropic functional polymer films including nematic and smectic LC polymer films. According to our study， the flow of droplets on nematic LC polymer films is an order of magnitude faster than on smectic LC polymer films. Moreover， both the nematic and smectic LC polymer films can trigger orientation-dependent flow velocity of droplets， which realize the anisotropic transports of droplets and thereby lays a foundation for the development of specific microfluidic technology based on patterned LC functional surfaces.

关键词

Keywords

references

PUIGMARTÍ-LUIS J . Microfluidic platforms： a mainstream technology for the preparation of crystals ［J］. Chemical Society Reviews ， 2014 ， 43 （ 7 ）： 2253 - 2271 . doi: 10.1039/c3cs60372e http://dx.doi.org/10.1039/c3cs60372e

BAWAZER L A ， MCNALLY C S ， EMPSON C J ， et al . Combinatorial microfluidic droplet engineering for biomimetic material synthesis ［J］. Science Advances ， 2016 ， 2 （ 10 ）： e1600567 . doi: 10.1126/sciadv.1600567 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.1600567

LI C ， BOBAN M ， SNYDER S A ， et al . Paper-based surfaces with extreme wettabilities for novel， open-channel microfluidic devices ［J］. Advanced Functional Materials ， 2016 ， 26 （ 33 ）： 6121 - 6131 . doi: 10.1002/adfm.201601821 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201601821

TANG X ， ZHU P A ， TIAN Y ， et al . Mechano-regulated surface for manipulating liquid droplets ［J］. Nature Communications ， 2017 ， 8 ： 14831 . doi: 10.1038/ncomms14831 http://dx.doi.org/10.1038/ncomms14831

HE X C ， XU T L ， GAO W ， et al . Flexible superwettable tapes for on-site detection of heavy metals ［J］. Analytical Chemistry ， 2018 ， 90 （ 24 ）： 14105 - 14110 . doi: 10.1021/acs.analchem.8b04536 http://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.8b04536

LI A ， LI H Z ， LI Z ， et al . Programmable droplet manipulation by a magnetic-actuated robot ［J］. Science Advances ， 2020 ， 6 （ 7 ）： eaay5808 . doi: 10.1126/sciadv.aay5808 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aay5808

SACKMANN E K ， FULTON A L ， BEEBE D J . The present and future role of microfluidics in biomedical research ［J］. Nature ， 2014 ， 507 （ 7491 ）： 181 - 189 . doi: 10.1038/nature13118 http://dx.doi.org/10.1038/nature13118

MA L L ， LI S S ， LI W S ， et al . Rationally designed dynamic superstructures enabled by photoaligning cholesteric liquid crystals ［J］. Advanced Optical Materials ， 2015 ， 3 （ 12 ）： 1691 - 1696 . doi: 10.1002/adom.201500403 http://dx.doi.org/10.1002/adom.201500403

MA L L ， LI C Y ， PAN J T ， et al . Self-assembled liquid crystal architectures for soft matter photonics ［J］. Light： Science & Applications ， 2022 ， 11 （ 1 ）： 270 . doi: 10.1038/s41377-022-00930-5 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-022-00930-5

MA L L ， LIU C ， WU S B ， et al . Programmable self-propelling actuators enabled by a dynamic helical medium ［J］. Science Advances ， 2021 ， 7 （ 32 ）： eabh3505 . doi: 10.1126/sciadv.abh3505 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abh3505

骆沙曼，孙浩哲，颜世强，等 . 含偶氮苯的光致形变液晶聚合物的细胞生物相容性［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1371 - 1381 ． doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210380 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210380

LUO S M ， SUN H Z ， YAN S Q ， et al . Cell biocompatibility of photodeformable azobenzene⁃containing liquid crystal polymers ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1371 - 1381 . （in Chinese） . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210380 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210380

KOMAR A ， FANG Z ， BOHN J ， et al . Electrically tunable all-dielectric optical metasurfaces based on liquid crystals ［J］. Applied Physics Letters ， 2017 ， 110 （ 7 ）： 071109 . doi: 10.1063/1.4976504 http://dx.doi.org/10.1063/1.4976504

CHEN T X ， ZHAO Q L ， MENG X ， et al . Ultrasensitive magnetic tuning of optical properties of films of cholesteric cellulose nanocrystals ［J］. ACS Nano ， 2020 ， 14 （ 8 ）： 9440 - 9448 . doi: 10.1021/acsnano.0c00506 http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c00506

陈佳浩，刘娇，孙路瑶，等 . 聚合物稳定双频蓝相液晶的亚微秒电光响应［J］. 液晶与显示， 2023 ， 38 （ 1 ）： 18 - 23 ． doi: 10.37188/cjlcd.2022-0052 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2022-0052

CHEN J H ， LIU J ， SUN L Y ， et al . Sub-microsecond electro-optic response in polymer-stabilized dual-frequency blue phase liquid crystals ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2023 ， 38 （ 1 ）： 18 - 23 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjlcd.2022-0052 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2022-0052

MA L L ， WU S B ， HU W ， et al . Self-assembled asymmetric microlenses for four-dimensional visual imaging ［J］. ACS Nano ， 2019 ， 13 （ 12 ）： 13709 - 13715 . doi: 10.1021/acsnano.9b07104 http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b07104

翟飞，封伟 . 4D打印液晶弹性体软体机器人及其热致运动行为［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1389 - 1396 ． doi: 10.1016/j.matt.2021.08.014 http://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2021.08.014

ZHAI F ， FENG W . 4D printed liquid crystal elastomer soft robot and its thermal derived motion behavior ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1389 - 1396 . （in Chinese） . doi: 10.1016/j.matt.2021.08.014 http://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2021.08.014

邹呈，高延子，于美娜，等 . 液晶/高分子复合材料及其在反式电控调光膜中的应用研究进展［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1213 - 1225 ． doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210373 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210373

ZOU C ， GAO Y Z ， YU M N ， et al . Recent advances in liquid crystal/polymer composites and their applications in reverse-mode electrically switchable light-transmittance controllable films ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1213 - 1225 . （in Chinese） . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210373 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210373

纪宇帆，蔡锋，于海峰．液晶聚合物的表面形貌光调控研究进展［J］．应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1226 - 1237 ． doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210381 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210381

JI Y F ， CAI F ， YU H F . Research progress on photoswitchable surface topography of liquid crystalline polymer ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1226 - 1237 . （in Chinese） . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210381 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210381

LIN I H ， MILLER D S ， BERTICS P J ， et al . Endotoxin-induced structural transformations in liquid crystalline droplets ［J］. Science ， 2011 ， 332 （ 6035 ）： 1297 - 1300 . doi: 10.1126/science.1195639 http://dx.doi.org/10.1126/science.1195639

LV J A ， LIU Y Y ， WEI J ， et al . Photocontrol of fluid slugs in liquid crystal polymer microactuators ［J］. Nature ， 2016 ， 537 （ 7619 ）： 179 - 184 . doi: 10.1038/nature19344 http://dx.doi.org/10.1038/nature19344

XU Y ， RATHER A M ， YAO Y X ， et al . Liquid crystal-based open surface microfluidics manipulate liquid mobility and chemical composition on demand ［J］. Science Advances ， 2021 ， 7 （ 40 ）： eabi7607 . doi: 10.1126/sciadv.abi7607 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abi7607

QIU Y Q ， YANG Y Z ， VALENZUELA C ， et al . Near-infrared light-driven three-dimensional soft photonic crystals loaded with upconversion nanoparticles ［J］. Advanced Optical Materials ， 2022 ， 10 （ 9 ）： 2102475 . doi: 10.1002/adom.202102475 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202102475

MCBRIDE M K ， MARTINEZ A M ， COX L ， et al . A readily programmable， fully reversible shape-switching material ［J］. Science Advances ， 2018 ， 4 （ 8 ）： eaat4634 . doi: 10.1126/sciadv.aat4634 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aat4634

ZHAN Y Y ， ZHOU G F ， LAMERS B A G ， et al . Artificial organic skin wets its surface by field-induced liquid secretion ［J］. Matter ， 2020 ， 3 （ 3 ）： 782 - 793 . doi: 10.1016/j.matt.2020.05.015 http://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2020.05.015

ZHANG R ， MOZAFFARI A ， DE PABLO J J . Logic operations with active topological defects ［J］. Science Advances ， 2022 ， 8 （ 8 ）： eabg9060 . doi: 10.1126/sciadv.abg9060 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abg9060

SMITH J D ， DHIMAN R ， ANAND S ， et al . Droplet mobility on lubricant-impregnated surfaces ［J］. Soft Matter ， 2013 ， 9 （ 6 ）： 1772 - 1780 . doi: 10.1039/c2sm27032c http://dx.doi.org/10.1039/c2sm27032c

KEISER A ， KEISER L ， CLANET C ， et al . Drop friction on liquid-infused materials ［J］. Soft Matter ， 2017 ， 13 （ 39 ）： 6981 - 6987 . doi: 10.1039/c7sm01226h http://dx.doi.org/10.1039/c7sm01226h

邹朋飞，魏冰妍，杨淑蕾，等 . 光控取向技术应用于液晶非显示领域的若干进展［J］. 液晶与显示， 2017 ， 32 （ 6 ）： 411 - 423 ． doi: 10.3788/yjyxs20173206.0411 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20173206.0411

ZOU P F ， WEI B Y ， YANG S L ， et al . Some progresses of photoalignment technique applied in liquid crystal nondisplay field ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 411 - 423 . （in Chinese） . doi: 10.3788/yjyxs20173206.0411 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20173206.0411

邓媛，范遥见，陶磊，等 . 含有偶氮苯液晶纳米粒子的合成及其超分子结构和光控取向行为［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1353 - 1361 ．

DENG Y ， FAN Y J ， TAO L ， et al . Liquid crystal nanoparticles containing azobenzene： synthesis， supramolecular structure and their applications in light-controlled orientation ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1353 - 1361 . （in Chinese）

Views

441

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

CJLCD Cover | Research on droplet transport based on functional surface of liquid crystal

Photoalignment guided order evolution of liquid crystals

Mesomorphism of Fluorine Substituted Liquid Crystals Containing Three Rings

Generation of vector beam array using toric focal conic superstructures of smectic liquid crystals

Related Author

WANG Ze-yu

WEI Yang

MA Ling-ling

LUO Daoxing

WU Jinbing

GUO Zhenghao

HU Wei

LI Juan-li

Related Institution

College of Engineering and Applied Sciences， Nanjing University

Optical and Electrical Materials Department,Xian Modern Chemistry Research Institute, Xian 710065, China, E-mail:lijl208@sohu.

Information Engineering Institute， Guangzhou Railway Polytechnic

College of Material Science and Engineering， University of Science and Technology Beijing

School of Materials Science and Engineering， Peking University

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China 130033 Postal code：130033
Tel：0431-86176059 Email：yjxs@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰