液体所带电性的动态调节方法及其应用与流程

本发明涉及对液体所带电荷的调节，特别是涉及一种液体所带电性的动态调节方法及其应用。

背景技术：

1、从1879年亥姆霍兹提出首个基于平行板模式的双电层模型开始，至今历经近一个半世纪，人们对其内部的结构组成从未停止。目前对于双电层静态模型为斯特恩模型，其认为在固液界面的双电层中包含致密层和扩散层两个部分组成。

2、另外，根据最新的王氏双电层模型可知，当固体和液体相互接触时，首先在固体和液体分子之间发生电子转移，同时电离反应也发生在固体表面，因此固体表面同电性的电子和离子共同构成了致密层中的内亥姆霍兹层；基于内亥姆霍兹层的静电力吸附作用，不同电性的离子会被吸附在带电体的表面形成外亥姆霍兹层。

3、目前针对双电层的调节，即对于液体的所带电性的调节，都是基于传统的电化学手段通过有源的方式对导电体-液体界面的双电层进行微调，然而针对介电体-液体界面却缺乏行之有效的调节手段，从而对基于液体所带电性调节的应用场景范围造成限制。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术中针对介电体-液体界面的液体所带电性缺乏有效调节手段的技术问题，本发明提供一种液体所带电性的动态调节方法及其应用。

2、本发明公开一种液体所带电性的动态调节方法，包括以下步骤：

3、将液体层与第一固体层相接触以在固液接触界面处形成双电层结构。

4、在第一固体层表面或在与其隔空设置的第二固体层表面以接触起电的方式施加定量的单极性电荷以构建无源电场，并通过无源电场对双电层中致密层的电荷组成进行动态调节，进而控制双电层的扩散层中游离的异种电荷数量比，调节液体层所带电性，调节结果如下：

5、(a)当扩散层中游离的正电荷量多于负电荷量，液体层整体呈现正电性。

6、(b)当扩散层中游离的正电荷量等于负电荷量，液体层整体呈现电中性。

7、(c)当扩散层中游离的正电荷量少于负电荷量，液体层整体呈现负电性。

8、作为上述方案的进一步改进，第一固体层靠近液体层的一侧为接触面。其中，在第一固体层的接触面施加定量的单极性电荷，以实现接触式调节。

9、作为上述方案的进一步改进，在第一固体层背离液体层的一侧施加定量的单极性电荷，以实现非接触式调节。

10、作为上述方案的进一步改进，在第一固体层背离液体层的设置第二固体层，并保持第一固体层与第二固体层之间存在预定间距，在第二固体层靠近第一固体层的一侧施加定量的单极性电荷，以实现远程遥控式调节。

11、作为上述方案的进一步改进，第一固体层为弱正电层或弱负电层。第二固体层为强正电层或强负电层。其中，满足强负电层材料的电负性强于弱负电层材料，强正电层材料的电正性强于弱正电层材料。

12、作为上述方案的进一步改进，弱负电层和强负电层的材料选自聚四氟乙烯、氟橡胶、聚氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯橡胶、纤维素、聚丙烯、顺-1，4-聚异戊二烯、合成纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯和全氟乙烯丙烯共聚物中的任意两种。

13、作为上述方案的进一步改进，弱正电层和强正电层的材料选自聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺、动物皮毛、蚕丝和棉花中的任意两种。

14、作为上述方案的进一步改进，液体层的液体材料采用去离子水、带电去离子水、氯化锂水溶液、氯化氢水溶液、氢氧化钠溶液、双三氟甲磺酰亚胺锂、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐水溶液和有机溶液中的任意一种。

15、本发明还公开一种含离子液滴的输送方法，其用于将含离子的液滴穿越不含离子液体的内部进行输送，，包括以下步骤：

16、提供含离子液滴和不含离子液体，并指定含离子液滴的输送靶点。

17、将含离子液滴的所带电性调节为单极性。其中，通过上述任意一项动态调节方法调节含离子液滴的所带电性。

18、在输送靶点部署与含离子液滴所带电性极性相反的靶向电场，以此吸引含离子液滴穿过不含离子液体并到达输送靶点。

19、本发明还公开一种混合液的分离方法，其用于分离由含离子液体和不含离子液体混合而成的混合液，分离方法包括以下步骤：

20、将混合液中的含离子液体调节为单极性。其中，通过上述任意一项动态调节方法调节含离子液体的所带电性。

21、在一个目标分离方向上设置与含离子液体所带电性极性相反的分离电场，以此吸引并分离混合液中的含离子液体。

22、与现有技术相比，本发明公开的技术方案具有如下有益效果：

23、1、本发明通过调节利用预先接触起电产生的双向电场的位置，可分别以接触调节、非接触调节、和远程遥控调节等方式，实现对于介电固体和液体相互接触时产生的双电层中电荷分布的无源动态调节，从而进一步实现液体的所带电性的无源动态调节。

24、2、本发明利用预先接触起电产生的双向电场，在实现对双电层中电荷分布的无源动态调节的基础上，实现了对于组成双电层的离子和电子的共同扰动，进一步构建了离子-电子的交互界面，实现了离子-电子的耦合运动。基于此还构建了离子电子学器件，进一步实现了离子-电子信号的相互转换，并为实现更加简单高效的人-机交互奠定技术基础。

25、3、本发明还基于上述调节方法拓展了一系列应用。不仅可以应用于将含离子的液滴穿越不含离子液体的内部进行输送，基于此应用可实现对于人体皮肤组织的无针注射，不但不会损伤皮下组织，可以减少皮下硬结、皮下脂肪增生或萎缩的发生，而且可以使得药液弥散进入体内，吸收更快且更均匀，更快的发挥效力，并且还可以在一定程度上节约药物的使用量。另外，还可以应用于分离混合液中的含离子液体和不含离子液体，尤其是油水混合物，对于溶液萃取、污水处理等领域具有积极意义。

技术特征：

1.一种液体所带电性的动态调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的液体所带电性的动态调节方法，其特征在于，所述第一固体层靠近液体层的一侧为接触面；其中，在所述第一固体层的接触面施加所述定量的单极性电荷，以实现接触式调节。

3.根据权利要求1所述的液体所带电性的动态调节方法，其特征在于，在所述第一固体层背离所述液体层的一侧施加所述定量的单极性电荷，以实现非接触式调节。

4.根据权利要求1所述的液体所带电性的动态调节方法，其特征在于，在所述第一固体层背离所述液体层的设置所述第二固体层，并保持所述第一固体层与所述第二固体层之间存在预定间距，在所述第二固体层靠近所述第一固体层的一侧施加所述定量的单极性电荷，以实现远程遥控式调节。

5.根据权利要求1所述的液体所带电性的动态调节方法，其特征在于，所述第一固体层为弱正电层或弱负电层；所述第二固体层为强正电层或强负电层；其中，满足强负电层材料的电负性强于弱负电层材料，强正电层材料的电正性强于弱正电层材料。

6.根据权利要求5所述的液体所带电性的动态调节方法，其特征在于，所述弱负电层和所述强负电层的材料选自聚四氟乙烯、氟橡胶、聚氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯橡胶、纤维素、聚丙烯、顺-1，4-聚异戊二烯、合成纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯和全氟乙烯丙烯共聚物中的任意两种。

7.根据权利要求6所述的液体所带电性的动态调节方法，其特征在于，所述弱正电层和所述强正电层的材料选自聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺、动物皮毛、蚕丝和棉花中的任意两种。

8.根据权利要求1所述的液体所带电性的动态调节方法，其特征在于，所述液体层的液体材料采用去离子水、带电去离子水、氯化锂水溶液、氯化氢水溶液、氢氧化钠溶液、双三氟甲磺酰亚胺锂、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐水溶液和有机溶液中的任意一种。

9.一种含离子液滴的输送方法，其用于将含离子的液滴穿越不含离子液体的内部进行输送，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种混合液的分离方法，其用于分离由含离子液体和不含离子液体混合而成的混合液，其特征在于，所述分离方法包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种液体所带电性的动态调节方法及其应用。该液体所带电性的动态调节方法首先将液体层与第一固体层相接触以在固液接触界面处形成双电层结构，然后在第一固体层表面或在与其隔空设置的第二固体层表面以接触起电的方式施加定量的单极性电荷以构建无源电场，并通过无源电场对双电层中致密层的电荷组成进行动态调节，进而控制双电层的扩散层中游离的异种电荷数量比，调节液体层所带电性，从而实现对于介电固体和液体相互接触时产生的双电层中电荷分布的无源动态调节，从而进一步实现液体的所带电性的无源动态调节。通过该调节方法可以将含离子的液滴穿越不含离子液体的内部进行输送，还可以分离混合液中的含离子液体和不含离子液体。

技术研发人员：魏迪,李想
受保护的技术使用者：北京纳米能源与系统研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13