人字形沟槽微混合器的混合机制及应用实验研究

发布时间：2020-07-23 12:13

【摘要】：典型的微流控器件通常是以微通道构成网络的芯片装置,其内部集成有多种功能化单元,主要作用是分析、操控和研究微量流体。在微流体领域中经常会涉及到不同流体间的接触,有效调控流体接触后的扩散混合对提高化学类分析和反应的速率及效率有重要意义。借助微混合器能克服微流体在层流状态下混合困难的缺点,使得相接触的流体流经微混合器后能实现传统方法难以完成的均匀混合,因而在生化反应和材料合成等微流控场景中存在广泛应用。本文结合数值仿真与实验分析的研究方法,基于被动式微混合器的设计思路,结合国内外研究现状基础上设计了基于人字形沟槽的微混合器。分析了人字形沟槽结构对微流体混合增强传质混合的机理,利用优化分析模拟了影响微混合器性能的因素如结构和流体流动参数,得到了不同因素对混合性能的影响方式与一般性律,或得被动式微混合器混合效率的提升方法,为之后的微混合器内流体流动及其混合特性实验研究提供了理论支持。从提高微混合器混合效果以及合理加工工艺两方面,来设计加工微流控芯片的关键位置和整体结构,使用标准微流控芯片软光刻工艺加工制作出微混合器芯片并完成搭建实验系统平台。在给定实验参数条件下,控制流体进入微混合器的泵送体积流量,观察待混合流体的流动情况与混合现象,并评估在不同流动条件下的混合效率,确定混合效率最佳实验参数。并为提高微混合器的普适性,分析了微混合器在不同粘度流体条件下的混合性能,实验结果表明人字形沟槽双侧同向布置型微混合器仍能实现较高粘度流体间的有效快速混合。结合人字形沟槽微混合器的高效混合特点,本文最后应用该微混合器进行了氢氧化镁精细颗粒的合成。通过控制反应物浓度和注入方式等制备条件,采用单步合成法在人字形沟槽微混合器内制备氢氧化镁颗粒,通过SEM扫描电镜观察制备产物的表面形貌,同时对氢氧化镁的粒径做出了定量分析。结果表明所制备的颗粒粒径集中性和均布分散性良好,符合阻燃添加助剂的潜在要求,验证了微反应器的应用可行性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH69

【参考文献】