微通道内光热效应致相变两相流动特性

发布时间：2022-10-15 17:20

　　微流控芯片技术在过去的数十年间得到飞速发展。由于其能够将传统实验室中样品制备、可控反应、分析检测等操作功能集成到一块面积仅为数平方厘米的芯片上,具有试剂消耗量小、反应迅速、灵敏度高等优点,被广泛应用于生化分析、生命科学、医学检测等领域。近年来,传统微流控技术与现代光学技术相融合衍生一门新技术—光微流体技术,利用光与流体的相互作用,在微流控平台上实现了一系列新功能。作为典型的光与流体相互作用方式之一,光热效应致流体相变由于其局部操控、响应迅速、操作简易等优势,被广泛应用于光微流体器件中进行流体操控。然而,针对基于光热效应致流体相变操控技术,目前相关研究还停留在元器件设计与新功能开发阶段,对其中局部热源作用下相变与两相流动机理与特性的认识还比较缺乏。本文围绕微通道内光热效应致流体相变两相流动及界面行为开展了系统实验研究,揭示其流动与传输特性,为基于光热相变的新型微流体器件的设计及性能优化提供理论基础。微通道内光热效应致流体相变两相流动是涉及光热效应局部热源作用下耦合了复杂界面现象的两相流动问题。针对此关键热物理问题,本文首先着眼基于聚焦激光加热液柱这一基本物理过程,剥离其各个影响因素,研究... 

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 微流控芯片
    1.2 光微流体技术及其应用
    1.3 光热效应在光微流体中的应用
    1.4 光热相变在光微流体中的应用
    1.5 主要研究内容
        1.5.1 已有研究不足
        1.5.2 本文主要研究内容及创新性
2 微通道内光热效应致相变特性
    2.1 引言
    2.2 实验系统
    2.3 微通道加工工艺
        2.3.1 SU-8光刻工艺
        2.3.2 PDMS成型及微通道组装键合
    2.4 实验误差分析
    2.5 静止光源光热效应致微通道内蒸馏水柱相变特性
        2.5.1 微通道结构设计及实验原理
        2.5.2 低功率下液柱相变动态特性
        2.5.3 高功率下液柱相变动态特性
    2.6 微通道深宽比对液柱相变特性的影响
        2.6.1 低功率下不同深宽比微通道内液柱相变特性
        2.6.2 高功率下不同深宽比微通道内液柱相变特性
    2.7 微通道壁面浸润性对液柱相变影响
        2.7.1 不同浸润性PDMS微通道制备
        2.7.2 低功率下不同浸润性微通道内液柱相变特性
        2.7.3 高功率下不同浸润性微通道内液柱相变特性
    2.8 本章小结
3 微通道内光热效应致相变驱动流体连续运动特性
    3.1 引言
    3.2 移动光源加热液柱相变特性
    3.3 复杂通路微通道中光热相变驱动流体运动特性
        3.3.1 T型结构微通道内光热相变驱动流体运动特性
        3.3.2 树形结构微通道内光热相变驱动流体运动特性
        3.3.3 凸起扰流柱异型截面微通道内光热相变驱动流体运动特性
    3.4 本章小结
4 微通道内光热效应致相变驱动脉冲液流
    4.1 引言
    4.2 光滑壁面微通道内光热效应致相变驱动脉冲液流
        4.2.1 激光启停驱动液柱脉冲运动特性
        4.2.2 激光功率及光斑位置对脉冲流动特性影响
    4.3 锯齿形扰流柱微通道内光热效应致相变驱动脉冲液流
        4.3.1 微通道设计及实验原理
        4.3.2 锯齿形微通道内光热相变驱动特性
        4.3.3 锯齿形扰流柱几何参数对液流脉冲特性影响
    4.4 本章小结
5 微通道内光热效应致相变化学分离特性
    5.1 引言
    5.2 微通道内液柱蒸发特性
        5.2.1 蒸发速率测量实验原理
        5.2.2 微通道内光热致液柱蒸发相变特性
        5.2.3 激光功率及光斑位置对蒸发特性影响
    5.3 微通道内气泡辅助相变分离特性
        5.3.1 连续液柱气泡辅助蒸发-冷凝相变特性
        5.3.2 单个非连续液柱气泡辅助蒸发-冷凝相变特性
    5.4 微通道中NaCl溶液相变分离特性
    5.5 本章小结
6 基于光热效应的光微流体膜式分离器分离特性
    6.1 引言
    6.2 基于红外激光光热效应的光微流体膜式分离器
        6.2.1 反应器结构设计及加工方法
        6.2.2 红外激光功率对分离器性能影响
        6.2.3 NaCl浓度对分离器性能影响
        6.2.4 溶液流量对分离性能影响
    6.3 基于可见激光光热效应的光流体膜式分离器
        6.3.1 PDMS基底上银纳米粒子原位还原负载
        6.3.2 激光功率对可见光光热相变光微流体膜分离器性能影响
        6.3.3 NaCl浓度对可见光光热相变光微流体分离器性能影响
        6.3.4 溶液流量对可见光光热相变光微流体分离器性能影响
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 全文总结
    7.2 主要创新点
    7.3 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者在攻读博士学位期间发表及撰写的论文目录
    B.作者在攻读博士学位期间参与加的学术会议
    C.作者在攻读博士学位期间参与的科研项目
    D.作者在攻读博士学位期间获得的奖励


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁性液体的微致动性能[J]. 郭岩,刘同冈,吴健.  微纳电子技术. 2014(05)
[2]热致动微型阀膜片的仿真分析及工艺设计[J]. 曹剑,唐建忠,朱笑丛.  液压与气动. 2014(01)
[3]喉显微黏膜微瓣技术的临床疗效观察[J]. 杨艳臣,陆雪,陈文渊,肖楚志,邓伟光,张碧波.  现代医药卫生. 2012(24)
[4]用于药物筛选的微流控细胞阵列芯片[J]. 郑允焕,吴建璋,邵建波,金庆辉,赵建龙.  生物工程学报. 2009(05)
[5]微流控芯片在医学检测中的应用[J]. 王金光,李明,刘剑峰,周晓峰,李睿瑜.  现代科学仪器. 2007(06)
[6]低温等离子体在蛋白材料表面改性中的应用[J]. 张宗才,戴红,许伟,赵婷,李立新.  皮革科学与工程. 2004(06)
[7]细胞信号转导抑制剂介导Th1/Th2免疫偏移对血吸虫虫卵肉芽肿的影响[J]. 夏超明,龚唯,骆伟,周卫芳,李允鹤,熊思东,查锡良.  中国寄生虫学与寄生虫病杂志. 2002(06)

硕士论文
[1]基于氮气等离子体技术的PDMS表面改性研究[D]. 杨城鑫.西南交通大学 2016



本文编号：3691716