表面粗糙度对边界滑移测量结果影响机理及消除方法研究

发布时间：2019-07-27 06:29

【摘要】：近年来,基于微纳米技术的微纳米流体系统发展十分迅猛,在机械、生物、医学以及生物医学、化学等诸多领域获得了突出的成果。微纳米流体系统内的流体在微纳米尺度下,会受到某些在宏观尺度下可以被忽略的固-液界面表面性质的影响,在这些性质中,滑移条件是影响微纳米流体系统中流体阻力的一个重要因素,已经得到了世界范围内学者的普遍关注和研究。然而在微纳米尺度下,特别是在比较粗糙的表面上,表面粗糙度为边界滑移的界定和测量带来了诸多困难。目前,有研究认为表面粗糙度可直接影响边界滑移,同时也有研究认为二者并无直接关联。针对以上问题,本文对粗糙表面的边界滑移进行了详细的研究:首先,理论上分析了表面粗糙度对边界滑移测量结果的影响机理,建立了基于CP-AFM法测量边界滑移长度方法的理论模型,明确了Cassie态和Wenzel态下粗糙表面边界滑移长度测量基准面的界定标准,并提出了基于CPAFM法粗糙表面Wenzel态下边界滑移的测量误差消除方法;在此基础上,通过有限元仿真得到了Wenzel态下不同表面粗糙度表面边界滑移长度的理论值,及其与测量值之间的差异,证实了消除测量误差方法的理论分析是正确的;然后利用原子力显微镜对粗糙表面的边界滑移长度进行了测量,得到了Wenzel态下相同表面粗糙度边界滑移长度的实验测量值,并对实验测量值采用提出的误差消除方法进行修正,并与仿真得到的理论值对比,验证了提出的测量误差消除方法确实有效,有助于提高基于CP-AFM的粗糙表面边界滑移长度的测量精度。该课题的研究内容具有非常广泛的应用前景,例如微流体器件——“芯片实验室”(Lab-on-a-chip)要求能够对微量流体进行精准复杂的操作,诸如化学反应、微量分析、分离及混合微量流体等,这时流体在微通道内流动的过程中是否有边界滑移发生,边界滑移对流动会有什么影响就显得举足轻重,因为在这些系统当中,含有药品或化学试剂的溶液在微纳米通道内的通畅、快速、准确的传送有着非常重要的现实意义。
【图文】：

图 1-1 非边界滑移与边界滑移速度场示意图内容具有非常广泛的应用前景，例如微药物制备等诸多领域发挥着重要作用。——“芯片实验室”（Lab-on-a-chip）要作，诸如化学反应、微量分析、分离及混”的诸多优点，如体积小，精度高，自成和批量生产，使得其在生物医学、化有十分广泛的应用，如在微型医学检测和中的靶向给药、微创治疗、基因分析等微通道内流动的过程中是否有边界滑移就显得举足轻重，因为含有药品或化学快速、准确的传送有着非常重要的现实善表面粗糙度对边界滑移测量的影响机从而准确的测量固-液界面的滑移长度进系统发展乃至微纳米技术的突破，具有

M、SFA、PIV 等方法常被用来测量边界滑移的大做简单介绍。子动力学（MD）仿真 分子动力学仿真（Mol利用计算机软件对分子层级的多种相互作用进行与科学发展提供一个很好的研究基础。其中固-液理论模型可以参考，如 Lennard-Jones 法则、Y等[18]。在这方面的应用如 Chen 等人利用分子动着粗糙度的增加而减小[27]。力测量仪（SFA） 表面力测量仪（Surface fo利用两个表面接触时，悬臂梁产生的挠度进行测测量边界滑移长度的示意图。图中两个圆柱体互已知弹性系数的弹簧固定，另一个与压电陶瓷传能精确测量 10mN 以上的力，接触面积的数量级于纳米尺度的测量[28]，，而且它的应用范围很局限
【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】：2017
【分类号】：O647;TB383.1

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本文编号：2519829