基于协同流动的台阶乳化微液滴生成机理及应用研究
发布时间：2023-05-04 01:59
在微型化、集成化和智能化的驱动下,微流控技术得到迅速发展。液滴微流控是微流控技术的重要分支,在生物医学、化工以及材料等领域有着广阔的应用前景。虽然基于微流控的微液滴生成方法在液滴均一性方面取得了重大突破,制得的液滴单分散性远远高于传统方法,但是随着微流控技术的日益发展,越来越多的应用场合对微液滴制备的高通量和在线可控性提出了迫切要求。目前的微液滴生成方法制造工艺复杂、通量低、可控性不足等问题限制了其进一步发展和应用。因此,研究一种同时具备高单分散性、高通量、高可控性及简便的液滴生成方法具有重要意义。为此,本文提出协同流台阶乳化制备微液滴的方法,开展了协同流台阶乳化高通量液滴制备的研究,主要研究内容及结果如下:(1)将协同流动与台阶乳化相结合,设计并制作了基于微通道多孔薄膜(MCF)的协同流台阶乳化芯片。将制作的协同流台阶乳化芯片连接实验系统,进行了单组分微液滴生成实验,得到了偏差系数CV为1.4%的单分散微液滴。协同流台阶乳化法制备的液滴单分散性高,与单纯台阶乳化相比,其生成的微液滴更小,产生频率更高。结合实验结果,理论分析了协同流台阶乳化的微液滴生成机理,推导出液滴生成初始阶段台阶内...
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号表
缩略语表
第一章 绪论
1.1 微流控概述
1.1.1 微流控芯片
1.1.2 微流控应用
1.1.3 液滴微流控概述
1.1.4 微液滴类型
1.2 液滴生成理论
1.2.1 作用力及无量纲常数
1.2.2 壁面作用
1.2.3 液滴生成理论
1.2.4 液滴生成模式
1.3 液滴微流控制备方法
1.3.1 常规制备方法
1.3.2 台阶乳化方法
1.4 存在问题与课题提出
1.5 研究内容与技术路线
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究内容
1.5.3 技术路线
第二章 协同流台阶乳化的实验研究
2.1 引言
2.2 实验设备及测试方法
2.2.1 实验设备
2.2.2 实验材料
2.2.3 实验方法
2.2.4 测量及标定
2.3 协同流台阶乳化芯片制作
2.3.1 MCF通道
2.3.2 台阶
2.3.3 芯片制作
2.4 协同流台阶乳化液滴制备实验
2.4.1 实验参数及调节
2.4.2 实验结果
2.4.3 液滴生成机理分析
2.5 本章小结
第三章 工艺参数对协同流台阶乳化的影响分析
3.1 引言
3.2 计算模型及理论基础
3.2.1 物理建模及网格划分
3.2.2 CFD分析方法
3.2.3 力学模型及控制方程
3.2.4 模拟结果与表征
3.3 界面张力影响
3.3.1 研究方案
3.3.2 液滴尺寸与频率分析
3.3.3 液滴生成过程影响分析
3.4 连续相协同流速
3.4.1 研究方案
3.4.2 液滴尺寸与频率分析
3.4.3 液滴生成过程影响分析
3.5 离散相流速
3.5.1 研究方案
3.5.2 液滴尺寸与频率分析
3.5.3 液滴生成过程影响分析
3.6 本章小结
第四章 芯片特征参数对协同流台阶乳化的影响分析
4.1 引言
4.2 微通道直径
4.2.1 研究方案
4.2.2 液滴尺寸与频率结果
4.2.3 液滴生成过程影响分析
4.3 微通道中心距
4.3.1 研究方案
4.3.2 液滴尺寸与频率影响结果
4.3.3 液滴生成过程影响分析
4.4 台阶长度
4.4.1 研究方案
4.4.2 液滴尺寸与频率影响
4.4.3 液滴生成过程影响分析
4.5 壁面接触角
4.5.1 研究方案
4.5.2 液滴尺寸与频率影响
4.5.3 液滴生成过程影响分析
4.6 本章小结
第五章 协同流台阶乳化的液滴生成预测
5.1 引言
5.2 液滴大小与工艺参数的关系
5.2.1 界面张力
5.2.2 连续相流速
5.2.3 离散相流速
5.3 液滴大小与芯片特征尺寸的关系
5.3.1 微通道直径
5.3.2 微通道中心距
5.3.3 壁面接触角
5.4 预测模型
5.4.1 液滴直径预测模型
5.4.2 液滴生成模式预测方程
5.5 本章小结
第六章 基于协同流动的多组分液滴生成与调控
6.1 引言
6.2 多组分液滴生成研究
6.2.1 液滴融合概述
6.2.2 多组分液滴生成方法研究
6.3 Janus液滴生成与调控
6.3.1 Janus液滴生成过程
6.3.2 实验方案
6.3.3 连续相流量对Janus液滴生成的影响
6.3.4 离散相流量对Janus液滴生成的影响
6.4 三组分液滴生成与调控
6.4.1 三组分液滴生成过程
6.4.2 连续相流量对三组分液滴的影响
6.4.3 离散相流量对三组分液滴的影响
6.5 本章小节
第七章 结论与展望
7.1 主要研究结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果
作者简介
本文编号：3807719
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号表
缩略语表
第一章 绪论
1.1 微流控概述
1.1.1 微流控芯片
1.1.2 微流控应用
1.1.3 液滴微流控概述
1.1.4 微液滴类型
1.2 液滴生成理论
1.2.1 作用力及无量纲常数
1.2.2 壁面作用
1.2.3 液滴生成理论
1.2.4 液滴生成模式
1.3 液滴微流控制备方法
1.3.1 常规制备方法
1.3.2 台阶乳化方法
1.4 存在问题与课题提出
1.5 研究内容与技术路线
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究内容
1.5.3 技术路线
第二章 协同流台阶乳化的实验研究
2.1 引言
2.2 实验设备及测试方法
2.2.1 实验设备
2.2.2 实验材料
2.2.3 实验方法
2.2.4 测量及标定
2.3 协同流台阶乳化芯片制作
2.3.1 MCF通道
2.3.2 台阶
2.3.3 芯片制作
2.4 协同流台阶乳化液滴制备实验
2.4.1 实验参数及调节
2.4.2 实验结果
2.4.3 液滴生成机理分析
2.5 本章小结
第三章 工艺参数对协同流台阶乳化的影响分析
3.1 引言
3.2 计算模型及理论基础
3.2.1 物理建模及网格划分
3.2.2 CFD分析方法
3.2.3 力学模型及控制方程
3.2.4 模拟结果与表征
3.3 界面张力影响
3.3.1 研究方案
3.3.2 液滴尺寸与频率分析
3.3.3 液滴生成过程影响分析
3.4 连续相协同流速
3.4.1 研究方案
3.4.2 液滴尺寸与频率分析
3.4.3 液滴生成过程影响分析
3.5 离散相流速
3.5.1 研究方案
3.5.2 液滴尺寸与频率分析
3.5.3 液滴生成过程影响分析
3.6 本章小结
第四章 芯片特征参数对协同流台阶乳化的影响分析
4.1 引言
4.2 微通道直径
4.2.1 研究方案
4.2.2 液滴尺寸与频率结果
4.2.3 液滴生成过程影响分析
4.3 微通道中心距
4.3.1 研究方案
4.3.2 液滴尺寸与频率影响结果
4.3.3 液滴生成过程影响分析
4.4 台阶长度
4.4.1 研究方案
4.4.2 液滴尺寸与频率影响
4.4.3 液滴生成过程影响分析
4.5 壁面接触角
4.5.1 研究方案
4.5.2 液滴尺寸与频率影响
4.5.3 液滴生成过程影响分析
4.6 本章小结
第五章 协同流台阶乳化的液滴生成预测
5.1 引言
5.2 液滴大小与工艺参数的关系
5.2.1 界面张力
5.2.2 连续相流速
5.2.3 离散相流速
5.3 液滴大小与芯片特征尺寸的关系
5.3.1 微通道直径
5.3.2 微通道中心距
5.3.3 壁面接触角
5.4 预测模型
5.4.1 液滴直径预测模型
5.4.2 液滴生成模式预测方程
5.5 本章小结
第六章 基于协同流动的多组分液滴生成与调控
6.1 引言
6.2 多组分液滴生成研究
6.2.1 液滴融合概述
6.2.2 多组分液滴生成方法研究
6.3 Janus液滴生成与调控
6.3.1 Janus液滴生成过程
6.3.2 实验方案
6.3.3 连续相流量对Janus液滴生成的影响
6.3.4 离散相流量对Janus液滴生成的影响
6.4 三组分液滴生成与调控
6.4.1 三组分液滴生成过程
6.4.2 连续相流量对三组分液滴的影响
6.4.3 离散相流量对三组分液滴的影响
6.5 本章小节
第七章 结论与展望
7.1 主要研究结论
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果
作者简介
本文编号：3807719
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3807719.html
