【摘 要】
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微流体非对称结构驱动是通过设计非对称微结构,使得微流体能够按照既定的方向运动,该研究在生物化学、药剂转移、能量收集和物质传输等领域都具有广泛的应用前景。然而,现有的驱动结构大都面临制备工艺复杂、制备成本高昂、应用场景局限等问题。论文通过试验和理论分析,针对常温条件和高温条件下的锥形非对称驱动结构进行了优化。在优化结构的基础上对微流体非对称结构驱动性能进行了研究并开展了一定的应用探究。本文主要的研究
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“冷等离子体改性KDP晶体液膜接触潮解抛光基础研究”(批准号:51805159)
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微流体非对称结构驱动是通过设计非对称微结构,使得微流体能够按照既定的方向运动,该研究在生物化学、药剂转移、能量收集和物质传输等领域都具有广泛的应用前景。然而,现有的驱动结构大都面临制备工艺复杂、制备成本高昂、应用场景局限等问题。论文通过试验和理论分析,针对常温条件和高温条件下的锥形非对称驱动结构进行了优化。在优化结构的基础上对微流体非对称结构驱动性能进行了研究并开展了一定的应用探究。本文主要的研究内容和成果如下:(1)常温微流体锥形非对称结构驱动。基于相关的原理分析了具有锥形非对称内腔的微管对其内部流体的作用力,并对内腔表面进行极端润湿性处理以增大锥管的驱动力。基于实验结果对锥管的相关参数进行优化,使其驱动效果得到进一步增强。同时研究了锥管中微流体驱动的方向性和驱动过程中微流体速度分布情况。基于优化后的参数开发了常温条件下可以进行长距离快速驱动装置、抗重力驱动装置、按需组装的复杂定向驱动装置等。(2)高温微流体台阶非对称结构驱动。分析了高温条件下带有台阶非对称结构的基板能够对液滴产生作用力的机理,并通过评估不同设计参数时台阶非对称结构对液滴的驱动速度、驱动平稳性、驱动过程液滴的损耗等性能对结构参数进行优选。基于优化后的结构对莱顿佛罗斯特载具、微流体圆周式高速驱动、微流体抗重力驱动等应用装置进行了探究,并通过实验对装置的可行性进行了验证。(3)高温微流体环形非对称结构旋转驱动。通过设计环形非对称驱动结构,使得液滴能够在过热表面产生高速自旋,同时带动轻质薄板旋转。通过对影响旋转的因素进行分析,并基于实验结果对所设计的驱动结构和轻质薄板进行优化。此外,为了增强液滴旋转驱动的应用价值,探究了大液滴条件下的旋转效果。并结合前文的研究内容,在驱动结构的周向布置均匀的台阶非对称结构,进一步增加了液滴的旋转性能,同时提高了液滴定向旋转的稳定性。利用优化后的结构搭建了莱顿佛罗斯特发电装置,通过对感应电压的测试证明了装置的可行性。
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