MHD微流控驅(qū)動(dòng)技術(shù)與微流控光器件研究.pdf

1、微流控技術(shù)又稱“芯片實(shí)驗(yàn)室”，是目前國內(nèi)外一個(gè)交叉學(xué)科的前沿課題，它與光學(xué)結(jié)合又誕生了新的學(xué)科——微流控光學(xué)。微流控技術(shù)/微流控光學(xué)中的關(guān)鍵技術(shù)是:流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)、流體介質(zhì)的選取、器件的設(shè)計(jì)與制作。流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)往往是應(yīng)用中的一個(gè)瓶頸，而微流控光器件目前尚處于研究初步階段，離大規(guī)模的應(yīng)用還有一大段距離，此外，微流控應(yīng)用中的一個(gè)問題是微量液體容易揮發(fā)。
　　為了解決微量液體容易揮發(fā)易揮發(fā)的問題，本論文提出以新型熱門材料——離子液體作為微

2、流控流體介質(zhì)，并采用結(jié)構(gòu)簡單、低電壓、低能耗、可雙向泵浦的基于磁流體力學(xué)(MHD)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。分別利用親水性和疏水性離子液體做了有關(guān)MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)的理論與實(shí)驗(yàn)研究，旨在尋求一種結(jié)構(gòu)簡單、低電壓、低能耗、低成本的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，同時(shí)促進(jìn)離子液體在微流控中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明:MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)適用于離子液體，幾伏的電壓在0.4/0.5T的磁場中就能驅(qū)動(dòng)2～3毫升的離子液體持續(xù)流動(dòng);通過與電解液MHD驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的比較，發(fā)現(xiàn)離子液體MHD驅(qū)動(dòng)在微流控應(yīng)用

3、中有一定的優(yōu)勢;同時(shí)指出目前常用的流體力學(xué)公式——泊肅葉(Poiseuille)定律并不是很適合MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù);實(shí)驗(yàn)測量和研究了離子液體直流電導(dǎo)率特性，揭示了MHD驅(qū)動(dòng)中流速與外加電壓成折線變化的原因，使理論與實(shí)驗(yàn)更好地吻合;此外，通過實(shí)驗(yàn)給出了脈沖電場、穩(wěn)恒磁場驅(qū)動(dòng)下的離子液體振蕩特點(diǎn)。之前我們沒有查到有關(guān)離子液體MHD驅(qū)動(dòng)以及液體直流電導(dǎo)率的研究報(bào)道。
　　為了測量大折射率離子液體，促進(jìn)離子液體在微流控光學(xué)中的應(yīng)用，提出一種測

4、量范圍大、成本不高的基于液體棱鏡的折射儀，解決了目前常用的阿貝折射儀測量范圍窄而國外大折射率測量用的折射儀價(jià)格高等問題，并且利用ZEMAX軟件進(jìn)行了相關(guān)光學(xué)設(shè)計(jì)，做了相應(yīng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。此外，提出一種基于微流控技術(shù)的可調(diào)光衰減器核心芯片結(jié)構(gòu)，并基于該核心結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了三種基于不同驅(qū)動(dòng)技術(shù)（包括MHD驅(qū)動(dòng)）的可調(diào)光衰減器，并從理論上研究了所提出的微流控光衰減器的流場、光場特性，評(píng)估了相關(guān)性能指標(biāo)。所提可調(diào)光衰減器具有衰減范圍大、插入損耗小、回波