微細通道內液滴生成及內部混合強化.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)的快速發(fā)展，儀器設備微型化和高度集成化已經成為現(xiàn)代設備發(fā)展的主流趨勢之一。微流控芯片就是將混合、分離、稀釋、檢測等功能集成在一塊微小芯片上，正被廣泛的應用于生物化學分析以及醫(yī)藥和生命科學等領域。液滴式微流控芯片是近年來微流控領域內一個新的分支。每一個液滴均可被視為獨立的反應器，和傳統(tǒng)生物化學反應器相比，液滴式微流控芯片具有樣品消耗低、反應快、無交叉污染等優(yōu)點，可以被廣泛應用到化學合成、納米材料制備、細胞分析、藥物篩選等諸多

2、領域。其中液滴的形成和內部混合的控制是實現(xiàn)上述功能的關鍵，但其相關系統(tǒng)研究卻不深入。因此本文以此為切入點，針對液滴的形成及內部混合性能展開研究。
　　本文采用可視化實驗的方法針對微通道內液滴的生成及其內部混合的強化開展研究。首先在200*200μm的T型微通道內通過連續(xù)相二甲基硅油剪切分散相去離子水生成微液滴，研究了連續(xù)相流速、分散相流速以及連續(xù)相粘度對微液滴生成尺寸的影響；并提出了一種利用光熱效應致相變的方法在大尺度T型微通道內

3、生成超微液滴的新方法；其次，研究了螺旋型微通道對液滴內部混合的強化作用，并進行了量化分析；最后，利用PIV技術測量了微液滴受到側向剪切時其內部流動狀況的變化并分析了這一變化對液滴內部混合性能的影響。
　　通過對以上內容的研究，本文得出了以下結論：
　?、僭赥型微通道內液滴的生成尺寸隨連續(xù)相流速的上升而減小；隨分散相流速的上升而增大；隨連續(xù)相粘度的增大而減小。同時提出了利用激光的光熱效應致T型結構中水相相變蒸發(fā)冷凝形成超微液滴

4、。在工作過程中，液態(tài)水通過激光加熱生成水蒸汽，水蒸汽被連續(xù)相剪切生成汽塞，汽塞冷凝后可以形成超微液滴。由于液滴是通過冷凝形成，汽塞的大小直接決定了液滴的大小，研究發(fā)現(xiàn)汽塞大小隨激光功率上升而變大，隨連續(xù)相流速增大而減小。
　　②通過研究直微通道和螺旋形微通道中液滴的混合性能，發(fā)現(xiàn)具有T型結構入口的直微通道內液滴生成時的混合效率隨連續(xù)相的增大而得到強化，隨分散相流速的增大而減弱。螺旋形微通道也具有相同的變化趨勢。更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)