激光提升微流体流速

微流体系统可以大大加速液态化学材料间的反应。但是微尺度下的阻力作用使化学材料的混合缓慢且不充分。荷兰Twente大学的科学家用激光产生气泡，并在微秒时间内爆开以增加流速。该技术完全是非侵入的，不需要线路和激励。     

一种挡板结构被动式微混合器的设计与仿真北大核心

基于在微通道内设置障碍物可以提高混合效率的方法,以T型方波通道微混合器为基础,设计了一种新型的、具有挡板结构的被动式微混合器,并采用有限元方法建立了仿真模型,分析比较了T型直通道微混合器、T型方波通道微混合器和具有挡板结构的T型方波通道微混合器在不同雷诺数（Re）下器件内流体的流动特性和混合效率。研究结果表明,具有挡板结构的T型方波通道微混合器在挡板阻塞比为1/4时具备最优的综合性能,也即在较宽Re值范围（5～60）内可实现流体的快速、高效混合,混合效率高于95%。     

二维变形方波微混合器混合效果

设计并制作了多种二维变形方波微混合器,通过荧光观测及标准偏差数值分析,在低Re数(Re≤13.33)时,考察拐角和单元长度对混合器混合效果的影响。结果表明,集成拐角的混合器存在一个临界Re值1.3,当Re<1.3时,混合基于分子扩散,拐角大小对混合效率无影响,混合效率保持在28%左右;当Re>1.3时,可以产生回流,混合效率随着拐角的减小逐渐提高。对于集成6个单元、拐角为45°、单元长度(s)为3132μm的微混合器,在雷诺系数Re=13.33时,混合效率为56%,约提高了1倍;但当拐角与混合单元长度增大时,混合效率明显降低。     

一种非对称结构微流体混合器的设计与分析

微流体混合器可以用于不同流体之间的混合与反应,其与化学传感器结合构成的化学分析测试系统,具有灵敏度高、响应时间短和稳定性好的特点。在微电子机械加工技术的基础上,设计了一种新型的、具有非对称分离重组结构的微流体混合器,并应用有限元方法建立了仿真模型,讨论了在不同雷诺数(Re=10~80)下,通道几何结构参数对微混合器内的流体流动特性和混合效率的影响。研究结果表明,微流体在该混合器内形成了扩展涡、分离涡和迪恩(Dean)涡,实现了涡系的叠加和强化,加大了流体间的扰动,增加了流体的接触面积,从而大大增强了混合效率。     

压电基片上集成微通道数字微流体微混合器研究

微流体在压电基片上输运往往偏离声表面波传播方向,尤其是当压电基片表面疏水层不很均匀时,给微流体诸如混合等操作带来不便。在1280旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上研制了集成有聚二甲基硅氧烷为材料T型微通道的微混合器,压电基片上采用光刻工艺制作相互垂直叉指换能器及反射栅。待混合的两微流体采用微量进样器分别进样到声路径微通道中,依次在两叉指换能器上加RF电信号,它激发的声表面波驱动其声路径上微通道中的微流体沿微通道输运、合并,并快速混合。对2μl水-2μl蓝色染料微流体和2μl甘油-2μl蓝色染料微流体进行混合实验,结果表明,声表面波的作用可以提高微通道中微流体的混合速度,且混合程度更高。     

被动微混合器的研究进展(英文)

综述了被动微混合器的混合原理、结构、微制作技术以及在数值仿真计算等方面的研究进展。着重讨论了几种主要被动微混合原理,如多层流、混沌对流、分裂-重合、流体弯曲和压缩以及循环流动。重点分析了近年来低雷诺数下高混合效率的复合式微混合器。复合式微混合器利用其他简单的外界作用来提高其混合效率,诸如施加离心力、采用几何压缩和三个入口结构,或利用多入口结构,使其中的流体产生周期性的流动。指出随着对低雷诺数和高黏度要求的不断提高,SAR型复合式微混合器成为更为广泛的一个研究方向,其内部的分裂-重合结构单元能够使流体产生旋转,同时通过采用几何压缩结构,缩短扩散长度.从而大大提高了流体的混合效率,但同时也提高了对微制作技术的要求。     

微流动的尺寸效应

随着尺寸的微小化,微流体系统中呈现出一些与宏观流动不同的现象。综述了流动的特征尺寸减小到μm～mm量级引起的尺寸效应,并分析了表面积与体积比、界面粗糙度、粘滞力、梯度参数、边界层流等因素对微尺度流动的影响。随着流动特征尺寸的减小,与界面有关的传热、传质过程、表面粗糙度以及表面力的作用大大加强,流体内部黏性力和流体与外部接触界面上的作用力起着主要作用。微尺度下,流体受黏性耗散、热扩散、可压缩性、流动滑移等因素的影响,经典的Navier-Stokes将不再适用。     

基于声表面波技术数字微流体微混合器研究

报道了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微混合器.它由压电基片上叉指换能器和反射栅组成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,它激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波驱动微流体,使其与同一路径上的另一微流体合并,在反射栅反射回的声表面波共同作用下,加速微流体内分子扩散运动,提高了微流体混合效率.采用1 μL的水和1 μL红墨水以及1 μL的红墨水和1 μL甘油各自进行混合实验,结果表明:在声表面波作用下,微混合器能快速混合微流体.为片上实验室提供了廉价、易集成的微混合单元,具有潜在的应用价值.     

微气泡在矩形铂膜加热器上的控制性生长及振动

采用标准MEMS加工工艺,设计出了5个50μm×20μm的串联铂膜微加热器并将其置于并联流动微通道内;在脉冲加热下观察铂膜上气泡的生长行为,实验研究了主流过冷度、流速以及铂膜功率等因素对气泡生长的影响;结果表明,气泡的生长延迟间差随着主流过冷度和流速的增大而增大,随着铂膜功率的提高而缩短;高功率小流速时,气泡直径较大,但流速的提高会使气泡脱离直径变大;气泡生长的同时伴随着纵向和横向跳跃:前者与流速有关,后者与串联铂膜上气泡间的相互影响有关,但流速是影响两个方向上跳跃幅值的主要因素.     

微流体系统驱动技术的研究进展

微流体驱动大致可以分为两类:一类是从宏观流体驱动移植过来的驱动方式;另一类是根据微尺度下流体特性设计的驱动方式。对两类不同的驱动方式进行了介绍与比较,前者原理成熟,基本都符合经典流体理论,在亚微米以上级微流体流道尺寸中的应用较广;相比之下,后者设计原理新颖,常用于微米甚至纳米级的微流体系统中,具有更好的发展前景。     

Simulation of complex liquids in micropump

Complex liquids can be encountered in many applications of microdevices. In the present study, the performance of microscrew pump using complex liquid is investigated numerically. The microscrew pump operation depends on the surface sweep forces. It consists of a screw placed inside a microchannel. When the screw rotates, a net force is transferred to the fluid due to differential pressure on the depth of the thread and pressure gradient along the screw axis, thus causing the fluid to displace. Three-dimensional complex liquid simulations of micropump were performed.The effect of screw pitch, thread, Reynolds number and pump load on the micropump performance has been studied. The simulations of complex liquids indicate that the highest bulk velocity is achieved with high thread depth at low Reynolds number. However, effective pumping is accomplished at low Reynolds number, high pressure load and high thread depths.     

基于类水滴状微结构的微通道流动和散热性能研究

为了有效提高微通道散热器的散热性能,设计了 一种含有类水滴状微结构的微通道散热器,并采用仿真模拟方法研究了微通道内类水滴状微结构的数量和高度变化对微通道的压力损失和散热性能的影响.在热流密度为100 W/cm2,入口端流体速度为1 m/s的条件下,设计了 9组不同的含类水滴状微结构微通道.其中的5组通过改变单条微通道内类水滴状微结构的数量进行研究,得出当微结构数量为7时微通道的综合散热性能最优,其微通道底面平均温度下降了 18.42 K,散热系数提高了 37.63％.同时在微结构数量为7的基础上再次设计4组微通道,研究了微结构的高度对微通道散热性能的影响,得出当各微结构的高度沿流体流动方向逐次增高时,散热系数几乎不变,压力损失降低了 11.93％.     

硝化纤维素膜去除技术研究

防离子反馈微通道板过渡载膜的去除对其性能和质量有重要影响。本文分析讨论和实验研究了硝化纤维素膜的去除技术。采用氢气保护热处理和紫外辐照法去除硝化纤维素过渡载膜,使用XPS、体电阻和电流增益测试分析了处理过程中的表面成分和性能变化,讨论了硝化纤维素膜成分去除和微通道板性能保持的问题。认为氢气保护热处理和紫外辐照能有效去除硝化纤维素膜成分。     

原子层沉积法制备微通道板发射层的性能

随着微通道板的不断发展与完善,通过改善传统工艺提升其性能越来越困难,开发提升微通道板性能的新技术迫在眉睫。纳米薄膜材料的发展及其制备技术的成熟为微通道板的发展提供了契机,利用原子层沉积技术在通道内壁沉积一层氧化铝纳米薄膜,作为二次电子发射功能层,可以增强通道内壁的二次电子发射能力,从而提升微通道板的增益性能。通过优化原子层沉积工艺参数可以在微通道板的通道内壁沉积厚度均匀的氧化铝薄膜。研究结果表明,微通道板增益随沉积氧化铝厚度的变化而变化,在氧化铝厚度为60 cycles时,施加偏压800 V时增益可达56 000,约为正常微通道板增益的12倍。     

基于自适应新生密度的多目标联合检测与解模糊

脉冲多普勒(Pulse Doppler,PD)雷达会产生距离模糊和多普勒模糊问题,传统方法通过发射多个脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)并相互关联来解模糊.但当信噪比较低时,为确保检测到目标需采用低门限而产生了大量虚警,传统方法由于数据关联导致计算复杂度过高而失效,基于随机有限...     

Realization of planar mixing by chaotic velocity in microfluidics

We present the design, fabrication and characterization of an effective planar passive micromixer with relatively simple construction for microfluidic applications. This micromixer consists of a zigzag microchannel in which realization of fluid mixing is expected because the variation of the flow velocity direction and magnitude in the channels may cause the laminar flow to become chaotic. Simulations were made to study the influence of geometry of the microchannel on the mixing effect and it has been found that the turning angle plays a very important role in the mixing process. Prototype devices were fabricated using polydimethylsioxane soft lithography technology. Mixing efficiency of the micromixer was examined by tracing the color uniformity of de-ionized water and red ink travelling through the microchannel. It was found that, for these two flows with a wide range of flow rates, the resulted fluid at the outlet of the micromixer would always show good color uniformity, indicating a high mixing efficiency. A prototype micromixer system for future fast chemical and biological analysis was proposed and fabricated based on this design. Easy to fabricate and use, we believe that our micromixer can be used as a general-purpose component for microfluidic systems.     

激光直写制备薄膜铂电阻技术研究

为了研究激光直写技术在制备薄膜铂电阻中的应用,采用激光直写制备了薄膜厚度为2m的铂电阻。探讨了激光直写技术制备薄膜铂电阻的原理,以条形铂电阻为例,研究了激光参量对铂电阻形状的影响,在最优的激光脉冲频率18kHz、激光扫描速率100mm/s的参量下,制备了实际电阻约为0.37的条形薄膜铂电阻,最后检验了薄膜铂电阻的电阻值。结果表明,铂电阻的宽度分别随激光脉冲频率和激光扫描速率的增大而增大;制备的电阻边缘整齐,表面平整,电阻实际值与理论值只有0.8%的相对误差,吻合很好。     

静压驱动下微流体的流动特性

从微沟道的加工工艺出发,建立了一套利用静压驱动微流体的测试方法.该方法比较容易实现压差的恒定.分析了不同因素如压差、工作流体类型、温度等因素对流体流动特性的影响,既得到了一些和宏观流体相同的流动特性,也得到了微流体所特有的流动特性.这些结果不仅为理解微流体的流动特性提供了新的证据,而且也为利用微流体的某些流动特性制作器件提供了新的参考.     

一种微通道换热器的设计与分析(英文)

设计了一种用来测试微通道换热性能的实验装置。该系统由微通道换热器、模拟热源、微型水泵、连通管、测试三通及其它测试元件构成。通过检测温度、压力和流量等参数能够得到微通道的传热和摩阻参数。针对该实验装置,对微通道中流体的压降和传热分别进行分析和研究。实验表明,当微通道水力直径为381μm时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及其换热的计算。此时,微通道的摩阻比宏观理论计算值小31.6%～41.9%;微通道结构具有良好的换热性能,其Nu可达9.2。