新型压电驱动微流体混合器实验

鉴于MEMS技术的工艺复杂性及昂贵的制作成本,对基于MEMS技术的压电驱动微流体混合器的结构进行了改进．利用常规的激光加工方法制作了不同尺寸的混合器,并通过实验对其性能进行了研究．结果显示,新型混合器在雷诺数为6．9、悬臂梁振动频率为200Hz、驱动电压为60V时达到充分混合所需的通道长度仅为1．1mm．这比现有的混合器在性能上有很大的提高。基本可以满足目前大多数微流体系统应用的需要．     

人字脊蛇形通道微混合器性能的研究北大核心CSCD

微混合器是微芯片集成系统中重要的组成部分,广泛应用于生物分析,化学合成等领域。为了提高被动式微混合器在低雷诺数层流条件下的混合效率,本文设计了一种人字脊蛇形通道微混合器并对其混合结构和流体参数展开分析研究。在人字脊高度和角度对流体混合作用研究的基础上,取人字脊角度θ=45°,d/H为1/2时,分析流量大小对混合效果的影响。同时,选用PBS溶液和台盼蓝染色液进行实验测试,综合评估微混合器混合性能。结果表明:在一定结构参数取值范围内,人字脊高度与通道高度之比越大,流体混合越充分,最佳人字脊角度在40°~50°之间;流体流动速度越小,混合质量越高。模拟和实验平均误差不超过10%,具有良好的一致性。本研究为被动式微混合器混合效率的提升提供参考。     

通道式微混合器的设计及性能

利用计算流体力学和数字图像处理技术,研究"Y"型通道式微混合器的结构及混合性能,分析了混合器结构尺寸和流动条件对混合过程的影响.数值模拟结果表明,在混合通道入口夹角为60°、通道宽度为200μm、注入速度为0.02 m/s的流动条件下,可以取得比较满意的混合效果.利用数值模拟对比了扭曲通道混合器、导流块和直通道结构对混合过程的影响,结果表明使用导流块可以显著提高混合效果.依照模拟计算结果,设计并用MEMS工艺制作了双侧壁有内肋块的通道式微混合器,并进行了流体混合实验,观测了混合过程.拍摄混合实验图像,对比标准浓度-图像灰度关系曲线后识别出拍摄点混合指数.识别计算的结果也证实了所设计混合器性能上的优越性.最后对实验结果误差进行了分析,说明了误差来源并给出了相应的改进措施.     

磁性微混合器混合性能的实验研究

自装配磁性微混合器是利用聚合的磁流体在旋转磁场作用下的运动,来破坏流体的层流状态,产生混沌对流而加强流体间的混合.利用Micro-PIV对不同磁场强度、旋转频率和流量下的混合效率进行了实验研究,结果表明:在保证外磁场能带动磁流体聚合链运动的前提下,磁场强度对混合效率的影响不大;而外磁场的旋转频率对混合效果有较大的影响,当旋转频率较低时混合效率随旋转频率升高而提高,而当旋转频率超过临界频率时,由于粘性拖曳力克服了磁场力,磁性颗粒的聚合被破坏,使混合效率反而下降.为磁性微混合器的设计提供基础.     

一种被动式微混合器的宏微建模方法与实验

建立了可用于被动式微混合器设计的宏微建模方法,利用分离变量法建立用于求解直通道内样品浓度分布的宏模型,采用宏模型计算微混合器的各段直通道内样品的浓度分布.运用有限元方法数值求解复杂的混合单元内样品的浓度分布,通过数值拟合和插值,交换宏模型与数值求解的计算结果.经过反复迭代,实现被动式微混合器的系统级求解.采用数控铣削在聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)平板上加工微通道,用热键合的方法实现微混合器盖片与基片的封装.在微混合器入口,输入3种不同浓度的荧光素钠盐溶液,形成样品浓度的准正态分布.采用激光诱导荧光观察和分析样品的混合效果.通过对比数值仿真和实验测试结果,验证了宏微建模计算方法的准确性.     

速度流型对微混合器混合效果的影响

微流控芯片是“芯片实验室”发展的重点,微混合器是微流控芯片的重要作用形式,在微尺寸下获得高效混合是重要的研究方向．采用Fluent软件对T型管两液流混合过程进行了数值模拟,对三种典型速度流型,即抛物线型、塞状型和凹面型速度流型条件下的混合效果进行了比较分析、数值模拟和理论分析表明：流速以及流型对混合效果具有很大的影响,抛物线型的混合效果最好;利用泵驱动系统比电渗驱动系统更有利于混合．     

基于MEMS技术集成硅微棱镜耦合和微流道的近红外表面等离子体谐振芯片

为促进表面等离子体谐振（surface plasmon resonance, SPR）测试技术在片上的实现,提出硅基近红外SPR芯片,由硅微棱镜、金属膜和聚合物微流体通道组成．利用有掩膜和无掩膜各向异性湿法腐蚀加工出底角为25．24。的单微硅棱镜阵列,用有掩膜各向异性湿法腐蚀加工出底角为54．74。的双微硅棱镜阵列,利用聚合物的复制注塑技术加工得到微流体通道．在波长1550nm时进行仿真与实验测试,实验测得以空气、水和乙醇为测试介质的SPR角分别为16．75°、22．58°和22．72°,这些值比以玻璃棱镜加工SPR传感器测得的SPR角要小很多．通过实验表明,近红外SPR芯片可以实现表面等离子体谐振传感器微型化,进而推动微全分析系统的实现,降低其成本并提高其性能．     

旋流式微混合器混合特性

本文以三层聚甲基丙稀酸甲脂材料黏合制作一种双通道旋流式微混合器.实验探讨了相同直径不同深度的微混合器中,不同进口流速下0.05%罗丹明B溶液和去离子水两流体的混合特性.利用带高分辨数字摄像机的体视显微镜观察并记录混合过程,Image J软件进行混合图像处理,分析流体从进口到出口沿半径方向上浓度变化趋势,比较各类情况下的混合效益.结果表明.随着进口速率和混合腔深度的增加,混合效益得到提高,混合腔内的旋转绕流有利于增加流体间的界面,缩减流层厚度,改进混合质量.     

基于热绝缘的多孔硅技术及其在微传感器中的应用

介绍了多孔硅的热导率特性以及孔径、孔隙率、热处理等因素对其影响.分析了目前基于热绝缘的多孔硅制备技术发展现状,着重对阶梯电流法和脉冲电流法进行了介绍和比较, 认为脉冲电流法因为其特殊的优势,将在以后的发展中得到更广泛的应用.多孔硅由于其热绝缘特性以及技术优势,已经在微传感器领域得到广泛的应用.     

一种硅基静电微马达

本文介绍我们最近研制的一种硅基集成微马达。其制作工艺非常简单，仅包括四次光刻，两次多晶硅薄膜淀积和两次ＳｉＯ２牺牲层淀积。实现了快速、方便及批量地制作测量分析用的微马达样品。该微马达转子和定子由厚度为２．５μｍ左右的ＬＰＣＶＤ多晶硅膜一次形成，因而转子与定子的间距可减小到１．０￣１．５μｍ。     

锂离子电池硅基负极改性研究新进展

硅因其具有极高的理论容量而成为现阶段锂离子电池用负极材料研究的热点。介绍了硅基负极材料嵌/脱锂的原理,总结了目前缓解硅开裂与粉碎的一般方法,分析了现行研究中的不足。聚吡咯具有高导电性、高弹性、多孔、高稳定性等优点,为了提高负极材料循环稳定性能,将其与硅结合得到的Si-PPy复合材料将是最有希望的发展方向。     

硅材料在锂离子电池中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子负极材料的研究热点之一.综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展.分别对硅及含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结,并对其存在的问题进行了分析.探讨了采用不同复合物、不同制备方法和合成硅化物等改性方法来提高其循环性能的可行性.指出纳米硅基复合物将是硅负极材料最有希望的发展方向.     

纳米硅薄膜研究进展

纳米硅薄膜具有独特的结构和许多优异的光电性能,可望应用于新型光电器件、大规模集成电路等领域。本文从制备技术、沉积机理、结构和性能各方面对纳米硅薄膜的研究进展情况作了回顾和综述,并对其发展前景作了展望     

多晶硅薄膜材料与器件研究进展

多晶硅薄膜材料一直在半导体领域中扮演着重要角色。综述了多晶硅薄膜材料及其器件的特点、制备方法及研究进展。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

硅基负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子电池理想的负极材料。然而硅基材料在循环过程中容量衰减快,影响了其实用性。从硅复合物粉末和硅薄膜两个重要研究方面对硅基负极材料进行了综述,指出在Si基复合负极材料的研究中,单一途径改性提升循环性能的幅度有限,很难达到实用化阶段。硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等方法的综合运用成为硅基材料研究的主导方向。