微通道中空泡動(dòng)力學(xué)特性及壁面潤濕性調(diào)控技術(shù)研究.pdf

1、隨著微納米技術(shù)的發(fā)展，空泡技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)工程和國防軍事等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用?？张菁夹g(shù)的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)對空泡動(dòng)力學(xué)特性的有效控制，本文針對微通道構(gòu)型對空泡動(dòng)力學(xué)特性的影響以及壁面潤濕性的調(diào)控技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，對微流控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　利用高速攝像技術(shù)對通氣空泡在T型微通道處的產(chǎn)生過程進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了流速、氣液流速比以及通道尺寸對空泡動(dòng)力學(xué)特性的影響。結(jié)果表明，空泡的產(chǎn)生方式包括四種，其對應(yīng)的生成機(jī)制分別為

2、擠壓、剪切、擠壓和剪切共同作用以及壁面阻力?？张荽笮‰S著流速、氣液流速比以及通道寬度的增大而增大。
　　借助高速攝像技術(shù)并結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法研究了通氣空泡在T型、Y型和文丘里管型微通道中發(fā)生形變或分裂的動(dòng)力學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)，T型和Y型通道中空泡的分裂機(jī)理主要包含通道結(jié)構(gòu)和流場兩種，文丘里管型通道中空泡的分裂機(jī)理為流場作用。空泡發(fā)生形變或分裂的強(qiáng)度隨著流速的增大而增強(qiáng)，隨著空泡體積和通道尺寸的增大而減弱。
　　采用激光加工

3、和自組裝技術(shù)制備了具有不同潤濕性的微通道壁面，借助高速攝像系統(tǒng)著重分析了流速和壁面疏水性對空泡動(dòng)態(tài)接觸角的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著流速的增大，空泡在壁面處的動(dòng)態(tài)接觸角和兩側(cè)壁面處的動(dòng)態(tài)接觸角比值均減小?？张菰谕ǖ纼蓚?cè)壁面處的動(dòng)態(tài)接觸角比值與通道左側(cè)壁面潤濕性之間存在著對應(yīng)關(guān)系，此對應(yīng)關(guān)系可用于微通道壁面潤濕性的表征。
　　利用薄片組裝結(jié)合自組裝分子膜沉積的方法設(shè)計(jì)并制作了一種表面潤濕性可調(diào)控的疏水/超疏水表面，借助接觸角測量儀對表

4、面具有不同肋板高度時(shí)對應(yīng)的靜態(tài)接觸角進(jìn)行測量。測量結(jié)果表明，通過精確控制表面微肋板高度，可快速實(shí)現(xiàn)表面潤濕性在弱疏水和強(qiáng)疏水甚至超疏水之間的可逆調(diào)控，且調(diào)控效果具有連續(xù)性。
　　將設(shè)計(jì)的潤濕性可調(diào)控表面進(jìn)行改進(jìn)并集成到微通道中作為通道一側(cè)壁面，研究了流速和壁面疏水性對空泡動(dòng)態(tài)接觸角的影響。研究發(fā)現(xiàn)，通過控制微肋板結(jié)構(gòu)可改變氣液固三相的接觸狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)壁面實(shí)際潤濕性在強(qiáng)疏水和親水之間的可逆調(diào)控。另外，壁面潤濕性的調(diào)控效果和壁面處的