【摘要】：隨著微納加工技術(shù)的成熟和芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab on Chip,LOC)概念的提出,微流控作為一門操控微觀區(qū)域流體行為的學(xué)科在近二十年得到了快速的發(fā)展。微流控芯片作為微型實(shí)驗(yàn)平臺(tái),正在革新多個(gè)學(xué)科的研究手段。以聲學(xué)方式驅(qū)動(dòng)的微流控芯片作為聲-流體學(xué)的一個(gè)分支,具有非侵入性、高強(qiáng)度、易制造、低成本以及良好的生物相容性等優(yōu)勢(shì),是目前的研究熱點(diǎn),吸引著眾多中外學(xué)者的關(guān)注。顯微粒子圖像測(cè)速法(Particle Image Velocimetry,PIV)是一種聚焦于微觀測(cè)速領(lǐng)域的測(cè)量手段,它利用高速攝影所得到的多幀粒子位置圖,通過特定的算法計(jì)算出粒子運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的特性,從而對(duì)微觀流體領(lǐng)域物理場(chǎng)進(jìn)行表征。本課題把顯微粒子圖像測(cè)速法與聲學(xué)微流控相結(jié)合,將聲體波與聲表面波驅(qū)動(dòng)下的微流控器件進(jìn)行了探索,并研究了其中的物理規(guī)律,同時(shí)提出了一種表征流場(chǎng)與聲場(chǎng)的方法。在對(duì)聲學(xué)微流控領(lǐng)域的理論進(jìn)行推演之后,具體進(jìn)行了如下幾大部分的實(shí)驗(yàn)研究:首先制備了聲學(xué)體波器件,并對(duì)該器件在一維、二維聲駐波場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的粒子運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行了記錄。研究了多種粒徑粒子在不同維度聲波驅(qū)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),結(jié)合有限元模擬對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了定性研究和比較,確保了結(jié)論的可信度。然后加工了聲學(xué)表面波器件,并對(duì)表面波器件中的能量演化過程,粒子排布狀態(tài)進(jìn)行了定量分析。同時(shí)對(duì)顯微拍攝的圖像進(jìn)行了深層探索,最終得到了聲表面波器件中粒子的運(yùn)動(dòng)特性、排布規(guī)律與電聲轉(zhuǎn)換系數(shù)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上,將顯微粒子圖像測(cè)速法與聲學(xué)微流控器件相結(jié)合,提出了多粒徑PIV微流控流場(chǎng)與聲場(chǎng)表征方法。此種表征方法無需機(jī)械掃描裝置便可即時(shí)呈現(xiàn)二維聲場(chǎng)與流場(chǎng)形態(tài),對(duì)研究聲學(xué)驅(qū)動(dòng)下的微流控器件乃至其他物理場(chǎng)下的微流控器件均有促進(jìn)作用。在對(duì)聲學(xué)微流控器件中的理論與表征方法進(jìn)行詳細(xì)探究之后,本文又對(duì)聲學(xué)微流控的一些應(yīng)用進(jìn)行了展望,指出了聲學(xué)微流控器件在應(yīng)用層面上的優(yōu)勢(shì)。本工作通過對(duì)聲學(xué)微流控器件的研究,掌握了其中的物理場(chǎng)特點(diǎn)及粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并提出一種優(yōu)良的表征方法,旨在解決聲學(xué)微流控中理論與測(cè)量領(lǐng)域的一些實(shí)際問題,促進(jìn)微流控器件的規(guī)范化與一致化,并為微流控的應(yīng)用提供更多的思路和手段。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN492;TN65
【圖文】：

＝－Ｉ邋ｄｆｌ邋｜邋－Ｋ0邋（＾ｐｌ）邋－邋－ｐ0邋（ｖ＾）邋ｎ＋ｐ0邋（｛ｎ邋■邋Ｖｉ）邋ｔ；ｉ＞Ｊ逡逑２．２．４聲散射理論逡逑在散射理論中，聲場(chǎng)球面散射速度勢(shì)場(chǎng)如圖２－１所示，散射聲場(chǎng)速度勢(shì)逡逑小丨＝？逡逑＞邋．逡逑邐小邋ｓｃ逡逑ＩＩ；逡逑Ｖ逡逑（ｊ）．逡逑ｔ邋ｉｎ逡逑圖２－１：聲場(chǎng)球面散射示意圖逡逑為也。，入射聲場(chǎng)速度勢(shì)為０ｉｎ，而０ｓｅ可以進(jìn)行多級(jí)展開。在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域，單極逡逑子和多極子項(xiàng)占有主導(dǎo)地位，即０ｓｃ？０ｎｉｐ邋＋邋０ｄｐ，帶入式２－１０，這兩項(xiàng)會(huì)形成逡逑０ｍｐ（ｒ，0邋＂＝辦（，－／＂／Ｃ。）邋／／＂和邋０ｄｐ邋＝邋%藉澹咤澹鄢螅ú峰澹潁�。）邋／｀嵥|渲繡澹�？是一个标量函数，辶x希攣澹澹潁悖訊雜Φ氖噶砍讜ズ�，Ａ■为距离球心的距离。峨s諞喚咨⑸淅礪鄱義涎裕⑸涑。埃螅逵肴肷涑。埃椋畛燒齲氪訟喙氐謀炅砍∥芏瘸�，＾邋￣邋Ａｎ，与辶x洗訟喙氐氖噶砍∥俁瘸�，￣邋ａ，，。因此，峨s冢俊罰適�，詢觥散射镶牃gㄓ繡義先縵灤問降慕猓哄義希蓿洌蓿潁悖╁澹擼玻煎�？（？（，]危ǎ玻玻埃╁義希常

本文編號(hào)：2788075