本文關(guān)鍵詞：仿生微流控泵的微孔擴(kuò)散機(jī)制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著微流控技術(shù)的發(fā)展,微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。微流體的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)是微流控芯片能夠廣泛應(yīng)用和發(fā)展的前提和關(guān)鍵。只有實(shí)現(xiàn)了對(duì)流體的控制,才能完成生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等實(shí)驗(yàn)需要的各種操作。基于植物氣孔蒸騰作用的機(jī)理,本文提出了一種新的微流體驅(qū)動(dòng)方式。 水蒸氣通過(guò)植物氣孔擴(kuò)散到周圍環(huán)境的效率很高,相當(dāng)于相同面積自由水的幾十倍。本文研究了植物蒸騰作用的機(jī)理,包括植物體內(nèi)水分運(yùn)輸?shù)臋C(jī)理及氣孔蒸騰作用的機(jī)理。氣孔的大小及分布影響氣孔蒸騰的效率。本文通過(guò)仿真及實(shí)驗(yàn)研究了不同孔間尺寸和不同孔間距離對(duì)水蒸氣擴(kuò)散速率的影響。主要內(nèi)容如下： (1)植物通過(guò)根部的主動(dòng)吸收,將水分從土壤吸收到植物體內(nèi)；氣孔蒸騰作用在植物體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,在大氣壓的驅(qū)動(dòng)下拉動(dòng)液體上升至葉片；分子的內(nèi)聚力保證水分可以連續(xù)上升; (2)基于氣孔蒸騰作用的機(jī)理,建立了水蒸氣通過(guò)氣孔擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模型,在COMSOL Multiphysics軟件平臺(tái)上,對(duì)水蒸氣通過(guò)微孔陣列的擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行了仿真模擬。通過(guò)分析水蒸氣通過(guò)不同尺寸、不同孔間距的微孔陣列的擴(kuò)散通量,得到微孔的尺寸、孔間距對(duì)水蒸氣擴(kuò)散速率的影響。結(jié)果表明,水蒸氣通過(guò)氣孔擴(kuò)散的過(guò)程存在邊緣效應(yīng),并且孔間距的增加和孔尺寸減小均可降低相鄰孔間干擾,從而增大水蒸氣的擴(kuò)散速率； (3)基于植物體內(nèi)水分運(yùn)輸?shù)臋C(jī)理及氣孔蒸騰的機(jī)理,設(shè)計(jì)并制作了帶有微孔膜的仿生微流控泵,用于模擬植物的蒸騰作用。仿生微流控泵主要由微孔膜、多孔介質(zhì)、儲(chǔ)液池三部分構(gòu)成。上層的SU-8膠微孔膜上有微孔陣列,用來(lái)模仿植物氣孔,水蒸氣經(jīng)由微孔膜中的微孔陣列擴(kuò)散到周圍環(huán)境中。中間層采用親水性的多孔陶瓷,用于模擬葉肉細(xì)胞中的細(xì)胞間隙,其內(nèi)部有很多互交連的立體微孔納孔通道結(jié)構(gòu),提供巨大的蒸發(fā)表面積。底層有進(jìn)水通道和排水通道,進(jìn)水通道與外部蓄水池相連,源源不斷的為微泵提供水分,排水通道用來(lái)排出多余的氣體和水分。 (4)通過(guò)測(cè)量帶有不微孔膜時(shí)仿生微泵的流量,得到孔尺寸及孔間距對(duì)水蒸氣擴(kuò)散速度的影響,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,得到的孔尺寸及孔間距離對(duì)孔流量的影響基本相同。 水分通過(guò)微孔擴(kuò)散是通過(guò)自由水表面擴(kuò)散的幾十倍,仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,當(dāng)孔間距離越大時(shí),相鄰孔之間的干擾越小,水蒸氣通過(guò)微孔擴(kuò)散的速度越快。孔尺寸越小單位面積的孔的流量越高,水蒸氣通過(guò)微孔擴(kuò)散的效率越高。
【關(guān)鍵詞】：仿生微泵 氣孔蒸騰 微孔水分?jǐn)U散 邊緣效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH38;TB17
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 背景和意義10-12
• 1.1.1 微泵分類和特點(diǎn)10-11
• 1.1.2 微泵存在的問(wèn)題11-12
• 1.2 微流控泵研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 微泵的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 水分微孔擴(kuò)散機(jī)制的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.1 小孔擴(kuò)散理論15
• 1.3.2 相鄰孔對(duì)擴(kuò)散速度的影響15-16
• 1.4 研究意義及主要內(nèi)容16-19
• 1.4.1 研究意義16-17
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容17-19
• 2 植物水分傳輸機(jī)理研究19-27
• 2.1 植物的蒸騰作用19
• 2.2 植物體內(nèi)水分傳輸?shù)臋C(jī)理19-22
• 2.2.1 水分傳輸通道19-20
• 2.2.2 水分傳輸?shù)膭?dòng)力20-21
• 2.2.3 水分傳輸中的負(fù)壓21-22
• 2.3 植物氣孔蒸騰作用的機(jī)理22-26
• 2.3.1 氣孔的生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)22-24
• 2.3.2 氣孔蒸騰及機(jī)理24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 微孔擴(kuò)散邊緣效應(yīng)的仿真分析27-34
• 3.1 氣體擴(kuò)散的理論分析27
• 3.2 仿真模型的建立27-29
• 3.2.1 模型尺寸的確定27-28
• 3.2.2 模型的建立28-29
• 3.3 仿真結(jié)果29-33
• 3.3.1 水蒸氣濃度的仿真結(jié)果29-30
• 3.3.2 水蒸氣擴(kuò)散通量的仿真結(jié)果30-31
• 3.3.3 仿真結(jié)果分析31-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 4 仿生微孔膜和仿生微泵的設(shè)計(jì)及制作34-43
• 4.1 仿生微泵的設(shè)計(jì)34
• 4.2 多孔介質(zhì)材料的選取34-36
• 4.2.1 多孔介質(zhì)概述34-35
• 4.2.2 多孔介質(zhì)材料的選取35-36
• 4.3 微孔膜的設(shè)計(jì)及制作36-39
• 4.3.1 微孔膜材料的選擇36
• 4.3.2 SU-8微孔膜的設(shè)計(jì)36-37
• 4.3.3 SU-8膠微孔膜的制作工藝37-39
• 4.4 微泵泵體的設(shè)計(jì)及制作39-41
• 4.4.1 微泵泵體的設(shè)計(jì)39-40
• 4.4.2 微泵泵體的制作40-41
• 4.5 微泵的組裝及密封41
• 4.6 本章小結(jié)41-43
• 5 仿生微流控泵的微孔水分?jǐn)U散實(shí)驗(yàn)43-49
• 5.1 微泵氣體蒸發(fā)流量的測(cè)定方法43
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果43-47
• 5.2.1 微泵流速的計(jì)算43-45
• 5.2.2 微泵流速的穩(wěn)定性45-46
• 5.2.3 水蒸氣通過(guò)微孔擴(kuò)散的速度46-47
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比47-48
• 5.4 本章小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-53
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況53-54
• 致謝54-55

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 白重炎;馬海梅;靳芬;侯仁浩;高尚峰;;核桃葉面氣孔性狀研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2010年11期

2 蘇奇名;劉世炳;陳濤;;生物芯片的引擎——微泵[J];北京生物醫(yī)學(xué)工程;2006年06期

3 張秀芳;氣孔蒸騰的動(dòng)力及小孔定律[J];濱州教育學(xué)院學(xué)報(bào);2000年04期

4 歐可宗;對(duì)樹(shù)液上升動(dòng)力的探討和比較[J];大學(xué)物理;2004年02期

5 關(guān)艷霞,戴敬,方肇倫;以毛細(xì)和蒸發(fā)作用為驅(qū)動(dòng)力的微泵的研制[J];分析化學(xué);2005年03期

6 周圍;張思祥;冉多鋼;柳葆;;微流控技術(shù)在多領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J];光譜儀器與分析;2009年Z1期

7 李清嶺;陳令新;;微流體驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)[J];化學(xué)進(jìn)展;2008年09期

8 馬之勝;賈云云;王建學(xué);王越輝;;桃樹(shù)葉片氣孔密度的研究[J];江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào);2008年05期

9 何春霞;李吉躍;郭明;;樹(shù)木樹(shù)液上升機(jī)理研究進(jìn)展[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2007年01期

10 張秀芳,石東里;氣孔蒸騰的動(dòng)力及小孔定律[J];生物學(xué)通報(bào);2002年03期

  本文關(guān)鍵詞：仿生微流控泵的微孔擴(kuò)散機(jī)制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：276916