微流控是一種精確操控微尺度流體的技術(shù),利用光操縱微液滴運動及誘導(dǎo)微液滴內(nèi)粒子的輸運是微流控系統(tǒng)驅(qū)動的一種新模式,具有非接觸操控、波長和功率易調(diào)節(jié)、時空分辨率高等優(yōu)勢,在微尺度傳質(zhì)、傳熱、微混合及水體監(jiān)測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。光操控技術(shù),可以借助:（1）直接光學(xué)力（光輻射壓和光鑷）;（2）光調(diào)制的電驅(qū)動（光電濕潤和光控電滲流）;（3）光誘導(dǎo)的毛細(xì)力（潤濕性梯度和Marangoni效應(yīng)）實現(xiàn)光能向液體動能的轉(zhuǎn)換。其中,光誘導(dǎo)的毛細(xì)力作用與前兩種相比,此種轉(zhuǎn)換方式既不需要特殊的光學(xué)設(shè)備也沒有復(fù)雜的微加工步驟。但是,潤濕性梯度產(chǎn)生的毛細(xì)力很小,光照時微液滴接觸角的變化比較微弱,很難克服界面張力作用,所以只有極個別的液體可以在微通道中運動,而且還存在空間限制、位移距離短、速度慢等不足。目前,國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于光操控微液滴運動及誘導(dǎo)微液滴內(nèi)粒子的輸運的研究大都基于實驗觀測,有關(guān)這幾種不同形式力作用下的理論和模擬研究,只有單一作用力下的光驅(qū)力學(xué)模型,缺少統(tǒng)一的力學(xué)模型和解析求解方法。因而很難研究多種形式共同作用下的光誘導(dǎo)液滴運動行為。因此,需要建立相應(yīng)的力學(xué)模型和解析求解方法可對不同形式作用力下的光... 

【文章來源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）光操縱液滴的有效轉(zhuǎn)化途徑[36];（b）高斯強(qiáng)度分布的激光光斑中的

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1.2光電潤濕(OEW)裝置上的液滴驅(qū)動示意圖[36]1.2.2光誘導(dǎo)微顆粒運動的研究現(xiàn)狀光驅(qū)動的液滴操縱技術(shù)一般基于以下幾個基本作用[36]:（1）直接光輻射力;（2）光電;（3）光熱;（4）光化學(xué)。利用光操縱顆粒具有無接觸操縱和無機(jī)械損傷的特點，下面主要介紹在這幾種方式下光操縱或誘導(dǎo)顆粒運動的相關(guān)實驗和理論模擬研究進(jìn)展。首先介紹的是，基于直接光學(xué)力作用的單顆粒的操縱技術(shù)。1970年，Ashkin[49]通過理論計算認(rèn)為幾個微米的粒子可以被聚焦的激光束推動，并用聚焦的氬離子激光成功實現(xiàn)了懸浮在水中的透明膠粒（直徑0.6-2.5μm）沿著光軸方向加速運動。在光與微粒相互作用實驗的基礎(chǔ)上，并于1986年首次提出利用單光束梯度力阱（即光鑷）俘獲和操縱顆粒運動，其本質(zhì)是基于光輻射壓力和散射力相互作用形成的勢阱[24]，利用具有高斯分布的聚焦激光束產(chǎn)生大梯度力，形成三維勢阱，進(jìn)而捕獲微小粒子。Knner首次定量地測量了由光鑷驅(qū)動的微顆粒運動引起的流體速度場[50]。光學(xué)渦旋陷阱使用的不是高斯分布的光束，而是在焦點處有暗核的光束分布，這樣可以實現(xiàn)低折射率粒子的捕獲。其中有關(guān)光鑷?yán)碚摰拿枋鲋饕袃煞N解釋：1）對于直徑遠(yuǎn)大于10倍波長的顆粒，屬于米氏粒子（MieParticle），可用幾何光學(xué)的方法計算光力；2）對于直徑小于光波長的顆粒，為瑞利粒子（RayleighParticle），顆粒可簡化成偶極子近似，并用瑞利散射的理論進(jìn)行近似計算，即瑞利近似或偶極子近似。對于直徑與波長相當(dāng)?shù)念w粒，將其看成電磁散射問題處理，并通過數(shù)值計算求解[51,52]。此后，關(guān)于利用光輻射壓力操縱顆粒運動的研究得到很好的發(fā)展。

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8本理論以及Marangoni對流的相關(guān)內(nèi)容和圖像處理的基本原理；隨后，第三、四章分別介紹了如下內(nèi)容：光誘導(dǎo)微納米級顆粒的運動實驗研究首先，通過配置有高速CCD的顯微鏡觀測不同光源下的顆粒的運動行為，用高速CCD記錄顆粒的運動，在PIVlab中對圖像進(jìn)行處理即可獲得不同光源下的顆粒的運動軌跡、運動速度等信息，對ZnIn2S4顆粒通過改變?nèi)芤旱膒H以及加入不同鹽溶液，然后測量這些參數(shù)對顆粒Zeta電位的影響，同時使用紅外相機(jī)可檢測到液滴表面的溫度分布。光誘導(dǎo)微納米顆粒運動的理論及數(shù)值模擬研究針對兩種顆粒的不同的光誘導(dǎo)顆粒運動行為分別建立與之對應(yīng)的物理模型，并分別采用解析求解和數(shù)值模擬的方法，定量驗證模型的正確性，并進(jìn)一步討論相關(guān)參數(shù)的選取對模型求解的重要性。第五章則對理論模型做進(jìn)一步的拓展分析，定量研究了三種等效作用力驅(qū)動顆粒運動模式的一致性，并討論不同作用力疊加后的驅(qū)動模式。最后，第六章對所進(jìn)行的研究工作做了簡要的總結(jié)，并對后續(xù)可以進(jìn)行的相關(guān)研究工作做了進(jìn)一步的展望。本文研究所采用的技術(shù)路線如圖1.3所示。圖1.3本文研究技術(shù)路線圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3604655