微流控是一種精確操控微尺度流體的技術,利用光操縱微液滴運動及誘導微液滴內(nèi)粒子的輸運是微流控系統(tǒng)驅動的一種新模式,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)測等領域有著廣泛的應用前景。光操控技術,可以借助:（1）直接光學力（光輻射壓和光鑷）;（2）光調(diào)制的電驅動（光電濕潤和光控電滲流）;（3）光誘導的毛細力（潤濕性梯度和Marangoni效應）實現(xiàn)光能向液體動能的轉換。其中,光誘導的毛細力作用與前兩種相比,此種轉換方式既不需要特殊的光學設備也沒有復雜的微加工步驟。但是,潤濕性梯度產(chǎn)生的毛細力很小,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)外學者關于光操控微液滴運動及誘導微液滴內(nèi)粒子的輸運的研究大都基于實驗觀測,有關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力學模型,缺少統(tǒng)一的力學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液滴運動行為。因此,需要建立相應的力學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】：西安建筑科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）光操縱液滴的有效轉化途徑[36];（b）高斯強度分布的激光光斑中的

西安建筑科技大學碩士學位論文5圖1.2光電潤濕(OEW)裝置上的液滴驅動示意圖[36]1.2.2光誘導微顆粒運動的研究現(xiàn)狀光驅動的液滴操縱技術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。利用光操縱顆粒具有無接觸操縱和無機械損傷的特點，下面主要介紹在這幾種方式下光操縱或誘導顆粒運動的相關實驗和理論模擬研究進展。首先介紹的是，基于直接光學力作用的單顆粒的操縱技術。1970年，Ashkin[49]通過理論計算認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，進而捕獲微小粒子。Knner首次定量地測量了由光鑷驅動的微顆粒運動引起的流體速度場[50]。光學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。其中有關光鑷理論的描述主要有兩種解釋：1）對于直徑遠大于10倍波長的顆粒，屬于米氏粒子（MieParticle），可用幾何光學的方法計算光力；2）對于直徑小于光波長的顆粒，為瑞利粒子（RayleighParticle），顆�？珊喕膳紭O子近似，并用瑞利散射的理論進行近似計算，即瑞利近似或偶極子近似。對于直徑與波長相當?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。

西安建筑科技大學碩士學位論文8本理論以及Marangoni對流的相關內(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，同時使用紅外相機可檢測到液滴表面的溫度分布。光誘導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顆粒運動行為分別建立與之對應的物理模型，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，并進一步討論相關參數(shù)的選取對模型求解的重要性。第五章則對理論模型做進一步的拓展分析，定量研究了三種等效作用力驅動顆粒運動模式的一致性，并討論不同作用力疊加后的驅動模式。最后，第六章對所進行的研究工作做了簡要的總結，并對后續(xù)可以進行的相關研究工作做了進一步的展望。本文研究所采用的技術路線如圖1.3所示。圖1.3本文研究技術路線圖

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]液膜流動Marangoni效應邊界層解析理論研究[D]. 祁術娟.北京建筑大學 2014
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