在微型化、集成化和智能化的驅動下,微流控技術得到迅速發(fā)展。液滴微流控是微流控技術的重要分支,在生物醫(yī)學、化工以及材料等領域有著廣闊的應用前景。雖然基于微流控的微液滴生成方法在液滴均一性方面取得了重大突破,制得的液滴單分散性遠遠高于傳統(tǒng)方法,但是隨著微流控技術的日益發(fā)展,越來越多的應用場合對微液滴制備的高通量和在線可控性提出了迫切要求。目前的微液滴生成方法制造工藝復雜、通量低、可控性不足等問題限制了其進一步發(fā)展和應用。因此,研究一種同時具備高單分散性、高通量、高可控性及簡便的液滴生成方法具有重要意義。為此,本文提出協(xié)同流臺階乳化制備微液滴的方法,開展了協(xié)同流臺階乳化高通量液滴制備的研究,主要研究內(nèi)容及結果如下:(1)將協(xié)同流動與臺階乳化相結合,設計并制作了基于微通道多孔薄膜(MCF)的協(xié)同流臺階乳化芯片。將制作的協(xié)同流臺階乳化芯片連接實驗系統(tǒng),進行了單組分微液滴生成實驗,得到了偏差系數(shù)CV為1.4%的單分散微液滴。協(xié)同流臺階乳化法制備的液滴單分散性高,與單純臺階乳化相比,其生成的微液滴更小,產(chǎn)生頻率更高。結合實驗結果,理論分析了協(xié)同流臺階乳化的微液滴生成機理,推導出液滴生成初始階段臺階內(nèi)...

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
符號表
縮略語表
第一章 緒論
    1.1 微流控概述
        1.1.1 微流控芯片
        1.1.2 微流控應用
        1.1.3 液滴微流控概述
        1.1.4 微液滴類型
    1.2 液滴生成理論
        1.2.1 作用力及無量綱常數(shù)
        1.2.2 壁面作用
        1.2.3 液滴生成理論
        1.2.4 液滴生成模式
    1.3 液滴微流控制備方法
        1.3.1 常規(guī)制備方法
        1.3.2 臺階乳化方法
    1.4 存在問題與課題提出
    1.5 研究內(nèi)容與技術路線
        1.5.1 課題來源
        1.5.2 研究內(nèi)容
        1.5.3 技術路線
第二章 協(xié)同流臺階乳化的實驗研究
    2.1 引言
    2.2 實驗設備及測試方法
        2.2.1 實驗設備
        2.2.2 實驗材料
        2.2.3 實驗方法
        2.2.4 測量及標定
    2.3 協(xié)同流臺階乳化芯片制作
        2.3.1 MCF通道
        2.3.2 臺階
        2.3.3 芯片制作
    2.4 協(xié)同流臺階乳化液滴制備實驗
        2.4.1 實驗參數(shù)及調節(jié)
        2.4.2 實驗結果
        2.4.3 液滴生成機理分析
    2.5 本章小結
第三章 工藝參數(shù)對協(xié)同流臺階乳化的影響分析
    3.1 引言
    3.2 計算模型及理論基礎
        3.2.1 物理建模及網(wǎng)格劃分
        3.2.2 CFD分析方法
        3.2.3 力學模型及控制方程
        3.2.4 模擬結果與表征
    3.3 界面張力影響
        3.3.1 研究方案
        3.3.2 液滴尺寸與頻率分析
        3.3.3 液滴生成過程影響分析
    3.4 連續(xù)相協(xié)同流速
        3.4.1 研究方案
        3.4.2 液滴尺寸與頻率分析
        3.4.3 液滴生成過程影響分析
    3.5 離散相流速
        3.5.1 研究方案
        3.5.2 液滴尺寸與頻率分析
        3.5.3 液滴生成過程影響分析
    3.6 本章小結
第四章 芯片特征參數(shù)對協(xié)同流臺階乳化的影響分析
    4.1 引言
    4.2 微通道直徑
        4.2.1 研究方案
        4.2.2 液滴尺寸與頻率結果
        4.2.3 液滴生成過程影響分析
    4.3 微通道中心距
        4.3.1 研究方案
        4.3.2 液滴尺寸與頻率影響結果
        4.3.3 液滴生成過程影響分析
    4.4 臺階長度
        4.4.1 研究方案
        4.4.2 液滴尺寸與頻率影響
        4.4.3 液滴生成過程影響分析
    4.5 壁面接觸角
        4.5.1 研究方案
        4.5.2 液滴尺寸與頻率影響
        4.5.3 液滴生成過程影響分析
    4.6 本章小結
第五章 協(xié)同流臺階乳化的液滴生成預測
    5.1 引言
    5.2 液滴大小與工藝參數(shù)的關系
        5.2.1 界面張力
        5.2.2 連續(xù)相流速
        5.2.3 離散相流速
    5.3 液滴大小與芯片特征尺寸的關系
        5.3.1 微通道直徑
        5.3.2 微通道中心距
        5.3.3 壁面接觸角
    5.4 預測模型
        5.4.1 液滴直徑預測模型
        5.4.2 液滴生成模式預測方程
    5.5 本章小結
第六章 基于協(xié)同流動的多組分液滴生成與調控
    6.1 引言
    6.2 多組分液滴生成研究
        6.2.1 液滴融合概述
        6.2.2 多組分液滴生成方法研究
    6.3 Janus液滴生成與調控
        6.3.1 Janus液滴生成過程
        6.3.2 實驗方案
        6.3.3 連續(xù)相流量對Janus液滴生成的影響
        6.3.4 離散相流量對Janus液滴生成的影響
    6.4 三組分液滴生成與調控
        6.4.1 三組分液滴生成過程
        6.4.2 連續(xù)相流量對三組分液滴的影響
        6.4.3 離散相流量對三組分液滴的影響
    6.5 本章小節(jié)
第七章 結論與展望
    7.1 主要研究結論
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間的研究成果
作者簡介



本文編號：3807719