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基于微流控芯片的微混合技术研究

作　者: 房玉强
导　师: 叶迎华
学　校: 南京理工大学
专　业: 军事化学与烟火技术
关键词: 微流控芯片被动式微混合器 FLUENT模拟混合单元混合性能
分类号: TN492
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文结合近年来国内外研究现状,介绍了微尺度下流体混合的特点和难点、促进微流体混合的常用方法,以及微混合、反应器的应用前景。基于前人研究结果,提出了一种设计和制作结构简单、混合效率高的被动式微混合器的方法。文章在设计微混合器时,采用计算机模拟与实验测试相结合的方法,首先使用流体力学软件FLUENT对设计微混合器进行模拟,然后以制作的玻璃-聚二甲基硅氧烷(PDMS)(?)昆合芯片为模型进行实验表征以修正模拟结果,最后以模拟和实验结果为基础建立高效被动式微混合器模型。(1)使用FLUENT对设计结构参数,包括入口通道角度、宽度、混合单元形状进行模拟,表征结构参数对微流体混合的影响；(2)制作玻璃-PDMS混合芯片,使用1 Ommol/L甲基蓝水溶液和去离子水作为两股进样流体,使用显微镜对混合情况进行拍照,采用MATLAB软件对所得照片进行像素分析,定量表征芯片的混合性能；(3)将实验结果与模拟结果相对比,分析偏差产生原因,调整参数建立芯片的数学模型,指导微混合器的设计；(4)选择180。入口角度,200μm通道宽度,69。挡板型微混合单元组成微混合芯片,讨论微混合单元的周期对混合效果的影响,设计并制作周期为28的微混合器,此时混合性能接近80%。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
1 绪论  9-17
  1.1 微流控芯片技术  9-11
    1.1.1 微流控芯片概念  9
    1.1.2 微流控芯片特征及优势  9
    1.1.3 微流控芯片发展概况  9-11
  1.2 微混合/反应器  11-15
    1.2.1 主动式微混合/反应器  11-13
    1.2.2 被动式微混合/反应器  13-15
  1.3 论文研究内容  15-17
    1.3.1 FLUENT模拟  15-16
    1.3.2 玻璃-PDMS微流控芯片制作与混合性能表征  16
    1.3.3 微流控芯片混合模型建立和高效微混合器的设计与表征  16-17
2 微流控芯片中流体混合模拟  17-31
  2.1 流体混合理论基础  17-21
    2.1.1 流体力学基本方程  17-20
    2.1.2 微流体混合机理  20-21
  2.2 微流体混合模拟相关参数设置  21
  2.3 混合性能评价方法  21-22
    2.3.1 扩散长度  21-22
    2.3.2 像素强度偏差  22
  2.4 微流体混合模拟结果  22-31
    2.4.1 样品入口通道模拟  22-27
    2.4.2 混合单元模拟结果  27-30
    2.4.3 本章小结  30-31
3 玻璃-PDMS微流控芯片的制作  31-39
  3.1 仪器和设备  31-32
  3.2 芯片制作工艺  32-34
    3.2.1 微通道图形设计  32-33
    3.2.2 光刻工艺  33
    3.2.3 玻璃湿法刻蚀工艺  33-34
    3.2.4 PDMS制备  34
    3.2.5 玻璃与PDMS封合工艺  34
  3.3 微通道制作结果  34-37
    3.3.1 通道刻蚀结果  34-36
    3.3.2 通道封合结果  36-37
    3.3.3 玻璃-PDMS芯片  37
  3.4 本章小结  37-39
4 微流控芯片中流体混合研究  39-48
  4.1 流体混合实验过程  39
    4.1.1 实验材料  39
    4.1.2 实验方法  39
  4.2 流体混合实验结果  39-45
    4.2.1 样品入口通道实验结果  39-42
    4.2.2 混合单元实验结果  42-45
  4.3 本章小结  45-48
5 微混合器设计和表征  48-52
  5.1 微混合器形状设计  48-49
  5.2 混合单元周期数设计  49-50
  5.3 微混合器混合性能定性表征  50-51
  5.4 微混合器混合性能定量表征  51
  5.5 本章小结  51-52
6 结论  52-54
致谢  54-55
参考文献  55-59
附录  59

基于微流控芯片的微混合技术研究

内容摘要

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