基于导电岛系统的敏感元件制造方法研究

本文基于特征角度为60°的导电岛微电极系统,探究低频条件下交流介电泳驱动金纳米粒子形成。首先,利用剥离(lift-off)方法制作了特征角度为60°的导电岛微电极系统,并基于该系统进行了纳米粒子介电组装实验,发现纳米粒子在低频范围内会形成纳米粒子短链或短簇结构;然后,基于电双层理论,分析了低频时交流电渗流(ACEO)对介电流动的影响,发现低频时电双层现象能够在一定程度上削弱流体中的电场和介电流动;最后,针对驱动频率为100 kHz的粒子轨迹分析发现该情况更易产生纳米粒子簇,较好地符合实验现象。

基于三电层模型的交流电渗流速分析

微通道内交流电渗微泵的流速与电极表面双电层的结构与电荷分布密切相关,根据传统双电层理论和交流电渗速度公式可以预测交流电渗流速分布和速度峰值处的转折频率。试验发现,由此得出的交流电渗流速峰值比试验值大数倍。考虑紧密层和中间层厚度对交流电渗流的影响,提出三电层模型,给出三电层等效厚度和等效相对介电常数的求解方法,对传统的交流电渗速度公式进行修正,得出修正后的时间平均流速、位置平均流速和转折频率表达式。以宽度和间距均为20?m的平行电极阵列为试验对象,对其施加相位差90°的四相行波电场,用电荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)记录流场中荧光粒子的轨迹并用micro-PIV方法计算流场速度。设置不同的电层厚度参数对试验进行仿真。结果表明,紧密层厚度为几个溶剂分子大小(0.5 nm),而且中间层厚度为电极表面微观起伏高度(5 nm)时,仿真和试验结果非常接近,这表明三电层模型和修正后流速公式的有效性。

交变电流在仿生非光滑表面电渗中作用原理的试验研究

利用生物体表交流电渗作用的信息，将交流电引入仿生非光滑表面电渗技术中，并进行了试验研究，考察了交流电的频率对电渗效应的影响，利用试验优化技术对交流电的频率，电压两个因素进行了二元二次回归组合设计的试验，建立了显著的回归方程。对交流电在仿生非光滑表面电渗技术中的应用打下了理论基础。

非对称电极表面微观形貌对交流电渗流速的影响

经典交流电渗理论是利用电场进行非机械式微流体驱动的基础.传统理论交流电渗理论以双电层理论为基础,通过耦合电场方程以及流场方程得到微电极表面交流电渗流速表达式,通常与实验流速相差较大.以电极表面微观形貌对交流电渗流速的影响为研究目标,定义微电极表面粗糙度为微观形貌特征参数,建立了等效双电层模型,并对传统交流电渗流速公式进行了修正.理论并仿真分析了表面粗糙度对于交流电渗流速的影响,利用非对称电极对交流电渗微流体驱动进行了实验研究,并进行对比分析.结果表明,理论分析与实验结果具有较好的一致性.