超细HMX的微流体结晶调控及高通量制备

为了实现含能材料晶体微观结构的精确控制,提升超细含能材料的晶体品质和质量一致性,以HMX为研究对象,搭建微流体结晶平台,研究在微尺度条件下流体的流动特性,开展浓度、流量等反应参数条件对超细HMX晶体颗粒形态的影响研究,并进行了超细奥克托今(HMX)的批量制备探索。结果表明,与心型芯片相比,涡流型芯片具有更好的传质效果和更薄的边界层效应,更适合于脆性晶体的制备。DMSO作为溶剂时,HMX晶体具有较好的形貌,大小均一,球形度高;当流量比R分别为1、5、10时,HMX的平均粒径分别为8.86、4.14和0.86μm,随着R增大,HMX的粒径逐渐变小,粒径分布变窄;通过改变工艺参数,微流体结晶可实现不同形貌、粒径超细HMX的可控制备;利用多层组合与并联分流的方式,实现了超细HMX的高通量制备,该方法不仅混合效率差异小、产品处理量大且设备整体能耗低,可为高品质窄粒径范围微纳米含能材料的高通量制备提供思路。

微流体驱动与控制技术研究进展

随着微流体系统，尤其是生物芯片和缩微芯片实验室（ｌａｂ－ｏｎ－ａ－ｃｈｉｐ）技术的发展，微米乃至纳米尺度构件中流体的驱动与控制技术越来越引起人们的注意．由于微流体流动的影响因素众多，它的驱动和控制技术，与宏观流体相比，更为复杂和多样化．本文首先结合流体的驱动和控制技术，并着眼于微观与宏观的不同，对微流体的流动特性进行了分析，然后对目前微流体驱动与控制技术的研究进展进行了总结，对各种微流体的驱动和控制技术进行了对比，并对他们各自的优缺点进行了分析和讨论．

微流体驱动与控制技术

在微流控系统所需的功能单元中,微流体驱动与控制操作单元尤为重要。微系统条件下,表面张力的影响变得十分明显,在工程意义上,常规的流体体积流动的驱动方法在微管道中往往效果不好甚至是不可行的。本文简要评述了用于微流体驱动的机械微型泵技术,基于电、光、磁等的非机械微型泵技术,以及微流体的高效混合控制等技术的研究现状,对微流体驱动与控制的未来作了展望。

声表面波技术在金纳米粒子可控制备中的应用

为了制备优良的金纳米粒子,提出了一种基于声表面波技术可控制备金纳米粒子的实验方法,利用声表面波微流控系统对金纳米粒子进行扰动合成,实现金纳米粒子的可控合成。利用Matlab软件对叉指换能器对数进行了参数优化,设计并制作了声表面波微流控扰动系统。针对不同加载电压设计并开展了金纳米粒子制备试验,分析了不同电压对试验结果的影响。试验结果表明:通过调控电压等控制参数,制备了具有不同浓度、形貌及单分散性的金纳米粒子,验证了本文实验方法的有效性。

微流控无阀式微泵设计及特性分析

目的基于微泵流体速度调节不准确、难以实现流量精确控制等问题,以无阀微泵为研究目标,设计了一种新型内置线弹性棒的无阀微泵结构。方法利用线弹性棒的弯曲变形特性及NavierStokes方程组,使用有限元方法建立新型无阀微泵的多物理场耦合数值模型,通过参数扫描计算分析了在不同驱动振幅和驱动频率下对无阀式微泵输出净流量的影响。结果在驱动频率相同的条件下,微泵输出净流量随着驱动振幅的增加而增加;当保持驱动振幅不变时,提升驱动频率对微泵输出性能的影响较弱。结论该研究的计算仿真分析为新型无阀式微泵的结构设计提供数值参考并积累一定的经验。

基于无阀压电微泵控制的微流控液体变色眼镜

为了更好地利用变色镜保护人眼不受强光的伤害,提出了一种微流控液体变色眼镜。以透光性良好的高分子聚合物PDMS(polydimethylsiloxane)为材料,采用软刻蚀技术代替传统的机械加工,制作了具有微流道结构的镜片变色层。通过对封接面的表面改性处理实现了PDMS变色层和基底镜片(玻璃/光学树脂)之间的不可逆封接,构成了具有闭合微流道的液体变色镜片。设计并制作了一种无阀压电微泵控制器用以控制镜片微流道内有色液体的循环流动,实现镜片的变色功能。实验测试了微泵在不同驱动电压和驱动频率下变色眼镜的响应特性。测试结果表明:与传统的固体感光变色镜相比,无阀压电微泵控制的微流控液体变色眼镜具有较快的响应速度,较高的可控性和良好的可逆性。

一种低成本高效率气动式微流控混合器

液体混合是微流控芯片的重要功能之一,微流控液体混合方式可分为主动式和被动式两种。针对目前微流控混合器存在的被动式混合效率不高和主动式混合器制作工艺复杂等问题,研究设计了一种基于雕刻机加工的低成本、高效率气动式微流控混合器。该微流控芯片采用数控雕刻机快速加工微模具,经PDMS固化、翻模、打孔和键合等工艺,实现了微流控混合器的制作。同时研究设计了多气室脉冲气体驱动模式,有效实现了微量试剂和样品的快速混合。实验结果表明,所研究的主动式微流控混合器可以产生对流混沌作用,显著提高微尺度下的混合效率,为实现低成本的微流控芯片制作和高效试剂混合的MEMS生化检测系统提供了一种有效的技术途径。

利用微流控技术评价聚合物与储层岩石相互作用

油田对聚合物的选择主要是通过孔喉大小和聚合物相对分子质量大小来确定的,但随着微流控技术的产生与发展,目前可视的微观液体流动形态的尺度已经缩小到纳米尺度,为了精细筛选聚合物的适应条件,利用微流控技术从微观角度模拟真实储层以评价聚合物对储层的影响是很必要的。介绍了目前利用聚合物驱油提高原油采收率的相关研究,利用微流控技术对聚合物与储层岩石间的相互作用进行了研究分析,并对微流控技术未来发展进程和方向进行了展望。

一种新型无阀式微泵设计研究及特性分析

微泵是微流体系统的关键部件,其广泛运用于生物流体处理和微电子冷却等领域中。本研究设计模拟了一种新型无阀微泵的作用机理,其设计目的在于低雷诺数下有效地克服水动力的可逆性。通过参数扫描系统地分析了不同激励频率和激励振幅下的微泵净泵送流量的影响。对比结果发现,净泵送流量随着激励源振幅的增加而增加,激励频率对净泵送流量影响较弱。

Programmable microfluidic manipulations for biomedical applications

Fluid manipulation plays an important role in biomedical applications such as biochemical assays,medical diag-nostics,and drug development.Programmable fluidic manipulation at the microscale is highly desired in both fundamental and practical aspects.In this paper,we summarize some of the latest studies that achieve pro-grammable fluidic manipulation through intricate capillaric circuits design,construction of biomimetic metasur-face,and responsive surface wettability control.We highlight the working principle of each system and concisely discuss their design criterion,technical improvements,and implications for future study.We envision that with multidisciplinary efforts,microfluidics would continue to bring vast opportunities to biomedical fields and make contributions to human health.

微流芯片

介绍了基于电流变液控制的微流芯片的工作原理和制作过程.由于电流变液的粘度随外加电场的增加而增大,且这种改变是可逆的,响应时间也极快(毫秒量级).利用此特性,作者设计制成了电流变液数值型微流阀.基于此类微流阀,我们制成了一系列微流器件,例如:微流混合装置、微减震器以及微流泵.

电流变液研究进展

在电流变液发明后的70余年中,学者们相继提出了纤维理论、"水桥"理论、双电层理论和介电理论等传统理论模型.然而,力学性能较差,严重制约了电流变液的工程化应用.近几年,随着巨电流变液和极性型电流变液等低场高屈服强度的新型电流变液的发明,电流变液屈服强度均超过了100 k Pa,电流变液迎来了一个新的工业化应用契机.但是,电流变液的沉降性及再分散性等基础性和应用性问题仍然制约了其广泛应用.本文回顾了电流变液的成分、宏观性质、微观机制及其应用的发展,重点分析了巨电流变效应及其在智能微流控中的研究.总结了电流变液的研究现状及未来发展方向,其中对电流变液稳定性和服役与失效的研究将成为未来研究的主要方向.随着上述问题的解决完善将加速电流变液的工业化进程.