基于超聲旋轉驅動的微小顆粒的分離.pdf

1、微/納顆粒的分離技術在生物、化學、微機械系統(tǒng)等領域有著廣泛的應用。傳統(tǒng)的微/納分離方法有過濾、介電泳、磁性分離、光鑷子和超聲分離等。過濾分離方法不僅有著過濾介質容易堵塞的問題,而且用于微/納顆粒過濾的薄膜也比較貴,介電泳和磁性分離技術對于顆粒的性質有一定帶電和帶磁的要求,光鑷子一次處理顆粒的量比較少,而用超聲技術就可以避免以上幾種方法的不足。
　　本課題基于胡俊輝教授團隊的研究基礎之上,提出了一種超聲換能器的新結構,它能夠驅動微小

2、顆粒旋轉并達到分離效果。該超聲換能器是由兩塊鋁板夾著兩塊環(huán)形壓電陶瓷片用螺栓緊固而成,換能器的下鋁板處于彎扭組合振動,用于顆粒的分離。為了激發(fā)出這種振動模態(tài),兩塊壓電片極化方向相反放置并加載交流電壓。實驗中,我們用多普勒激光測振儀測量工作區(qū)域的振動情況,所用到的實驗顆粒是蝦籽、玻璃球和精鹽的兩兩混合物,實驗觀察是在高速攝像機下進行的。
　　實驗發(fā)現,在鋁板的工作區(qū)域存在有局部的旋轉行波,這能夠很好地解釋顆粒在工作區(qū)域的旋轉現象。我

3、們還發(fā)現在共振頻率下顆粒的分離效率最高,并且顆粒的旋轉速度和板的振動幅值對分離效率也有影響。在相同時間內的共振條件下,不同混合物的分離效率也是不同的,其中蝦籽和玻璃球的混合物分離效果最佳,蝦籽和精鹽的混合物分離效果其次,玻璃球和精鹽的混合物基本不能分離。我們還從理論上分析了影響分離效率的顆粒的特性,發(fā)現顆粒的密度,與板的摩擦因素和顆粒的法向變形量對分離效果有影響。
　　本課題的主要創(chuàng)新點在于提出了一種新的超聲換能器的結構,這種結構