電滲流微泵驅(qū)動(dòng)機(jī)理的研究.pdf

1、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS：micro electromechanical system)的研究始于上個(gè)世紀(jì)的八、九十年代，目前已經(jīng)成為一股研究潮流。而微泵控制技術(shù)是微電子機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問題之一，由于電滲流(EOF：electroosmotic flow)微泵結(jié)構(gòu)簡單，操作易行等優(yōu)點(diǎn)，得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。電滲流微泵是基于界面化學(xué)、靜電場、流體力學(xué)等理論開發(fā)出的微泵。其應(yīng)用不局限于微機(jī)電系統(tǒng)，在醫(yī)療中的藥物輸送，工、民用的

2、兩相流制冷，甚至宇航科技中都有著廣闊的應(yīng)用前景?；谶B續(xù)介質(zhì)假設(shè)，Poisson-Boltzmann方程和Nayier-Stokes方程的連續(xù)性理論在可以成功解釋微米尺度以上的雙電層中粒子分布和電滲流。當(dāng)管徑減小至納米級(jí)時(shí)，由于尺度與雙電層厚度(Debye長度)處于同一量級(jí)，連續(xù)性理論是否仍然能夠用于描述納米尺度的雙電層分布及電滲流運(yùn)動(dòng)情形就很值得探討。 由于電滲流體通常以水為溶劑，采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，本文首先在對(duì)水分子結(jié)構(gòu)

3、的分析和作用勢研究的基礎(chǔ)上對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。然后研究了不同表面電荷密度下，直徑為3nm，總長為5.1nm的圓柱形納米管道中溶液粒子分布情況及電滲流特性。采用更為接近工程實(shí)際的體態(tài)一帶電部分一體態(tài)的納米管道模型，在管道中段離散分布一定數(shù)目的單位元電荷，平衡后，再取出該段在兩端加上電場進(jìn)行電滲流驅(qū)動(dòng)過程模擬。分別采用截?cái)喟霃椒椒ê鸵痪SEwald求和方法模擬長程作用的庫侖力。仿真結(jié)果表明，表面電荷密度越大，電荷倒置現(xiàn)象越明顯，電荷倒置現(xiàn)