“荷花效應(yīng)”及其在微通道中的應(yīng)用研究.pdf

1、目前，由于微尺度領(lǐng)域中普遍存在的表面效應(yīng)，造成壓力損失、粘附、表面摩擦和磨損等一系列問題，使得MEMS器件的制作和應(yīng)用受到了極大的困擾。“荷花效應(yīng)”表明荷葉表面存在著納米和微米級的雙微觀結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)大大提高了荷葉表面與其他物體表面的接觸角，微米結(jié)構(gòu)的排列影響其他物體在其表面的運(yùn)動(dòng)趨勢，納米結(jié)構(gòu)與微米結(jié)構(gòu)結(jié)合有效地降低液體在其表面的滾動(dòng)角。因此，將“荷花效應(yīng)”應(yīng)用于微通道中，制作出具有“荷花效應(yīng)”的微通道，能夠降低微通道的沿程壓力損失，

2、增大流體在其中的流動(dòng)速度。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新如下： 首先，根據(jù)荷花結(jié)構(gòu)的特征尺度和對微尺度領(lǐng)域的尺寸效應(yīng)和表面力的研究詳細(xì)介紹了“荷花效應(yīng)”的作用機(jī)理，并從對接觸角的影響的角度，進(jìn)行了理論研究。 其次，基于分子動(dòng)力學(xué)方法的原理，采用非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬（NEMD）建立了基于“荷花效應(yīng)”的微通道模型，分析了流體在該模型中的邊界滑移現(xiàn)象。通過選擇不同的結(jié)構(gòu)和尺度參數(shù)分別進(jìn)行了多次模擬分析，根據(jù)模擬結(jié)果對比分析了各參數(shù)對

3、流體在通道中的影響。 然后，采用納米壓印技術(shù)對基于“荷花效應(yīng)”的塑料微通道的制備進(jìn)行了試驗(yàn)研究，采用納米壓印結(jié)合硅烷化處理方法和微壓印結(jié)合AKD納粉處理方法對基于“荷花效應(yīng)”的硅基微通道的制備進(jìn)行了試驗(yàn)研究。 最后，建立了毛細(xì)圓管水流數(shù)學(xué)模型和微流體通過微針后壓力損失的數(shù)學(xué)模型。研究了在微針的流體通道中通過表面處理改變其微觀結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)證明胰島素溶液和硅油在經(jīng)過表面處理后的微針通道中的流動(dòng)性要好于沒有經(jīng)過表面處理的微針通道