微流控芯片上電滲流與壓力流的動(dòng)力學(xué)特性分析.pdf

1、微流控芯片功能的增多以及尺寸的不斷減小導(dǎo)致芯片中的流體狀態(tài)和性質(zhì)變得越來(lái)越復(fù)雜。目前，模擬仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)量是研究微流控芯片的主要方法。其中模擬仿真過(guò)程需要對(duì)所要研究的芯片建立模型，然后將動(dòng)力學(xué)方程和邊界條件加在模型上進(jìn)行計(jì)算求解，得到動(dòng)力學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)中可以觀察流體在微溝道中的運(yùn)動(dòng)情況，將觀察的現(xiàn)象與模擬仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析，從而優(yōu)化微流控芯片的設(shè)計(jì)與制作。
　　本文首先介紹基于高分子聚合物PMMA和PDMS的微流控芯片的制作工藝流

2、程和實(shí)驗(yàn)所用簡(jiǎn)易Micro-PIV系統(tǒng)的搭建。PMMA芯片的制作采用模板熱壓法，選定熱壓溫度為120℃，壓強(qiáng)為6MPa，熱壓時(shí)間為10分鐘；PDMS芯片采用PMMA二次模板澆鑄工藝,澆鑄過(guò)程中，選定真空環(huán)境并保持溫度為65℃，時(shí)間為50分鐘。Micro-PIV系統(tǒng)選定羅丹明 B為示蹤粒子，系統(tǒng)主要包括顯微鏡、濾光片、激發(fā)光源、CCD、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)等。對(duì)芯片上變徑溝道進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究，仿真分析中首先模擬了薄厚壁孔口中壓力流的

3、流型和其孔口出流特性，然后分析了入口速度和壁厚長(zhǎng)度等對(duì)薄厚壁孔口出流速度的影響；實(shí)驗(yàn)中首先用搭建的Micro-PIV系統(tǒng)觀察了微溝道中流體在層流和紊流下的狀態(tài)，然后對(duì)不同入口速度下薄厚壁孔口的出流流量進(jìn)行了測(cè)量、計(jì)算獲得薄厚壁孔口的臨界雷諾數(shù)分別為126和97.2。在芯片上十字溝道的研究中，主要仿真分析了十字交叉區(qū)域中壓力-電滲匯合流的形成和影響因素；又根據(jù)仿真條件對(duì)十字溝道中的壓力-電滲匯合流現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀察，與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。通