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微液滴融合的控制方法

目前常用的基于微流体的液滴形成方法有主被动法和被动法。主动画片。

采用热、气压、压电、微阀、磁场等外场驱动,可实现液滴的形成。无源生成方法不需要施加外部作用,直接利用微通道几何结构的限制促进流场交界面变形,增加界面不稳定性,产生离散相液滴。利用被动液滴产生连续液滴串,不仅可以获得均匀的尺寸、良好的单分散度和均匀的空间分布,还可以有效避免外界干扰,消除交叉污染。根据微流体的材料和通道结构,被动微流体设备可分为以下三类。

1  微液滴融合采用表面活性剂。

除上述利用流场和流场特性促进液滴融合的方法外,还在微通道连续相中加入表面活性剂。

降低界面张力是液滴融合的另一种方式。研究了油包水乳液,用一种离子表面活性剂稳定,用另一种具有相反电荷的离子表面活性剂溶液融合。但表面活性剂的使用具有双重性质。结果表明,随着表面活性剂浓度的增加,液滴尺寸逐渐减小,不易融合。此外,当表面活性剂的重量增加到5%时,附加试剂会导致液滴分离而不融合。

本文提出了确定微通道内液滴融合的有效方法。通过降低外流油相表活性剂的含量,降低液滴表面活性剂的对合。结果表明,无活性剂会缩短液滴的融合时间;然而,不使用表面活性剂也有其缺点,如意外融合和融合后的进一步融合,控制液滴是有限制的。

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2  采用液滴主动融合的外场作用。

在小通道中,很难准确控制液滴的运动规律。为了捕捉液滴进行融合反应,可能需要施加外力。目前场融合是目前最常用的主动融合方式之一,其原理是通过电诱导的反向电荷实现液滴融合。在静电的作用下,液滴可能相互接近和融合,或者电场引起的麦克斯韦应力使液滴界面变形和破裂,促进液滴融合。在电场的作用下,电压为1~103V,频率在DC到几kHz之间,可以很好地控制液滴的融合。此外,当液滴与电场融合时,电极可以嵌入离通道几毫米或几毫米的地方,电场方向可以平行或垂直。

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3 .液滴融合过程中流场特性的研究。

利用流体力学实验方法和显微流场测速技术,研究液滴融合过程中的流场特性,深入研究液滴融合机理,已成为当前研究的重要组成部分。研究了液滴在收敛通道中的融合过程。观察结果表明,液滴融合是通过接触、排液、融合、渗透或包装进行的,主要取决于通道的几何尺寸和各种力。直道内,后面的液滴瞬间渗入前面的液滴,即合。收敛通道内,后部液滴包围前部液滴,产生强涡流。

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在十字通道的交界处,研究了液滴挤压和旋转的内部速度场,分析了剪切应力。由于剪切力的影响,液滴之间相互挤压,使液滴之间的速度矢量沿垂直方向移动,有利于液膜排出和融合。由于速度向量场完全不同,剪切力不对称,液滴的移动对液膜排出没有帮助,所以液滴旋转后不会融合。



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