基于液滴脉冲微喷射的集成电极微流控芯片制备及实验研究

发布时间：2021-09-29 22:21

　　集成电极微流控芯片采用微加工工艺将具有多种结构和多种材料的微电极集成到微流控芯片材料上,从而实现微流控芯片的多功能化,在众多的工程应用及科研生产等领域中有着重要的应用价值和广阔的应用前景。然而,现阶段集成电极微流控芯片的实际制作水平仍然落后于其理论设计水平,集成电极微流控芯片的加工问题成为微流控芯片发展及应用首先需要解决的问题。集成电极微流控芯片的制备大多需要昂贵的设备和复杂的工艺,因此,高效率、低成本、低消耗的集成电极微流控芯片制备技术成为人们关注的热点问题。本文以集成电极微流控芯片制备技术为目标,系统地研究基于液滴脉冲微喷射的微流道、微电极及集成电极微流控芯片的制备,并对制得的集成电极微流控芯片进行性能分析和实验研究。基于边界层理论对脉冲惯性力主导下的微流体驱动原理进行了理论分析,为提高微喷射系统的喷射能力,设计了新型的储液池结构内锥形微喷嘴,并通过求解微喷嘴内粘性流体的运动微分方程,对微喷嘴内的流体速度进行了分析。采用ANSYS软件的Fluent模块对微喷射过程中主液滴的形成进行了数值分析,研究了入口速度和微喷嘴出口收缩率对微喷射形成及卫星液滴产生的影响规律。以显微频闪拍摄系统观... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
专用术语表
符号对照表
1 绪论
    1.1 集成电极微流控芯片
    1.2 集成电极微流控芯片制备技术研究现状
        1.2.1 微流道制备技术研究现状
        1.2.2 微电极制备技术研究现状
    1.3 基于液滴微喷射技术的集成电极微流控芯片制备技术
        1.3.1 液滴微喷射技术
        1.3.2 液滴微喷射技术在集成电极微流控芯片制备中的应用研究
    1.4 论文选题意义及研究内容
        1.4.1 论文选题意义及来源
        1.4.2 论文结构及研究内容
2 液滴脉冲微喷射形成机理及仿真分析
    2.1 微流体脉冲驱动-控制技术的基本特征
    2.2 微流体脉冲驱动-控制特性及微流体脉冲驱动原理
        2.2.1 微流体脉冲驱动-控制作动器的选型及特性
        2.2.2 微流体脉冲驱动原理
    2.3 微流体脉冲驱动-控制的微喷嘴内微流体流动速度分析
        2.3.1 圆柱形微管道内微流动微分方程
        2.3.2 微喷嘴内微流体流动速度分析
    2.4 液滴脉冲微喷射形成过程数值分析
        2.4.1 微喷嘴几何结构
        2.4.2 微喷射仿真过程
        2.4.3 微喷射仿真结果分析
    2.5 微喷射形成过程观测实验
        2.5.1 主液滴微喷射形成过程观测
        2.5.2 卫星液滴微喷射形成过程观测
    2.6 本章小结
3 液滴脉冲微喷射基础实验及微液滴沉积成线过程分析
    3.1 液滴脉冲微喷射实验系统
        3.1.1 实验系统构建
        3.1.2 微喷嘴的制作
    3.2 液滴脉冲微喷射基础实验研究
        3.2.1 实验材料选择
        3.2.2 实验结果分析
    3.3 微液滴沉积成型分析
        3.3.1 固壁表面的润湿性
        3.3.2 微液滴撞击固壁理论分析
        3.3.3 微液滴撞击固壁最大铺展直径理论分析
    3.4 微液线成型过程分析
    3.5 本章小结
4 基于液滴脉冲微喷射与液体模塑法的微流道制备研究
    4.1 基于液滴脉冲微喷射的微流道制备实验系统
    4.2 基于甘油液体阳模微喷直接成型的微流道制备实验
        4.2.1 实验材料与方法
        4.2.2 玻璃基底的亲水化处理及分析
        4.2.3 甘油液体阳模的微喷直接成型制备
        4.2.4 PDMS微流道的制备及性能分析
    4.3 基于甘油液体阳模提拉-微喷成型的微流道制备实验
        4.3.1 实验材料与方法
        4.3.2 亲疏水图层的制备
        4.3.3 甘油液体阳模的提拉-微喷成型制备
        4.3.4 PDMS微流道的性能分析
    4.4 本章小结
5 基于液滴脉冲微喷射的集成电极微流控芯片制备研究
    5.1 基于纳米银墨水微喷射的微电极制备实验
        5.1.1 实验材料与仪器
        5.1.2 实验系统与方法
        5.1.3 玻璃基底的疏水化处理及分析
        5.1.4 实验结果与分析
    5.2 基于纳米银墨水微喷射的微电极性能分析
        5.2.1 微电极微观形貌分析
        5.2.2 微电极的结合强度测试
        5.2.3 微电极导电性能的稳定性分析
    5.3 集成电极微流控芯片的制备及应用实验
        5.3.1 实验材料与实验仪器
        5.3.2 集成电极微流控芯片的制备
        5.3.3 葡萄糖溶液浓度检测分析实验
        5.3.4 实验结果分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 创新点归纳
    6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]微流控芯片光固化模塑成型的快捷加工技术[J]. 罗锡丹,贺建芸,康维嘉,胡凌骁,杨卫民,谢鹏程.  北京化工大学学报(自然科学版). 2017(05)
[2]微流控芯片注射紫外光固化成型中缺陷形成机理及解决方案研究[J]. 康维嘉,贺建芸,胡凌骁,李嘉维,杨卫民,谢鹏程.  中国塑料. 2017(06)
[3]基于Ag-PDMS复合导电材料的微流控芯片3D电极的制备[J]. 谢明师,陈鸿,曾一笑,杨凯祥.  仪表技术与传感器. 2017(06)
[4]基于玻璃基材的微流控芯片制造工艺[J]. 周兵高,郭钟宁,于兆勤,张文斌.  机电工程技术. 2017(02)
[5]微流控芯片的紫外光固化注射成型工艺对微结构的影响[J]. 胡凌骁,康维嘉,贺建芸,杨卫民,谢鹏程.  中国塑料. 2016(11)
[6]纳米银均匀喷射过程的数值计算与仿真[J]. 张磊,朱云龙,程晓鼎,王驰远.  机械设计与制造. 2016(10)
[7]化学镀法制备图案化银纳米颗粒单层膜[J]. 介燕妮,马争,李航,陈帅兵,程呈,裴峰涛.  西北大学学报(自然科学版). 2016(03)
[8]微流控芯片的研究及产业化[J]. 林炳承.  分析化学. 2016(04)
[9]微流控芯片的制备及其对糖类物质的检测[J]. 皮晓强,王升高,刘星星,张维,陈睿,崔丽佳.  武汉工程大学学报. 2016(01)
[10]一种用于多巴胺实时检测的集成微电极的微流控芯片[J]. 刘军山,肖庆龙,葛丹,张洋洋,张文珠,徐征,刘冲,王立鼎.  分析化学. 2015(07)

博士论文
[1]基于数字化液滴微喷射的微流控芯片制备技术及实验研究[D]. 李宗安.南京理工大学 2015
[2]仿生超疏水表面湿润性研究及应用[D]. 蒋成刚.大连理工大学 2014

硕士论文
[1]自支撑Cu-MOFs及其衍生材料构建的无酶葡萄糖电化学传感器[D]. 叶晨.哈尔滨工业大学 2018
[2]液滴喷射过程仿真分析及喷射成型装置开发[D]. 陈龙.西安科技大学 2015



本文编号：3414584