MHD微流控驅(qū)動(dòng)技術(shù)與微流控光器件研究.pdf

1、微流控技術(shù)又稱“芯片實(shí)驗(yàn)室”，是目前國內(nèi)外一個(gè)交叉學(xué)科的前沿課題，它與光學(xué)結(jié)合又誕生了新的學(xué)科——微流控光學(xué)。微流控技術(shù)/微流控光學(xué)中的關(guān)鍵技術(shù)是:流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)、流體介質(zhì)的選取、器件的設(shè)計(jì)與制作。流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)往往是應(yīng)用中的一個(gè)瓶頸，而微流控光器件目前尚處于研究初步階段，離大規(guī)模的應(yīng)用還有一大段距離，此外，微流控應(yīng)用中的一個(gè)問題是微量液體容易揮發(fā)。
　　為了解決微量液體容易揮發(fā)易揮發(fā)的問題，本論文提出以新型熱門材料——離子液體作為微

2、流控流體介質(zhì)，并采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低電壓、低能耗、可雙向泵浦的基于磁流體力學(xué)(MHD)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。分別利用親水性和疏水性離子液體做了有關(guān)MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)的理論與實(shí)驗(yàn)研究，旨在尋求一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低電壓、低能耗、低成本的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，同時(shí)促進(jìn)離子液體在微流控中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明:MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)適用于離子液體，幾伏的電壓在0.4/0.5T的磁場(chǎng)中就能驅(qū)動(dòng)2～3毫升的離子液體持續(xù)流動(dòng);通過與電解液MHD驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的比較，發(fā)現(xiàn)離子液體MHD驅(qū)動(dòng)在微流控應(yīng)用

3、中有一定的優(yōu)勢(shì);同時(shí)指出目前常用的流體力學(xué)公式——泊肅葉(Poiseuille)定律并不是很適合MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù);實(shí)驗(yàn)測(cè)量和研究了離子液體直流電導(dǎo)率特性，揭示了MHD驅(qū)動(dòng)中流速與外加電壓成折線變化的原因，使理論與實(shí)驗(yàn)更好地吻合;此外，通過實(shí)驗(yàn)給出了脈沖電場(chǎng)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的離子液體振蕩特點(diǎn)。之前我們沒有查到有關(guān)離子液體MHD驅(qū)動(dòng)以及液體直流電導(dǎo)率的研究報(bào)道。
　　為了測(cè)量大折射率離子液體，促進(jìn)離子液體在微流控光學(xué)中的應(yīng)用，提出一種測(cè)

4、量范圍大、成本不高的基于液體棱鏡的折射儀，解決了目前常用的阿貝折射儀測(cè)量范圍窄而國外大折射率測(cè)量用的折射儀價(jià)格高等問題，并且利用ZEMAX軟件進(jìn)行了相關(guān)光學(xué)設(shè)計(jì)，做了相應(yīng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。此外，提出一種基于微流控技術(shù)的可調(diào)光衰減器核心芯片結(jié)構(gòu)，并基于該核心結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了三種基于不同驅(qū)動(dòng)技術(shù)（包括MHD驅(qū)動(dòng)）的可調(diào)光衰減器，并從理論上研究了所提出的微流控光衰減器的流場(chǎng)、光場(chǎng)特性，評(píng)估了相關(guān)性能指標(biāo)。所提可調(diào)光衰減器具有衰減范圍大、插入損耗小、回波