近壁亞微米尺度速度測量.pdf

1、芯片實(shí)驗(yàn)室是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的研究領(lǐng)域之一，芯片實(shí)驗(yàn)室各種功能的實(shí)現(xiàn)離不開對微納尺度流動內(nèi)在規(guī)律的深刻理解，其中流場速度測量是研究微納流動的有效實(shí)驗(yàn)手段。隨著微流控向納流控方向發(fā)展，需要發(fā)展更高空間分辨率的速度測量技術(shù)，全內(nèi)反射測速技術(shù)（TIRV）的引入使得這一目標(biāo)成為可能。目前，全內(nèi)反射測速技術(shù)的運(yùn)用尚存在一些問題，本文改進(jìn)了TIRV技術(shù)，并以矩形截面微流道為例，實(shí)驗(yàn)測量了近壁亞微米尺度速度分布。
　　首先，采用Micro-PI

2、V實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分層測量了矩形截面微流道遠(yuǎn)場速度分布，測量結(jié)果和N-S方程理論解一致，保證了相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)定可靠，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。
　　其次，針對全內(nèi)反射測速技術(shù)中基準(zhǔn)光強(qiáng)確定不準(zhǔn)的問題，基于近壁粒子濃度Boltzmann分布、隱失波衰減關(guān)系、粒子光強(qiáng)Lorentzian分布等理論假設(shè)并考慮粒徑分散性的影響，提出了一套確定基準(zhǔn)光強(qiáng)的方法。實(shí)驗(yàn)測量了近壁速度分布，實(shí)現(xiàn)了近壁700nm以內(nèi)區(qū)域的速度分層測量。其中300-700n

3、m區(qū)域速度分布和N-S方程理論解吻合較好，相對誤差在10％以內(nèi)；300nm以下的區(qū)域，速度測量結(jié)果比理論值偏大，這主要是由于粒徑分散性的影響。采用新的確定I0的方法與之前的方法比較，結(jié)果顯示該方法能顯著提高速度測量精度。
　　最后，進(jìn)行了不同粒徑的示蹤粒子在不同濃度的NaCl溶液中的速度測量實(shí)驗(yàn)，分析了粒徑和鹽溶液濃度對速度測量結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用小粒徑的示蹤粒子可以的測量更靠近壁面的速度分布，隨著鹽濃度的增大，示蹤粒子