光流控传感器及其应用

 基于光流控技术,通过设计不同的芯片结构,可以制造出性能优异的光流控传感器。根据光流控传感器的芯片结构,可以将其分为4大类：前2类为基于光子晶体谐振腔的光流控传感器和基于回音壁模式的光流控传感器,流体在流经这2种传感器中的腔体结构时,产生的折射率改变会引起腔体耦合模式的变化,从而使光响应信号产生改变,起到传感作用;第3类为基于光波导模式的光流控传感器,光在波导中全反射产生的條逝场会与流体发生相互作用,令光信号产生变化;第4类为基于表面等离子体共振的光流控传感器,它利用表面等离子共振对金属表面区域折射率的敏感性实现传感功能,流体带来的折射率变化会令共振峰发生偏移。本文综述了以上4类光流控传感器芯片的结构、原理及应用。光流控传感器对于微小的折射率变化十分敏感,具有很高的灵敏度和精准度,同时,光流控系统本身具有低成本、小型化、结构简洁及实时调控的特征。随着未来被探测物体趋于微观,光流控传感器在物质探测和生物物质探测领域将发挥越来越强大的作用。     

流体动力学调制下的动态光流控波导及其生化应用

基于流体动力学调制,探究光流控波导的独特光学特性及其生化应用.将微流体独特的输运、扩散、离心性质应用到光波导设计中,赋予液体不同于固态光波导的奇异性质.例如以输运为主的流体特质可构造动态可调的阶跃波导;扩散明显的流体特质可构造具有独特衍射现象的渐变波导;离心性质可实现纤芯3D可调的动态波导.结合其他液体性质,光流控波导可实现传感、染料激光及颗粒分离的诸多生化应用.     

基于光流技术的运动目标检测和跟踪方法研究

光流技术作为一种重要的二维运动估计技术,在运动目标检测和跟踪中有着重要的作用.为了更好地将光流技术运用到实时的运动目标检测和跟踪系统中,针对微分光流信息量丰富但计算量大、特征光流计算量小但信息量不足的现状,提出了一种基于最优估计的点匹配技术和光流均匀采样策略的光流场计算方法,并通过对灰度化后的光流场进行自适应阈值分割、形态学滤波等处理,实现了实时的运动目标检测和跟踪.通过对图像序列取700个样本点的仿真实验表明,该方法帧间处理时间基本小于100ms,同时基本解决了信息量和计算量的矛盾.     

7流方坯连铸中间包结构优化

在实验室建立了7流中间包流体流动的物理模型,研究不同的控流装置组成的中间包结构对流体流动特性的影响.研究结果表明,采用原设计的导流隔墙,中间包的流体流动特性差,最小停留时间和峰值时间小,特别是第3,4流.各流的平均停留时间短,死区体积分数大于49%.中间包结构优化后,中间包流体流动特性得到很大改善,各流的停留时间分布曲线由尖窄形变成了宽矮形,最小停留时间在44.75～73.75s之间,平均停留时间延长,均在400s以上,死区体积分数显著降低,在14.45%～21.10%之间.多流中间包应有合适的冲击区体积,设计的控流装置应考虑中间包两端的控流作用.     

微流控芯片在单细胞捕获中的应用

 单细胞捕获是单细胞水平研究的前提和重要组成部分。微流控芯片通常具有与细胞尺寸相当的微通道结构,并能操控纳升至皮升级的极小体积流体,非常适用于高通量的单细胞捕获,加上微流控芯片能够将其他多种操作单元集成在一起,为单细胞分析提供了一种效率高、消耗低的研究平台。概述并对比了多种涉及流体力学、光、电、磁、声等领域的微流控单细胞捕获技术的原理和应用,展望了其未来的研究方向。     

两流T型连铸中间包结构优化

在实验室中以1∶2.5几何相似比建立了两流T型中间包钢液流动的物理模型,保持弗劳德数相等进行物理模拟实验.实验结果表明,原方案中间包结构的最小停留时间为35.00 s,峰值时间为103.75 s左右,平均停留时间约为273.42 s,活塞流体积分数约为17.88%,死区体积分数为29.53%.采用湍控器、一堰和两坝作为该中间包的控流装置,可以大幅度改善中间包的流体流动特性.结构改进后的中间包流体流动特性:最小停留时间达到151.75 s,峰值时间为281.25 s,平均停留时间为354.16 s,活塞流体积分数为55.80%,死区体积分数降低到8.73%.     

非均匀介质下的可调光流控器件及其生化应用

 探讨了非均匀介质下不同光流控器件及其生化应用。在微流控芯片上，主要从2个方面开发和实现各类具有光波导、透镜、细胞计数、化学检测等功能的新器件。首先，在液液非均匀介质下，通过调节沟道内液体流速，控制液体间的对流扩散来实现液体在微腔内的渐变折射率分布和阶跃分布，从而得到其特殊的光学特性，例如光束分离、弯曲、自聚焦等。其次，在固体非均匀介质下，利用特殊的微流结构与液体相结合，实现更加灵敏可调的新型探测手段。这些新型技术手段分别在生物传感、能源生产、细胞探测及海水检测等诸多应用中可发挥关键性作用。     

微流控技术及其应用与发展

微流控技术广泛应用于生化分析、疾病诊断、微创外科手术、环境检测等领域。微通道结构的设计与制造、微纳尺度流体的驱动与控制、微流控器件及系统的集成与封装是该领域的3大关键技术。本文综述了微流控技术在这3个方面的发展现状及在不同领域中的应用,展望了微流控技术的发展前景,指出多相微流体的介观传输理论及跨尺度流体的性质将是今后研究的重点与热点。     

基于微流控技术新型光开关器件设计

首先介绍了较为常用的几种光开关的工作原理、特点和应用.描述了MEMS、MOEMS、微流控技术.以MOEMS及微流控技术相接合,提出一种新的微流控光开关阵列结构,通过电控方法改变微流控芯片波导结构,实现光路变化.该光开关具有体积小,结构简单,功率损耗低,有利于光开关阵列集成化、微型化及制作.以电控方式控制光开关,在开关速度上比温控更快、更稳定,且控制电路简单等特点易构成大容量交换矩阵.     

基于光流技术和滤波器方法的多尺度微运动测量

将光流技术和多尺度方法相结合,提出了一种基于光流技术和梯度滤波器的多尺度高精度微运动测量方法.该方法将微运动测量看成是光流的计算,采用滤波器方法计算图像的梯度,并利用多尺度方法将较大像素的图像运动转化为多个小像素的图像运动进行估计,从而提高运动估计精度.该方法用于测量2个像素附近的微陀螺图像运动时,最大测量偏差小于0.008个像素.实验模拟结果表明,这种采用光流技术和多尺度相结合的方法能够实现高精度的微运动测量.     

新型双曲线煤烧珍珠岩膨胀炉设计初探

本文运用流体射流原理,对新型双曲线煤烧珍珠岩膨胀炉进行了分析探讨,并从实例进行了分析验证。     

Developing optofluidic technology through the fusion of microfluidics and optics

We describe devices in which optics and fluidics are used synergistically to synthesize novel functionalities. Fluidic replacement or modification leads to reconfigurable optical systems, whereas the implementation of optics through the microfluidic toolkit gives highly compact and integrated devices. We categorize optofluidics according to three broad categories of interactions: fluid-solid interfaces, purely fluidic interfaces and colloidal suspensions. We describe examples of optofluidic devices in each category.     

基于介质上电润湿原理的微液滴驱动芯片

为了实现对微尺度下流体的精确操控,提出一种基于介质上电润湿(e lectrow etting-on-d ie lectric,EW OD)的新型微液滴驱动芯片。研究了介质上电润湿原理及“三明治”结构驱动机制,并利用流体软件(CFD-ACE )数值模拟液滴在“三明治”结构中的驱动情况;分析了“三明治”结构液滴驱动芯片的工艺,并提出在重掺杂多晶硅电极阵列表面上热氧二氧化硅介质层来制备低驱动电压及高可靠性的新结构驱动芯片;在空气环境下,通过施加45V驱动电压成功实现了对去离子离散液滴的操作和控制。     

Highly stretchable and tough hydrogels

Hydrogels are used as scaffolds for tissue engineering, vehicles for drug delivery, actuators for optics and fluidics, and model extracellular matrices for biological studies. The scope of hydrogel applications, however, is often severely limited by their mechanical behaviour. Most hydrogels do not exhibit high stretchability; for example, an alginate hydrogel ruptures when stretched to about 1.2 times its original length. Some synthetic elastic hydrogels have achieved stretches in the range 10-20, but these values are markedly reduced in samples containing notches. Most hydrogels are brittle, with fracture energies of about 10?J?m(-2) (ref. 8), as compared with ～1,000?J?m(-2) for cartilage and ～10,000?J?m(-2) for natural rubbers. Intense efforts are devoted to synthesizing hydrogels with improved mechanical properties; certain synthetic gels have reached fracture energies of 100-1,000?J?m(-2) (refs 11, 14, 17). Here we report the synthesis of hydrogels from polymers forming ionically and covalently crosslinked networks. Although such gels contain ～90% water, they can be stretched beyond 20 times their initial length, and have fracture energies of ～9,000?J?m(-2). Even for samples containing notches, a stretch of 17 is demonstrated. We attribute the gels' toughness to the synergy of two mechanisms: crack bridging by the network of covalent crosslinks, and hysteresis by unzipping the network of ionic crosslinks. Furthermore, the network of covalent crosslinks preserves the memory of the initial state, so that much of the large deformation is removed on unloading. The unzipped ionic crosslinks cause internal damage, which heals by re-zipping. These gels may serve as model systems to explore mechanisms of deformation and energy dissipation, and expand the scope of hydrogel applications.     

粗糙海面对空气中声源激发水下声场的影响

提出一种计算粗糙海面条件下空气中声源激发水下声场的方法,并通过数值仿真研究粗糙海面对水下声场的影响.在波数积分模型的基础上,采用微扰法将声场分为平均声场和散射声场之和.其中,平均声场采用国际流行的波数积分模型OAST计算,散射声场采用自相容扰动法计算.对不同风速、不同声源频率条件下的声场进行仿真,结果表明风速越大、声源频率越高,总声压变化范围越大,同时,水下接收到的平均声压和均方声压受到的影响越大.     

一种定域洛伦兹规范协变的有挠时空引力理论(下)(英文)

本文建立了一种符合定域洛伦兹规范协变的有挠时空引力理论。它是爱因斯坦引力理论在有挠时空中的推广,它是考虑了物质自旋的引力理论。它消除了爱因斯坦引力理论与狄拉克电子理论之间的矛盾。本文中新的引力理论自然地要求:应该存在一种新的独立的第五种力场—自旋场。本文表明:(1)符合定域洛伦茨规范协变的有挠时空引力理论包括引力场运动方程和自旋场运动方程。(2)引力场运动方程与爱因斯坦理论一样包含能量动量运动定律。(3)自旋场运动方程包含角动量运动方程。(4)本文建立的引力场理论一定程度上等价于一种特殊的爱因斯坦-嘉当理论,因此我们称之为爱因斯坦-嘉当-唐理论(ECT理论)。本文的对应于黎曼-嘉当几何的挠率张量分解为标架场的微分和自旋场。(5)真实的物理时空应该是由引力场(标架场)和自旋场(标架仿射联络)描述的有挠时空,其时空几何是黎曼-嘉当几何。本文中,挠率张量表征引力场场强,曲率张量表征自旋场场强。     

一种定域洛伦兹规范协变的有挠时空引力理论

本文建立了一种符合定域洛伦兹规范协变的有挠时空引力理论。它是爱因斯坦引力理论在有挠时空中的推广,它是考虑了物质自旋的引力理论。它消除了爱因斯坦引力理论与狄拉克电子理论之间的矛盾。本文中新的引力理论自然地要求：应该存在一种新的独立的第五种力场-自旋场。本文表明：（1）符合定域洛伦茨规范协变的有挠时空引力理论包括引力场运动方程和自旋场运动方程;（2）引力场运动方程与爱因斯坦理论一样包含能量动量运动定律;（3）自旋场运动方程包含角动量运动方程;（4）本文建立的引力场理论一定程度上等价于一种特殊的爱因斯坦-嘉当理论,因此我们称之为爱因斯坦-嘉当-唐理论（ECT理论）。本文的对应于黎曼-嘉当几何的挠率张量分解为标架场的微分和自旋场;（5）真实的物理时空应该是由引力场（标架场）和自旋场（标架仿射联络）描述的有挠时空,其时空几何是黎曼-嘉当几何。本文中,挠率张量表征引力场场强,曲率张量表征自旋场场强。     

优势流场发育阶段定量确定方法研究

长期注水开发过程中,由于储层物性差异、水油流度差异、注采差异、注入水长期冲刷及剥蚀等因素影响,油层内逐渐形成优势流场。矿场生产证明,优势流场对流体的分布和运移起重要作用,对剩余油的形成和分布有较强影响。但是实践也证明,不同开发区块、不同油藏类型、不同井网类型以及不同工作制度等条件下形成的优势流场有很大差异。依据优势流场中流场强度大这一主要特征,引入流场强度指数作为定量的界定指标,并与PV 数指数、采出程度及注水效率等参数结合,定量界定了优势通道的形成及所处阶段。当流场强度指数大于1.5,注水效率高,采出程度低时说明这是优势流场的初期阶段;流场强度指数大于1.5,注水效率低,采出程度低时说明是狭窄的优势通道,为优势流场的中期阶段;流场强度指数大于1.5,注水效率低,采出程度高时说明是优势流场的后期阶段,即已成为优势通道。