基于介电泳的生物粒子分离芯片

在阐述介电泳基础理论研究成果基础上,研究了传统介电泳力、电动旋转介电泳力和行波介电泳的计算模型力,分析了克劳修斯-莫索提因子对正负介电泳的影响,给出了介电泳力的统一计算模型.研究了基于介电泳技术的多种类型的生物粒子分离芯片的研究现状,并从与芯片实验室的集成性、分离的准确性、分离对象多样性和分离对象的尺寸等综合指标,分析了基于微流体和介电泳混合作用、行波介电泳以及介电笼等方法构造的生物粒子分离芯片各自存在的问题,在此基础上提出综合应用行波介电泳和介电笼分离技术,建立面向200 nm～2 μm的微纳米生物粒子分离芯片,从而为建立满足分子芯片实验室需求的分离芯片研制提供了一个可行的方案.     

折线型折流板间隙内气液流动及分离特性

基于DPM与拉格朗日液膜模型,建立了折线型折流板间隙内气液流动分析模型,通过试验数据验证了模型的准确性.研究了折流板运行参数对分离性能的影响规律,结果表明,在一定程度上,随着入口流速的增大,分离效率会逐渐增大;因此在气液分离设备运行期间,适当增大折流板入口流速可提高分离效率;但压降会随之增大,提高系统能耗.液滴尺寸小于130μm时,随着液滴尺寸的增大,分离效率会缓慢减小;液滴尺寸大于130μm时,随着液滴尺寸的增大,分离效率会逐渐增大;因此,在此叶片结构下的入口液滴尺寸可在合理范围内尽量增大以提高分离效率;总体而言,液滴尺寸对压降影响较小.可为气液分离设备运行优化提供理论依据.     

介电泳操控不同基团修饰多壁碳纳米管气体传感器对SO_2的气敏性能

利用介电泳法在铬-银-金微电极上制备了本征多壁碳纳米管(MWNTs)气体传感器及不同基团修饰多壁碳纳米管(MWNTs-x,x:NH2,OH,COOH)气体传感器,考察了MWNTs和MWNTs-x在非均匀电场中的介电响应行为,将8 V,2 MHz的电泳参数确定为多壁碳纳米管气体传感器的制备条件;在介电泳力作用下MWNTs和MWNTs-x的颗粒均被捕获到电极尖端,发生了正介电泳(p-DEP).室温下研究了制备的气体传感器对不同浓度二氧化硫(SO2)的气敏性能,研究发现传感器对SO2的响应时间、恢复时间和灵敏度随SO2气体浓度的增加而增大,不同基团修饰MWNTs气体传感器对SO2的灵敏度较本征MWNTs传感器的灵敏度显著提高,氨基修饰MWNTs(MWNTs-NH2)气体传感器的灵敏度最高,为本征MWNTs气体传感器的17–23倍,碳管与SO2间的毛细力、表面张力、氢键、化学键等相互作用为影响传感器气敏性能的因素.     

碳纳米管介电电泳排布仿真研究

建立碳纳米管介电电泳排布的数学模型,利用有限元方法模拟电场分布对介电电泳力大小和方向的影响,结果表明碳纳米管最终的沉积位置以及排布方向受电场方向及梯度的控制,已沉积碳纳米管影响局部电场分布导致与其他碳纳米管产生排斥作用,因此通过改变电场分布可以有效控制介电电泳力的方向与大小,实现碳纳米管的规律排布.     

椭球粒子受光诱导介电泳的数值模型

基于分子动力学提出了一种光诱导介电泳控制椭球粒子运动的数值模型.研究了光电芯片中椭球粒子承受的光诱导介电泳和斯托克斯阻力,采用Runge-Kutta方法计算不同长宽比粒子的自转速度.采用COM SOL有限元计算电场,借助Velocity-Verlet算法模拟了粒子受介电泳的运动轨迹.仿真结果表明,粒子长宽比越大,转速越快;在28,30μm位置处的椭球粒子,受正介电泳力向光斑运动,且沿着电场强度梯度方向行进,最高速度可达到312μm/s.以上仿真的转动速度和运动轨迹都与实验保持了较好的一致性.     

基于光诱导介电泳技术的粒子分离研究

首先介绍了光诱导技术和介电泳技术的基础理论,并以此分析了光诱导介电泳的工作原理;其次,利用COMSOL Multiphysics软件建立仿真模型,对3种不同尺寸的圆环光斑产生的电场和介电泳力进行仿真,以验证光诱导介电泳技术分离粒子的可行性,同时为实验提供参考数据;最后,进行实验操作,验证利用光诱导介电泳技术分离粒子的正...     

非匀强电场对颗粒污垢的抑垢特性

目前,电场抑垢研究兴趣集中于电场对碳酸钙晶体形貌的改变,电场对已成垢的颗粒是否有抑垢作用鲜有研究。针对电场颗粒污垢抑垢机理不明的问题,提出非匀强电场颗粒物污垢抑垢模型,解释了电场对流体管道内污垢颗粒存在抑垢作用。电场60V至180V、频率50Hz、颗粒质量100条件下研究结果表明:匀强电场并不会使颗粒产生抑垢作用,颗粒污垢在非匀强电场受到介电泳力（）,改变原本运动轨迹,达到抑垢的效果。随着电场强度升高,碳酸钙颗粒受到的从,升至。硫酸钙受到的从升至。碳酸镁颗粒受到的升至。电场强度对多种污垢颗粒产生的,是影响抑垢效果的关键因素。     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

具有内置隔板的太阳能蓄热水箱运行参数研究

为改善顶部为半球形结构太阳能蓄热水箱的温度分层效果,对水箱在有无内置隔板两种情况下的8组运行工况进行了数值分析,结果表明:内置隔板对水箱内冷热水掺混程度的抑制作用、对水箱内温度分层的改善效果与流体的流动参数及温度密切相关;热水入口温度不变、增大冷水入口流速,水箱顶部与底部间温差逐渐增大,而水箱顶部热水区域逐渐缩小;提高热水入口温度、减小冷水入口流速,能改善水箱顶部区域温度分层效果.当热水入口温度提高到343K、冷水入口速度降低到0.2m/s时可得到最佳的温度分层效果并且能提供316.09K的最高温度热水;当热水入口温度提高到343K、冷水入口流速增大到0.8m/s时可获得水箱顶部与底部间最大温差值.从保证水箱供应热水温度和顶部热层稳定性角度考虑,本文所研究工况中冷水入口流速应控制在0.8m/s以下.     

面向SWCNT-FET制造的介电泳装配技术

针对单壁碳纳米管(SWCNT)场效应晶体管(FET)制造过程中面临的SWCNT装配问题,采用介电泳技术实现SWCNT在微电极上的有效装配.对SWCNT在非均匀电场中所受到的介电泳力进行了相关理论分析,利用COMSOL多物理场耦合软件模拟了介电泳驱动电场,并做了大量装配实验,获得了高效装配SWCNT所需的实验参数.AFM扫描观测及电特性测试验证了这种方法的有效性,同时也为其他一维纳米材料纳电子器件的装配制造提供了借鉴.