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微流体输运(续)

下一节:试样处理

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微流体输运(续)课程教案、知识点、字幕

下面我们来看电润湿的驱动

电润湿是一种表面物理化学现象

它是指在固 液 气三项混合的界面

通过一定的电场强度可以调整这三项

混合界面上表面张力的一种现象

例如

一个非浸润的液滴

那么它放置在一个介质层表面上的时候

液滴与表面的夹角会小于90度

那么这个夹角是由表面张力所决定的

如果对液滴和介质层之间施加一定的电压

那么这个电场强度与表面张力之间

有这样的一个关系

也就是说表面张力与没有电压时候的

表面张力相比引入了一个二分之一CV的平方

实际上这是一个能量的一个表达式

因此

我们可以通过改变电压来调整表面张力的大小

也就是增加电压以后

我们可以把一个非浸润变成一个浸润

利用这样的一个现象

如果能够把一个液滴的左侧和右侧

进行分别控制

对其中的一侧来施加电压

那么就会使施加电压一侧的表面张力

与未施加电压一侧的表面张力不再平衡

从而通过表面张力来拉动液滴的移动

进行左右分别控制来施加电压的方法是

采用一些分立的

小于液体尺寸的电极

这样一个液滴跨在电极表面上的时候

就会有一侧接入到另一个电极

如果我们对这些电极采用一定的时序进行通电

那么就可以控制液滴的左右两侧

按照我们需要的特性来改变表面张力

从而推动液滴的运动

我们来看一些数值仿真的结果

我们通过在下表面的电极依次施加电压

可以从一个储液池中产生一个小的液滴

我们也可以把一个液滴沿着一定的管道

进行疏运

还可以把一个大液滴通过两侧同时

施加电压的办法将其分割为两个小液滴

或者将两个小液滴朝着同向运动以后

将它们合并成一个大的液滴

接下来我们再来看电泳

电泳在流体管道里面是一项非常重要的

试样处理技术

它利用的是粒子在电解液中所产生的电双层

由于固定电荷层是牢固的结合在粒子表面的

因此

在外部电场的作用下

固定电荷层所产生的静电力会推动粒子运动

同时环绕在粒子周围的松散的

一些与固定电荷相反极性的电荷

那么它们也会产生阻滞的作用

这个阻滞作用与流体的阻滞作用结合在一起

构成了限制粒子运动的阻滞力

当驱动力和阻滞力之间满足一定条件的时候

那么粒子就可以产生运动或者平衡

或者减小

很显然如果阻滞力的半径越大

那么所产生的阻滞力也就越大

利用带电粒子所具有的电双层

在电场的作用下可以推动粒子运动的特性

我们可以产生毛细管电泳疏运

那么毛细管电泳疏运呢是指

在直径很小的管道中

我们把它称为毛细管

填入一定的电解液

然后在两侧施加一个高压电场

那么电解液中的粒子产生电双层的作用

在电场的驱动下发生移动

采用毛细管作为疏运管道一个很典型的

优点是毛细管的直径很小

流体尺度较小

所以施加电场所产生的焦耳热

非常容易散发出来

这样通过控制流体管道的温度我们可以

施加更高的电压

从而实现更快速和更微量的流体驱动

接下来我们来看一个介电电泳

介电电泳与电泳虽然名字上类似

但他们的驱动原理却有一些不同

介电电泳主要是利用了可极化的粒子

在非均匀电场中受到的静电力不平衡

这样的一个特点

我们来看这一个图

一个可极化的粒子在电场中被极化

如果电场本身是均匀的

那么正电荷和负电荷所受到的静电力

处于一个平衡状态

粒子在电场中不会产生运动

如果电场本身是非均匀的

那么非均匀电场会使得极化的正电荷

和负电荷受到的电场力不再相同

从而使得粒子会朝着静电力更大的

一个方向产生运动

一般的情况下我们施加一个非均匀电场

可以采用一个点电极的办法

点电极和一个面电极相对 那么就会产生

一个非均匀的电场

最后我们来介绍一个热毛细力驱动

热毛细力驱动实际上是利用了一个物理现象

就是局部加热可以减小液滴的表面张力

这样的一个特点

与我们前面讲到的电润湿类似

对一个液滴的局部进行加热可以改变

这个局部与衬底之间的表面张力

那么与未加热的一端相比

表面张力不再平衡

液体就会朝着一个表面张力和的方向产生运动

例如我们这个图所示的

对一个液滴的右侧进行加热

会使得右侧的表面张力减小

而左侧温度与右侧不同

那么二者之间就会产生一个表面张力的差

这个表面张力差会推动液滴朝着

表面液滴大的方向进行运动

例如热毛细现象我们可以实现

与电润湿类似的一些操作

包括液滴的产生 合并 疏运等等

热毛细现象的一个优点是

它的驱动电压比较低

同时由于没有直接的电场施加在液滴上

不容易产生气化和电解

另外它的速度还是比较快的

可以达到每秒钟一毫米左右

MEMS与微系统课程列表:

第一章 概述

-第1小节 MEMS的定义

--MEMS的定义

-第1小节 MEMS的定义--作业

-第2小节 MEMS的应用领域

--MEMS的应用领域

-第2小节 MEMS的应用领域--作业

-第3小节 MEMS的发展

--MSMS的发展

-第3小节 MEMS的发展--作业

-第4小节 MEMS的发展(续)

--MEMS的发展(续)

-第4小节 MEMS的发展(续)--作业

第二章 微系统基本理论—基础力学与基本物理

-第1小节 应力和应变

--应力与应变

-第1小节 应力和应变--作业

-第2小节 弹性梁

--弹性梁

-第2小节 弹性梁--作业

-第3小节 弹性梁(续)

--弹性梁(续)

-第3小节 弹性梁(续)--作业

-第4小节 薄板与流体的基本概念

--薄板与流体的基本概念

-第4小节 薄板与流体的基本概念--作业

-第5小节 流体的基本概念(续)

--流体的基本概念(续)

-第5小节 流体的基本概念(续)--作业

-第6小节 静电力

--静电力

-第6小节 静电力--作业

-第7小节 尺寸效应

--尺寸效应

-第7小节 尺寸效应--作业

第三章 微系统制造技术I—光刻与体微加工技术

-第1小节 MEMS光刻技术

--MEMS光刻技术

-第1小节 MEMS光刻技术--作业

-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀

--体微加工技术—各向同性湿法刻蚀

-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀--作业

-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀

--体微加工技术—各向异性湿法刻蚀

-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀--作业

-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)

--体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)

-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)--作业

-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀

--体微加工技术—干法刻蚀

-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀--作业

-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀

--体微加工技术—时分复用深刻蚀

-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀--作业

-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)

--体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)

-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)--作业

-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀

-- 体微加工技术—稳态深刻蚀

-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀--作业

-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用

--体微加工技术—稳态深刻蚀--作业

-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用--作业

第三章 微系统制造技术II—表面微加工技术

-第1小节 表面微加工技术概述

-- 表面微加工技术概述

-第1小节 表面微加工技术概述--作业

-第2小节 表面微加工技术的几个问题

--表面微加工技术的几个问题

-第2小节 表面微加工技术的几个问题--作业

-第3小节 表面微加工代工工艺

--表面微加工代工工艺

-第3小节 表面微加工代工工艺--作业

-第4小节 表面微加工的应用

--表面微加工的应用

-第4小节 表面微加工的应用--作业

-第5小节 厚结构层技术

-- 厚结构层技术

-第5小节 厚结构层技术--作业

第三章 微系统制造技术III—键合

-第1小节 键合概述与直接键合

-- 键合概述与直接键合

-第1小节 键合概述与直接键合--作业

-第2小节 阳极键合与聚合物键合

--阳极键合与聚合物键合

-第2小节 阳极键合与聚合物键合--作业

-第3小节 金属键合与键合设备

-- 金属键合与键合设备

-第3小节 金属键合与键合设备--作业

第三章 微系统制造技术IV—集成与封装

-第1小节 工艺集成

-- 工艺集成

-第1小节 工艺集成--作业

-第2小节 系统集成

--系统集成

-第2小节 系统集成--作业

-第3小节 单芯片集成与多芯片集成

--单芯片集成与多芯片集成

-第3小节 单芯片集成与多芯片集成--作业

-第4小节 三维集成

--三维集成

-第4小节 三维集成--作业

-第5小节 MEMS封装

--MEMS封装

-第5小节 MEMS封装--作业

-第6小节 MEMS封装(续)

--MEMS封装(续)

-第6小节 MEMS封装(续)--作业

第四章 微型传感器I—传感器的敏感机理

-第1小节 概述

--概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 压阻传感器

--压阻传感器

-第2小节 压阻传感器--作业

-第3小节 电容传感器与压电传感器

--电容传感器与压电传感器

-第3小节 电容传感器与压电传感器--作业

-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器

--谐振传感器与遂穿传感器

-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器--作业

第四章 微型传感器Ⅱ—压力传感器

-第1小节 压力传感器

--压力传感器

-第1小节 压力传感器--作业

-第2小节 压阻式压力传感器

-- 压阻式压力传感器

-第2小节 压阻式压力传感器--作业

-第3小节 压阻式压力传感器(续)

--压阻式压力传感器(续)

-第3小节 压阻式压力传感器(续)--作业

-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器

--电容式压力传感器与谐振式压力传感器

-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器--作业

-第5小节 硅微麦克风

--硅微麦克风

-第5小节 硅微麦克风--作业

第四章 微型传感器Ⅲ—惯性传感器

-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述

--惯性传感器与加速度传感器概述

-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述--作业

-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器

--压阻式与电容式加速度传感器

-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器--作业

-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器

--电容式与热传导式加速度传感器

-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器--作业

-第4小节 微机械陀螺概述

--微机械陀螺概述

-第4小节 微机械陀螺概述--作业

-第5小节 典型微机械陀螺

--典型微机械陀螺

-第5小节 典型微机械陀螺--作业

-第6小节 典型微机械陀螺(续)

--典型微机械陀螺(续)

-第6小节 典型微机械陀螺(续)--作业

-第7小节 模态解耦合

--模态解耦合

-第7小节 模态解耦合--作业

第五章 微型执行器

-第1小节 执行器概述

--执行器概述

-第1小节 执行器概述--作业

-第2小节 静电执行器—平板电容执行器

--静电执行器—平板电容执行器

-第2小节 静电执行器—平板电容执行器--作业

-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)

--静电执行器—平板电容执行器(续)

-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)--作业

-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器

--静电执行器—叉指电容执行器

-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器--作业

-第5小节 热执行器

--热执行器

-第5小节 热执行器--作业

-第6小节 压电执行器和磁执行器

-- 压电执行器和磁执行器

-第6小节 压电执行器和磁执行器--作业

第六章 RF MEMS

-第1小节 RF MEMS概述

-- RF MEMS概述

-第1小节 RF MEMS概述--作业

-第2小节 MEMS开关I

--MEMS开关I

-第2小节 MEMS开关I--作业

-第3小节 MEMS开关II

--MEMS开关II

-第4小节 MEMS开关III

--MEMS开关III

-第4小节 MEMS开关III--作业

-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器

--MEMS谐振器—梳状谐振器

-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器--作业

-第6小节 MEMS谐振器—板式谐振器

--MEMS谐振器—板式谐振器

-第7小节 MEMS谐振器的制造

--MEMS谐振器的制造

-第7小节 MEMS谐振器的制造--作业

第七章 光学MEMS

-第1小节 光学MEMS概述

-- 光学MEMS概述

-第1小节 光学MEMS概述--作业

-第2小节 MEMS光开关I

--MEMS光开关I

-第2小节 MEMS光开关I--作业

-第3小节 MEMS光开关II

-- MEMS光开关II

-第3小节 MEMS光开关II--作业

-第4小节 影像再现I—反射器件

-- 影像再现I—反射器件

-第4小节 影像再现I—反射器件--作业

-第5小节 影像再现II—衍射器件

--影像再现II—衍射器件

-第5小节 影像再现II—衍射器件--作业

-第6小节 影像再现III—干涉器件

--影像再现III—干涉器件

-第6小节 影像再现III—干涉器件--作业

第八章 微流体与芯片实验室

-第1小节 概述

-- 概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 软光刻技术

--软光刻技术

-第2小节 软光刻技术--作业

-第3小节 微流体输运

--微流体输运

-第3小节 微流体输运--作业

-第4小节 微流体输运(续)

--微流体输运(续)

-第4小节 微流体输运(续)--作业

-第5小节 试样处理

--试样处理

-第5小节 试样处理--作业

-第6小节 试样处理(续)

--试样处理(续)

-第7小节 检测技术

--检测技术

-第8小节 微流体应用

--微流体应用

-第8小节 微流体应用--作业

-第9小节 微流体应用(续)

--微流体应用(续)

-第9小节 微流体应用(续)--作业

第九章 BioMEMS

-第1小节 概述

--概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器

--药物释放 神经探针 生物传感器

-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器--作业

-第3小节 可穿戴与可植入微系统

--可穿戴与可植入微系统

-第3小节 可穿戴与可植入微系统--作业

微流体输运(续)笔记与讨论

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