MHD微流控驱动技术与微流控光器件研究
微流控技术又称“芯片实验室”，是目前国内外一个交叉学科的前沿课题，它与光学结合又诞生了新的学科——微流控光学。微流控技术/微流控光学中的关键技术是:流体驱动技术、流体介质的选取、器件的设计与制作。流体驱动技术往往是应用中的一个瓶颈，而微流控光器件目前尚处于研究初步阶段，离大规模的应用还有一大段距离，此外，微流控应用中的一个问题是微量液体容易挥发。 为了解决微量液体容易挥发易挥发的问题，本论文提出以新型热门材料——离子液体作为微流控流体介质，并采用结构简单、低电压、低能耗、可双向泵浦的基于磁流体力学(MHD)的驱动技术。分别利用亲水性和疏水性离子液体做了有关MHD驱动技术的理论与实验研究，旨在寻求一种结构简单、低电压、低能耗、低成本的驱动技术，同时促进离子液体在微流控中的应用。研究结果表明:MHD驱动技术适用于离子液体，几伏的电压在0.4/0.5T的磁场中就能驱动2～3毫升的离子液体持续流动;通过与电解液MHD驱动实验的比较，发现离子液体MHD驱动在微流控应用中有一定的优势;同时指出目前常用的流体力学公式——泊肃叶(Poiseuille)定律并不是很适合MHD驱动技术;实验测量和研究了离子液体直流电导率特性，揭示了MHD驱动中流速与外加电压成折线变化的原因，使理论与实验更好地吻合;此外，通过实验给出了脉冲电场、稳恒磁场驱动下的离子液体振荡特点。之前我们没有查到有关离子液体MHD驱动以及液体直流电导率的研究报道。 为了测量大折射率离子液体，促进离子液体在微流控光学中的应用，提出一种测量范围大、成本不高的基于液体棱镜的折射仪，解决了目前常用的阿贝折射仪测量范围窄而国外大折射率测量用的折射仪价格高等问题，并且利用ZEMAX软件进行了相关光学设计，做了相应验证性实验。此外，提出一种基于微流控技术的可调光衰减器核心芯片结构，并基于该核心结构，设计了三种基于不同驱动技术（包括MHD驱动）的可调光衰减器，并从理论上研究了所提出的微流控光衰减器的流场、光场特性，评估了相关性能指标。所提可调光衰减器具有衰减范围大、插入损耗小、回波损耗大的优点，为寻求体积小、性能高、易集成、灵活可调的新型光通讯器件提供了新的思路。
MHD驱动;微流控光器件;离子液体振荡;直流电导率
南京邮电大学
博士
电磁场与微波技术
梁忠诚
2015
中文
TN492
118
2016-08-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）