基于離子液體的MHD驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、離子液體具有無(wú)明顯蒸汽壓、寬電化學(xué)窗口、高離子電導(dǎo)率、不易揮發(fā)等特點(diǎn)，是一種新興液體材料。國(guó)內(nèi)外有關(guān)離子液體的研究和應(yīng)用主要集中在化學(xué)領(lǐng)域，其在物理領(lǐng)域的研究很少。離子液體也是良好的光電介質(zhì)，可應(yīng)用于微流控技術(shù)中，然而有關(guān)它在微流控中的研究報(bào)道很少。本文提出將離子液體應(yīng)用于微流控技術(shù)，而微流控驅(qū)動(dòng)技術(shù)是微流控技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，也是微流控應(yīng)用中的瓶頸。
　　本文提出以離子液體作為微流控技術(shù)的流體介質(zhì)，采用磁流體動(dòng)力學(xué)（magneto

2、hydrodyn-amic,MHD）驅(qū)動(dòng)技術(shù)，運(yùn)用電磁場(chǎng)中導(dǎo)電液體受到洛倫茲力的原理驅(qū)動(dòng)流體，并主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了基于離子液體的MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)。首先闡述了離子液體的物理特性，并在磁流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)離子液體的MHD驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了理論研究，利用有限體積法(Finite Volume Method, FVM)對(duì)離子液體驅(qū)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，獲得流道內(nèi)的流場(chǎng)分布情況。在理論和仿真的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別用于測(cè)量[bmim]NTf2離子液體的

3、流速和驅(qū)動(dòng)壓差，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值的比較，發(fā)現(xiàn)泊肅葉理論不是很適合MHD驅(qū)動(dòng)研究。利用[bmim]BF4離子液體研究了水對(duì)離子液體MHD驅(qū)動(dòng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微量水可以提高 MHD驅(qū)動(dòng)力，但同時(shí)會(huì)伴有氣泡產(chǎn)生。并分別將[bmim]BF4和[bmim]NTf2離子液體與NaCl電解液MHD驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了基于離子液體的MHD驅(qū)動(dòng)方法的可靠性與可行性。此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：3ml的[bmim]NTf2離子液體在0.4T穩(wěn)恒磁場(chǎng)、

4、15V直流電壓下具有良好的穩(wěn)定性，其垂直驅(qū)動(dòng)壓差測(cè)得為3.2mm；直流電壓6V和8V時(shí)，流速分別為2.7μl/s和7.8μl/s；并且離子液體在微流體輸送微粒上有一定優(yōu)勢(shì)。
　　基于離子液體的MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)電壓低、驅(qū)動(dòng)力大以及穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于微全分析系統(tǒng)、粒子輸送、微流體/光流體開(kāi)關(guān)等。離子液體MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)除了驅(qū)動(dòng)流體，還可通過(guò)控制微通道的局部電場(chǎng)改變流動(dòng)方向和模式。對(duì)離子液體的MHD驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行實(shí)