兩相流液體透鏡的動態(tài)模型與仿真研究.pdf

1、本論文針對新型的可變焦液體透鏡進(jìn)行了研究。首先分析了單液體透鏡和雙液體透鏡的發(fā)展情況，以及目前在兩相液體透鏡陣列上所取得的一些研究成果。其次在理論研究方面，重點(diǎn)討論了潤濕理論中液體表面與接觸角的關(guān)系、壓強(qiáng)差與液面半徑及表面張力關(guān)系，和微通道中液面的毛細(xì)上升現(xiàn)象，并利用最小自由能原理推導(dǎo)出描述液體表面張力與接觸角的楊氏方程，以及曲率液面的楊氏-拉普拉斯壓強(qiáng)差方程。在此基礎(chǔ)上，研究了用水平集方法分析兩相液體在微透鏡陣列結(jié)構(gòu)中的流動情況，建立

2、了單、雙通道模型，重點(diǎn)分析了兩相液體在微透鏡陣列結(jié)構(gòu)中的動態(tài)過程，通過軟件仿真研究了液體透鏡結(jié)構(gòu)的上下通道高度、孔徑大小、孔徑高度、孔徑間距等幾何參數(shù)對液體透鏡陣列變焦一致性和變焦速率的影響。最后在仿真研究的基礎(chǔ)上，制備了較理想的兩相液體微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，并通過控制液體的體積量獲得了很好的陣列變焦效果。
　　 本論文完成的主要工作有：
　　 (1)建立了單、雙通道結(jié)構(gòu)模型，利用COMSOL軟件仿真兩相液體在微通道陣列結(jié)構(gòu)中

3、的曲率變化情況，定性分析得出增大上通道高度與孔徑比值，以及與下通道高度的比值，可以提高透鏡陣列的焦距一致性及變焦速率。
　　 (2)在仿真研究的基礎(chǔ)上，選用SU-8光刻膠實(shí)驗(yàn)制備微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，研究了SU-8的制備工藝。研究發(fā)現(xiàn)，為了獲得較高質(zhì)量的微通道陣列結(jié)構(gòu)，需要控制好預(yù)烘和后烘溫度和時間，并且要盡量降低曝光時產(chǎn)生的衍射。實(shí)驗(yàn)中采用兩種不同的方法制備微透鏡陣列結(jié)果，并對兩種方法進(jìn)行對比。
　　 (3)對制備的微透鏡陣