電滲流微泵驅(qū)動機理的研究.pdf

1、微電子機械系統(tǒng)(MEMS：micro electromechanical system)的研究始于上個世紀的八、九十年代，目前已經(jīng)成為一股研究潮流。而微泵控制技術是微電子機械系統(tǒng)發(fā)展需要解決的關鍵問題之一，由于電滲流(EOF：electroosmotic flow)微泵結(jié)構(gòu)簡單，操作易行等優(yōu)點，得到了人們越來越多的關注。電滲流微泵是基于界面化學、靜電場、流體力學等理論開發(fā)出的微泵。其應用不局限于微機電系統(tǒng)，在醫(yī)療中的藥物輸送，工、民用的

2、兩相流制冷，甚至宇航科技中都有著廣闊的應用前景?；谶B續(xù)介質(zhì)假設，Poisson-Boltzmann方程和Nayier-Stokes方程的連續(xù)性理論在可以成功解釋微米尺度以上的雙電層中粒子分布和電滲流。當管徑減小至納米級時，由于尺度與雙電層厚度(Debye長度)處于同一量級，連續(xù)性理論是否仍然能夠用于描述納米尺度的雙電層分布及電滲流運動情形就很值得探討。 由于電滲流體通常以水為溶劑，采用分子動力學模擬方法，本文首先在對水分子結(jié)構(gòu)

3、的分析和作用勢研究的基礎上對其結(jié)構(gòu)進行了模擬驗證。然后研究了不同表面電荷密度下，直徑為3nm，總長為5.1nm的圓柱形納米管道中溶液粒子分布情況及電滲流特性。采用更為接近工程實際的體態(tài)一帶電部分一體態(tài)的納米管道模型，在管道中段離散分布一定數(shù)目的單位元電荷，平衡后，再取出該段在兩端加上電場進行電滲流驅(qū)動過程模擬。分別采用截斷半徑方法和一維Ewald求和方法模擬長程作用的庫侖力。仿真結(jié)果表明，表面電荷密度越大，電荷倒置現(xiàn)象越明顯，電荷倒置現(xiàn)