22403.面向仿生微通道的家蠶絲蛋白溶液剪切流變與滑移特性研究

1、摘要I摘要微通道作為微流體系統(tǒng)的重要組成部分，由于特征尺寸較小，流體在微通道內(nèi)的流動(dòng)表現(xiàn)出獨(dú)特的現(xiàn)象，對(duì)微通道結(jié)構(gòu)與微流體流動(dòng)的研究成為了熱點(diǎn)。家蠶吐絲時(shí)，絲蛋白溶液在前部絲腺內(nèi)流動(dòng)為一個(gè)獨(dú)立的微流動(dòng)過(guò)程，并且表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性能，為微流體系統(tǒng)的研究提供了新的思路。鑒于家蠶吐絲時(shí)絲蛋白溶液表現(xiàn)出良好的微流動(dòng)性能，以研究絲蛋白溶液在前部絲腺內(nèi)流動(dòng)特性為目的，從絲蛋白溶液流變特性和滑移特性檢測(cè)機(jī)理兩方面，研究了絲蛋白溶液物理性質(zhì)、高分子溶液

2、流變行為表征和黏度模型；通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，分析了絲蛋白溶液剪切黏度在絲腺內(nèi)流動(dòng)時(shí)的變化規(guī)律；根據(jù)流變實(shí)驗(yàn)和壁面形貌檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，分析了剪切速率和表面疏水性對(duì)溶液滑移特性的影響；最后運(yùn)用仿真分析了絲蛋白溶液在家蠶前部絲腺內(nèi)的流動(dòng)。本文具體研究?jī)?nèi)容如下：（1）研究了高分子溶液流變性能的表征、黏度模型、影響因素以及家蠶絲腺體結(jié)構(gòu)和絲蛋白溶液物理特性，根據(jù)絲蛋白溶液特點(diǎn)，提出了絲蛋白溶液剪切流變實(shí)驗(yàn)的測(cè)試方法和滑移特性的檢測(cè)機(jī)理。（2）運(yùn)用RS600旋

3、轉(zhuǎn)流變儀實(shí)驗(yàn)研究了絲蛋白溶液剪切黏度和剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化關(guān)系，探討分析了中部絲腺不同部位內(nèi)絲蛋白溶液的剪切流變性能、絲蛋白溶液穩(wěn)態(tài)剪切黏度隨時(shí)間的變化關(guān)系和不同剪切間距下溶液的流變特性。（3）利用掃描電鏡和生物顯微鏡觀測(cè)了家蠶絲腺內(nèi)壁面形貌，分析了對(duì)溶液滑移的影響。根據(jù)變間距流變實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用Yoshimura滑移模型求解分析了剪切速率對(duì)滑移的影響，并且求出了滑移修正后絲蛋白溶液剪切黏度模型。（4）運(yùn)用Fluent對(duì)絲蛋白溶液在家

4、蠶前部絲腺內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行了仿真分析，探討了入口流速0.001ms下，溶液的滑移現(xiàn)象和流型。研究了微肋高度對(duì)溶液滑移現(xiàn)象的影響。對(duì)滑移速度的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。關(guān)鍵字：微流體系統(tǒng)；仿生微通道；絲蛋白溶液；流變特性；壁面滑移AbstractIIIAbstractMicrochannelisanimptantpartofmicrofluidicsystem.Asitssmallfeaturesizetheuniquephenome

5、nonthefluidflowinginitthestudyofmicropipestructuremicrofluidflowhasbecomeahotspot.Whensilkwmisspinningsilksolutionflowinginthefrontofsilkglisaseparatemicroflowprocessitshowsgoodflowproperties.Thisdiscoveryprovidesanewtra

6、inofthoughttotheresearchofmicrofluidicsystem.Inviewofsilksolutionshowingagoodflowpropertywhenflowinginsilkglthisarticleaimedtostudytheflowacteristicsofsilksolutionflowinginsilkgl.Fromthetextingmechanismoftherheologicalpr

7、opertiesslipofsilksolutionthestructureofthesilkglphysicalpropertiesofsilksolutionrheologicalbehaviofpolymersolutionviscositymodelhavebeenstudied.Thechangingofsilksolution’sshearviscosityflowinginthesilkglhasbeenstudiedth

8、oughexperiments.Accdingtorheologicalexperimentssurfacemphologytestingexperimentstheinfluenceofshearratesurfacehyhobicityonslipofsilksolutionhavebeenstudied.Atlastsilksolutionflowinginthefrontofsilkglhasbeenstudiedbyusing

9、analogsimulation.Inthisarticlethefollowingaspectsofthestudyweremainlycompleted:（1）Rheologicalbehaviofpolymersolutionviscositymodelinfluencefactsthestructureofthesilkglphysicalpropertiesofsilksolutionhavebeenstudied.Accdi

10、ngtotheacteristicsofsilksolutiontextingmechanismoftherheologicalpropertiesslipofsilksolutionhavebeenputfward.（2）TherelationshipbetweenshearviscositystressratehavebeenstudiedbyusingRS600rotationalremoter.Rheologicalproper

11、tyofsilkproteinsolutionindifferentpartofdlesilkglsteadyshearviscositychangingwithtimerheologicalpropertyofsilksolutionunderdifferentgaphavebeenstudied.（3）Thewallmphologyofsilkglhasbeenobservedacterizedthoughscanningelect

12、ronmicroscopybiologicalmicroscopetheinfluenceonsliphasbeenanalyzed.AccdingtorheologicalexperimentsunderdifferentgapsYoshimuraslipmodeltheinfluenceofshearrateonsliphasbeensolvedanalyzed.truerheologicalpropertyofsilksoluti