微流動(dòng)及其元器件

前言

　　洛特曼在美國(guó)麻省理工學(xué)院2001年出版的技術(shù)評(píng)論雜志“TechnologrReview”上撰文指出，微流動(dòng)學(xué)（fmicruidics）是未來(lái)五年內(nèi)可改變世界的十大新興科學(xué)技術(shù)之一[其他九項(xiàng)為機(jī)器與人腦的接口、塑料晶體管、數(shù)據(jù)開發(fā)（datamining）、數(shù)字知識(shí)權(quán)利管理、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)（biometrics）、語(yǔ)言識(shí)別處理、微光學(xué)技術(shù)fmicrophotonics）、解開程序代碼（untanglingcode）、機(jī)器人設(shè)計(jì)]。他列舉了一些例子，如利用極微量的水就可以完成原來(lái)需要耗時(shí)耗錢的實(shí)驗(yàn)；利用微流動(dòng)學(xué)原理設(shè)計(jì)的DNA分析芯片，不僅讓設(shè)備體積大大縮小，而且還可使分析速度大大加快。　　微流動(dòng)學(xué)是一門多學(xué)科交叉的新興學(xué)科。它被廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)fMEMS）、生物芯片（biochip）、芯片微實(shí)驗(yàn)室（Lab—on-a-chip）、微全分析系統(tǒng)（u一TAS）、微機(jī)器人（microbot）、微飛行器（microairvehicle，MAV），以及生物體內(nèi)體液的流動(dòng)、微生物及昆蟲在流體中的運(yùn)動(dòng)等各個(gè)方面?；蛘哒f(shuō)，它是一門研究在微空間、微速度、微流量、微動(dòng)量、微能量等不同條件下工質(zhì)流動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。由于微流動(dòng)的特殊要求，微流動(dòng)學(xué)還牽涉產(chǎn)生微流動(dòng)的微動(dòng)力源、微流動(dòng)工質(zhì)的特性和限制、控制微流動(dòng)的元器件的材料及其特殊的加工方法、微流動(dòng)信息的傳輸及測(cè)試方法等?？傊?，這是一門在20世紀(jì)90年代才開始發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科。

內(nèi)容概要

微流動(dòng)是20世紀(jì)末的新興學(xué)科，是當(dāng)今活躍的交叉學(xué)科之一。它被廣泛用于各類芯片、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微機(jī)器人及微飛行器等的研究與設(shè)計(jì)中。本書共設(shè)三篇22章。第一篇重點(diǎn)介紹微流動(dòng)基本理論中考慮速度滑移后Burnett方程的具體化、數(shù)值計(jì)算方法及其應(yīng)用。第二篇介紹引起微流動(dòng)的各種動(dòng)力源，例如毛細(xì)現(xiàn)象、動(dòng)電現(xiàn)象、介電電泳、滲透與擴(kuò)散、附壁現(xiàn)象、微熱管、相變現(xiàn)象及流變現(xiàn)象等。第三篇介紹調(diào)節(jié)和控制微流動(dòng)的各類元器件以及微流管網(wǎng)，包括微閥、微泵、微混合器、微分離器及微動(dòng)力機(jī)械。  　本書適合已具備物理學(xué)、流體力學(xué)、物理化學(xué)等基本知識(shí)的大學(xué)理工科學(xué)生和研究生，以及從事各類芯片、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微機(jī)器人、微飛行器等研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造的有關(guān)科技人員閱讀。

書籍目錄

主要符號(hào)說(shuō)明第1章　緒論第一篇　微流動(dòng)的基本理論　第2章　預(yù)備知識(shí)——矢量與張量的概念　第3章　微流動(dòng)分析的基礎(chǔ)　第4章　Burnett方程組的求解方法　第5章　GDQ方法求解Burnett方程組　第6章　邊界層內(nèi)的流動(dòng)及阻力系數(shù)　第7章　用蒙特卡羅（Monte Carlo）直接數(shù)值模擬（DSMC）方法　第8章　微流動(dòng)中的流體及其有關(guān)特性第二篇　微流動(dòng)中的動(dòng)力源及其引起的微流動(dòng)　第9章　微流動(dòng)中的推動(dòng)力及其引起的微流動(dòng)　第10章　毛細(xì)現(xiàn)象及表面張力引起的微流動(dòng)　第11章　動(dòng)電象引起的微流動(dòng)　第12章　介電電泳引起的微流動(dòng)　第13章　滲透和擴(kuò)散現(xiàn)象引起的微流動(dòng)　第14章　附壁現(xiàn)象中的微流動(dòng)　第15章　微型熱管中的微流動(dòng)　第16章　相變現(xiàn)象及多相流引起的微流動(dòng)　第17章　流變效應(yīng)引起的微流動(dòng)第三篇　微流動(dòng)中的元器件及微流管網(wǎng)　第18章　微閥　第19章　微泵　第20章　微混合器與微分離器　第21章　微流動(dòng)道及其特點(diǎn)　第22章　微動(dòng)力機(jī)械參考文獻(xiàn)索引

章節(jié)摘錄

　　第11章　動(dòng)電現(xiàn)象引起的微流動(dòng)　　11.1　簡(jiǎn)介　　所謂動(dòng)電就是指在兩個(gè)電層之間的介質(zhì)或粒子由于電場(chǎng)的正負(fù)電荷的影響而引起的移動(dòng)現(xiàn)象。這種移動(dòng)又稱為雙電層錯(cuò)位。　　按照原動(dòng)力的不同、動(dòng)電現(xiàn)象又可區(qū)分為電沫　電滲、流動(dòng)電位和沉降電位四類?！　‰娪竞碗姖B都是由于存在外加電壓而引起的雙電層錯(cuò)位。其區(qū)別是：在電泳中流體是不移動(dòng)的，而固體粒子是移動(dòng)的：在電滲中多孔固體是不移動(dòng)的，而流體發(fā)生移動(dòng)。　　流動(dòng)電位和沉降電位都是由于外加機(jī)械力量而引起的雙電層錯(cuò)位。前者利用外力使流體通過(guò)多孔固體而產(chǎn)生電位，因此它與電滲互為逆轉(zhuǎn)后者是固體微粒在沉降時(shí)液面與液底之間產(chǎn)生電位，因此它與電泳互為逆轉(zhuǎn)?！　“l(fā)現(xiàn)動(dòng)電現(xiàn)象的時(shí)間很早，1879年海姆荷茨第一次對(duì)動(dòng)電現(xiàn)象作了解釋、但仍受靜電現(xiàn)象的束縛。20世紀(jì)初對(duì)動(dòng)電現(xiàn)象有了新的解釋提出了雙電層概念，其中以stem于1924年提出的模型最為完善?！　?duì)于微流動(dòng)研究而言，令人感興趣的主要是電泳現(xiàn)象和電滲現(xiàn)象引起的流動(dòng)。　　11.2　產(chǎn)生雙電層錯(cuò)位的基本原理　　當(dāng)某一物質(zhì)與極性介質(zhì)接觸時(shí)，在兩相的界面上就會(huì)帶上電荷，并呈現(xiàn)一定的電位差，在極性介質(zhì)中、界面電荷影響附近的離子分布。質(zhì)中與界面電荷異性的離子被界面吸引而同性的則受到排斥，當(dāng)介質(zhì)受到熱擴(kuò)散作用時(shí)。部分異性離子被中和未被中和的稱為過(guò)剩反離子。著離開界面的距離越遠(yuǎn)過(guò)剩反離子也越少，其分布呈擴(kuò)散形式、如圖111所示。　　……

編輯推薦

　　微流動(dòng)是一門新興的、多學(xué)科交叉的學(xué)科，被麻省理工學(xué)院的“TechnologyReview”雜志評(píng)為21世紀(jì)十大新興科學(xué)技術(shù)之一。《微流動(dòng)及其元器件》系統(tǒng)而具體地闡述了微流動(dòng)的基本理論，并對(duì)用于微流動(dòng)的微元器件進(jìn)行了科學(xué)而系統(tǒng)的分類，最后給出了微流動(dòng)在微機(jī)電系統(tǒng)、生物芯片、芯片實(shí)驗(yàn)室、微機(jī)器人、微飛行器等領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。該書適合在微芯片、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造工作的科研人員閱讀。計(jì)光華，西安交通大學(xué)教授，長(zhǎng)期從事低溫透平膨脹機(jī)和微流動(dòng)的研究工作；計(jì)洪苗，新加坡科技發(fā)展局微電子研究院（IME）研究工程師，長(zhǎng)期從事生物芯片、檢測(cè)芯片的研究工作，在微混合器、微反應(yīng)器、純化芯片等方面獲得八項(xiàng)美國(guó)及國(guó)際專利。

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