微流動及其元器件

前言

　　洛特曼在美國麻省理工學院2001年出版的技術(shù)評論雜志“TechnologrReview”上撰文指出，微流動學（fmicruidics）是未來五年內(nèi)可改變世界的十大新興科學技術(shù)之一[其他九項為機器與人腦的接口、塑料晶體管、數(shù)據(jù)開發(fā)（datamining）、數(shù)字知識權(quán)利管理、生物統(tǒng)計學（biometrics）、語言識別處理、微光學技術(shù)fmicrophotonics）、解開程序代碼（untanglingcode）、機器人設(shè)計]。他列舉了一些例子，如利用極微量的水就可以完成原來需要耗時耗錢的實驗；利用微流動學原理設(shè)計的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。　　微流動學是一門多學科交叉的新興學科。它被廣泛應(yīng)用于微機電系統(tǒng)fMEMS）、生物芯片（biochip）、芯片微實驗室（Lab—on-a-chip）、微全分析系統(tǒng)（u一TAS）、微機器人（microbot）、微飛行器（microairvehicle，MAV），以及生物體內(nèi)體液的流動、微生物及昆蟲在流體中的運動等各個方面?；蛘哒f，它是一門研究在微空間、微速度、微流量、微動量、微能量等不同條件下工質(zhì)流動規(guī)律及其應(yīng)用的學科。由于微流動的特殊要求，微流動學還牽涉產(chǎn)生微流動的微動力源、微流動工質(zhì)的特性和限制、控制微流動的元器件的材料及其特殊的加工方法、微流動信息的傳輸及測試方法等?？傊@是一門在20世紀90年代才開始發(fā)展起來的新興學科。

內(nèi)容概要

微流動是20世紀末的新興學科，是當今活躍的交叉學科之一。它被廣泛用于各類芯片、微機電系統(tǒng)(MEMS)、微機器人及微飛行器等的研究與設(shè)計中。本書共設(shè)三篇22章。第一篇重點介紹微流動基本理論中考慮速度滑移后Burnett方程的具體化、數(shù)值計算方法及其應(yīng)用。第二篇介紹引起微流動的各種動力源，例如毛細現(xiàn)象、動電現(xiàn)象、介電電泳、滲透與擴散、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、微分離器及微動力機械。  　本書適合已具備物理學、流體力學、物理化學等基本知識的大學理工科學生和研究生，以及從事各類芯片、微機電系統(tǒng)(MEMS)、微機器人、微飛行器等研究、開發(fā)、設(shè)計、制造的有關(guān)科技人員閱讀。

書籍目錄

主要符號說明第1章　緒論第一篇　微流動的基本理論　第2章　預備知識——矢量與張量的概念　第3章　微流動分析的基礎(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　微流動中的流體及其有關(guān)特性第二篇　微流動中的動力源及其引起的微流動　第9章　微流動中的推動力及其引起的微流動　第10章　毛細現(xiàn)象及表面張力引起的微流動　第11章　動電象引起的微流動　第12章　介電電泳引起的微流動　第13章　滲透和擴散現(xiàn)象引起的微流動　第14章　附壁現(xiàn)象中的微流動　第15章　微型熱管中的微流動　第16章　相變現(xiàn)象及多相流引起的微流動　第17章　流變效應(yīng)引起的微流動第三篇　微流動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　微流動道及其特點　第22章　微動力機械參考文獻索引

章節(jié)摘錄

　　第11章　動電現(xiàn)象引起的微流動　　11.1　簡介　　所謂動電就是指在兩個電層之間的介質(zhì)或粒子由于電場的正負電荷的影響而引起的移動現(xiàn)象。這種移動又稱為雙電層錯位?！　“凑赵瓌恿Φ牟煌与姮F(xiàn)象又可區(qū)分為電沫　電滲、流動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位。其區(qū)別是：在電泳中流體是不移動的，而固體粒子是移動的：在電滲中多孔固體是不移動的，而流體發(fā)生移動?！　×鲃与娢缓统两惦娢欢际怯捎谕饧訖C械力量而引起的雙電層錯位。前者利用外力使流體通過多孔固體而產(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)動電現(xiàn)象的時間很早，1879年海姆荷茨第一次對動電現(xiàn)象作了解釋、但仍受靜電現(xiàn)象的束縛。20世紀初對動電現(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。　　對于微流動研究而言，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?！　?1.2　產(chǎn)生雙電層錯位的基本原理　　當某一物質(zhì)與極性介質(zhì)接觸時，在兩相的界面上就會帶上電荷，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，當介質(zhì)受到熱擴散作用時。部分異性離子被中和未被中和的稱為過剩反離子。著離開界面的距離越遠過剩反離子也越少，其分布呈擴散形式、如圖111所示?！　　?/pre>




編輯推薦
　　微流動是一門新興的、多學科交叉的學科，被麻省理工學院的“TechnologyReview”雜志評為21世紀十大新興科學技術(shù)之一?！段⒘鲃蛹捌湓骷废到y(tǒng)而具體地闡述了微流動的基本理論，并對用于微流動的微元器件進行了科學而系統(tǒng)的分類，最后給出了微流動在微機電系統(tǒng)、生物芯片、芯片實驗室、微機器人、微飛行器等領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。該書適合在微芯片、微機電系統(tǒng)等領(lǐng)域從事設(shè)計、開發(fā)、制造工作的科研人員閱讀。計光華，西安交通大學教授，長期從事低溫透平膨脹機和微流動的研究工作；計洪苗，新加坡科技發(fā)展局微電子研究院（IME）研究工程師，長期從事生物芯片、檢測芯片的研究工作，在微混合器、微反應(yīng)器、純化芯片等方面獲得八項美國及國際專利。





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