微混合器研究進(jìn)展課件

微混合器研究進(jìn)展SeminarⅡ?qū)W生：趙玉潮導(dǎo)師：袁權(quán)院士陳光文研究員

微化工技術(shù)組

2006/5微混合器研究進(jìn)展SeminarⅡ?qū)W生：趙玉潮1主要內(nèi)容材質(zhì)與加工方法流動特性分析微混合器分類混合效果評價方法主要內(nèi)容材質(zhì)與加工方法2（一）材質(zhì)與加工方法不銹鋼鋁片硅石英和玻璃硬質(zhì)高分子聚合物彈性聚合物光敏聚合物機(jī)械微加工濕法刻蝕干法刻蝕高分辨刻蝕(LIGA)注塑原位聚合熱壓氣相沉積軟刻蝕（一）材質(zhì)與加工方法不銹鋼機(jī)械微加工3（二）微混合器內(nèi)流體流動特點(diǎn)尺度?。?.01mm~10mm）Re<2000層流擴(kuò)散?。?！Einstein理論：水分子擴(kuò)散10μm約需1s擴(kuò)散1mm約需1000s

布朗運(yùn)動的擴(kuò)散系數(shù)：

流體性質(zhì)本身、溫度和一些常數(shù)有關(guān)

強(qiáng)化混合過程L操作和加工難度兩流體間接觸面積，二次流（橫向速度），

外加能量，微通道結(jié)構(gòu)和壁面注意：（二）微混合器內(nèi)流體流動特點(diǎn)尺度小Re<20004微尺度下混合原則InjectionofsubstreamPeriodicinjectionSplittingandrecombinationInjectionintoamainstreamForcedmasstransportcontactingDecreaseofdiffusionpathHighenergycollision微尺度下混合原則Injectionofsubstream5（三）微混合器分類主動式從動式微混合器有無動力源并行迭片串聯(lián)迭片注射/噴射混沌對流作用原理脈沖擾動電場擾動磁動力超聲波電動力熱擾動能量種類（三）微混合器分類主動式從動式微混合器有無動力源并行迭片串聯(lián)6從動式微混合器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單操作穩(wěn)定容易集成成本較低易自動化缺點(diǎn)混合時間長混合效果差濃度脈動譜慣性對流子域

粘性對流子域

粘性擴(kuò)散子域

宏觀湍流分散

介觀粘性變形

微觀分子擴(kuò)散

流體間的剪切和小尺度拉伸、折疊

接觸面積擴(kuò)散路徑

從動式微混合器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺7——平行迭片從動式兩股流體通過兩個入口同時進(jìn)入一個長的混合微通道，接觸后相互擴(kuò)散而進(jìn)行混合

設(shè)計(jì)理念：研究最多、最簡單、最重要的微混合器：“T”型微混合器

“Y”型微混合器

研究微尺度下傳遞現(xiàn)象的理想設(shè)備，如放大（縮?。┓▌t、蝴蝶效應(yīng)、以及其它非線性現(xiàn)象

Kockmann把微通道內(nèi)層流區(qū)域流型分為三種情況：即嚴(yán)格層流、渦流、席卷流；Wong等發(fā)現(xiàn)Re數(shù)在400～500，流速達(dá)7.6m/s，流體能夠較好混合，壓力高達(dá)700kPa，給微反應(yīng)系統(tǒng)的封裝和連接帶來了挑戰(zhàn)！——平行迭片從動式兩股流體通過兩個入口同時進(jìn)入一個長的混合微8——平行迭片從動式二次流現(xiàn)象：與流體主流方向垂直，強(qiáng)化混合過程邊界層分離：這種分離能夠形成漩渦，使流體層破裂形成轉(zhuǎn)動方向不同的小漩渦，減少擴(kuò)散距離，強(qiáng)化混合過程微尺度下通道內(nèi)存在彎曲點(diǎn)、不規(guī)則突起或節(jié)點(diǎn)時，使二次流和邊界層分離容易發(fā)生“Z”字型微混合器——平行迭片從動式二次流現(xiàn)象：與流體主流方向垂直，強(qiáng)化混合過9——平行迭片從動式“水力學(xué)聚焦”原理微混合器，減小橫向擴(kuò)散路徑時間交叉分段與“水力學(xué)聚焦”組合式微混合器——平行迭片從動式“水力學(xué)聚焦”原理微混合器，減小橫向擴(kuò)散路10——平行迭片IMM公司的Ehrfeld小組設(shè)計(jì)了一種交趾式微混和器

從動式——平行迭片IMM公司的Ehrfeld小組設(shè)計(jì)了一種交趾式微11——串聯(lián)迭片從動式入口兩流體首先水平呈一股流體流動，然后被垂直分割，再水平匯合，重復(fù)此過程，經(jīng)過m次匯合和分割后，則會出現(xiàn)2m層薄層流體，能夠使混合時間減小4m-1倍

定義：串聯(lián)迭片分割－匯合分割－分割－匯合——串聯(lián)迭片從動式入口兩流體首先水平呈一股流體流動，然后被垂12——串聯(lián)迭片從動式通過優(yōu)化微通道結(jié)構(gòu)，使流體層層疊加，He等設(shè)計(jì)了一種小體積、小流速的微混合器——串聯(lián)迭片從動式通過優(yōu)化微通道結(jié)構(gòu)，使流體13——注射式微混合器從動式一相主體流頂部或底部存在一系列噴嘴，而另一種流體通過這些噴嘴噴射入主體流中形成羽狀流，這種羽狀流能夠增加兩相接觸面積和減小混合路徑，強(qiáng)化混合過程定義：注射式微混合器二維模型

式中，K0，K1分別為第二類變形貝塞耳函數(shù)；Pe數(shù)和無量綱濃度c*分別為：Miyake等采用DRIE方法在硅片方形混合室內(nèi)加工了400個噴嘴；Larsen等利用CFD模擬方法研究了噴嘴形狀對混合的影響；

——注射式微混合器從動式一相主體流頂部或底部存在一系列噴嘴，14——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：

原理：對混合微通道內(nèi)部或外部形狀進(jìn)行一定形式的修飾，使流體層發(fā)生分割、拉長、折疊和破裂等現(xiàn)象，以強(qiáng)化混合過程

Hong等通過熱模壓和熱鍵合在環(huán)烯烴聚合物上加工出了一種修飾的Tesla結(jié)構(gòu)微混合器

Coanda效應(yīng)：使流體回流，由于回流的方向與主流方向相反，可以大大加強(qiáng)混沌對流，極大地強(qiáng)化混合效果結(jié)果表明：當(dāng)Re>5時混合效果就能達(dá)到理想效果——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：原15——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：

Liu等報導(dǎo)了一種由“C”型微混合單元串聯(lián)并垂直排列而成的三維蛇形微混合器

“T”型入口方式，六個微混合單元，微通道總長度為20mm。僅在相對高的雷諾數(shù)下（Re=25~70），混沌對流才能夠發(fā)生

——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：L16——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：

“L”型改進(jìn)“L”型流動折疊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)型其它類型微混合器

——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：“17——混沌對流從動式低雷諾數(shù)區(qū)域（Re<10）：

Johnson等首次發(fā)現(xiàn)微通道壁面上的凹槽能夠產(chǎn)生混沌對流，以電力驅(qū)動流體流動，在低雷諾數(shù)下就能獲得較好的混合效果：Stroock等研究了兩種不同凹槽結(jié)構(gòu)對混合的影響，如交錯排列的箭尾形結(jié)構(gòu)

——混沌對流從動式低雷諾數(shù)區(qū)域（Re<10）：Johnso18主動式微混合器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)混合時間短混合距離短可選擇性大適于極低Re數(shù)缺點(diǎn)不易集成成本較高制作困難材質(zhì)要求高主動式微混合器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺19脈沖擾動主動式壓力擾動速度脈沖側(cè)線進(jìn)料微攪拌（外加電磁場）脈沖擾動主動式壓力擾動速度脈沖側(cè)線進(jìn)料微攪拌（外加電磁場）20電場擾動主動式Moctar等把電極置于微通道內(nèi)，改變電極兩端電壓和頻率，使兩種不同性質(zhì)的流體按不同軌跡運(yùn)動，在微通道內(nèi)產(chǎn)生混沌對流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Re=0.02時就能達(dá)到較好混合效果電場擾動主動式Moctar等把電極置于微通道內(nèi)，改變電極兩端21其它能量形式磁動力：在外加磁場作用下，電極上產(chǎn)生直流電，使電解質(zhì)溶液中帶電粒子受到羅侖茲力，并帶動流體翻轉(zhuǎn)、折疊，增加接觸面積；超聲波：用聲波來攪拌微混合器內(nèi)的流體；

電動力：通過外加電流，改變電滲流速度大小和方向，產(chǎn)生混沌對流，達(dá)到強(qiáng)化混合過程的目的；熱擾動：改變擴(kuò)散系數(shù)D，如利用熱泡產(chǎn)生流體擾動，以強(qiáng)化混合過程主動式其它能量形式磁動力：在外加磁場作用下，電極上產(chǎn)生直流電，使電22（四）混合效果評價

可視化方法

標(biāo)記物技術(shù)微粒成像技術(shù)共聚焦檢測技術(shù)競爭反應(yīng)法

平行競爭反應(yīng)

連串競爭反應(yīng)

濃度輪廓分布法光學(xué)法

微傳感器

紅外光譜法

拉曼光譜法

評價方法理論模擬——CFD（四）混合效果評價可視化方法標(biāo)記物技術(shù)微粒成像技術(shù)共聚焦23混合效果評價——可視化方法標(biāo)記物技術(shù)共聚焦檢測技術(shù)微粒成像技術(shù)（實(shí)驗(yàn)）微粒成像技術(shù)（模擬）混合效果評價——可視化方法標(biāo)記物技術(shù)共聚焦檢測技術(shù)微粒成像技24混合效果評價——競爭反應(yīng)法傳統(tǒng)工程學(xué)派方法：混合效果評價——競爭反應(yīng)法傳統(tǒng)工程學(xué)派方法：25參考文獻(xiàn)[1]微流控分析芯片的制作及應(yīng)用，方肇倫主編，2005；[2]M.Kakuta,F.G.BessothandA.Manz,Microfabricateddevicesforfluidmixingandtheirapplicationforchemicalsynthesis,Chem.Rec.1(2001),395-405.[3]J.M.Ottino,W.E.Ranz,C.W.Macosko,Chem.Eng.Sci.,1979,34:877-890.[4]A.E.KamholzandP.Yager,Moleculardiffusivescalinglawsinpressure-drivenmicrofluidicchannels:deviationfromone-dimensionalEinsteinapproximations,SensorActuatorsB,82(2002),117–121.[5]S.H.Wong,M.C.L.Ward,C.W.Wharton,MicroT-mixerasarapidmixingmicromixer,SensorsandActuatorsB:Chemical2004,100,365-385.[6]S.H.Wong，M.C.L.Ward，C.W.Wharton，MicroT-mixerasarapidmixingmicromixer，SensorsandActuatorsB2004，100，359–379.[7]M.Koch,H.Witt,A.G.R.EvansandA.Brunnschweiler,Improvedcharacterizationtechniqueformicromixer,J.Micromech.Microeng.9(1999),156-158.[8]J.B.Knight,A.Vishwanath,J.P.BrodyandR.H.Austin,Hydrodynamicfocusingonasiliconchip:mixingnanolitersinmicroseconds,Phys.Rev.Lett.80(1998),3863–3866.[9]N.T.Nguyen,X.Y.Huang,Mixinginmicrochannelsbasedonhydrodynamicfocusingandtime-interleavedsegmentation:modellingandexperiment,LabChip,2005,5,1320–1326.[10]B.He,B.J.Burke,X.Zhang,R.Zhang,F.E.Regnier,Apicoliter-volumemixerformicrofluidicanalyticalsystems,Anal.Chem.2001,73,1942–1947.[11]W.Ehrfeld,V.Hessel,S.Kiesewalter,H.L?we,T.Richter,J.Schiewe,MicroreactionTechnology:IndustrialProspects;Springer:Berlin,2000;p14.[12]B.L.Grayetal,Novelinterconnectiontechnologiesforintegratedmicrofluidicsystems,SensorsActuatorsA,77(1999),57–65.

[13]M.S.MunsonandP.Yager,Simplequantitativeopticalmethodformonitoringtheextentofmixingappliedtoanovelmicrofluidicmixer,Anal.Chim.Acta,507(2004),63–71.

參考文獻(xiàn)[1]微流控分析芯片的制作及應(yīng)用，方肇倫主編，2026[14]V.Mengeaud,J.JosserandandH.H.Girault,Mixingprocessesinazigzagmicrochannel:finiteelementsimulationandopticalstudy,Anal.Chem.74(2002),4279–4286.[15]N.T.NguyenandZ.G.Wu,Micromixers-areview,J.Micromech.Microeng.15(2005),1-16.[16]C.C.Hong,J.W.ChoiandC.H.Ahn,Anovelin-planemicrofluidicmixerwithmodifiedteslastructures,LabonaChip4(2004),109–113.[17]R.H.Liuetal,Passivemixinginathree-dimensionalserpentinemicrochannel,J.Microelectromech.Syst.9(2000),190–197.[18]R.A.Vijiayendranetal,Evaluationofathree-dimensionalmicromixerinasurface-basedbiosensor,Langmuir,19(2003),1824–1828.[19]H.ChenandJ.C.Meiners,Topologicmixingonamicrofluidicchip,Appl.Phys.Lett.84(2004),2193–2195.[20]S.J.Parketal,Rapidthree-dimensionalpassiverotationmicromixerusingthebreakupprocessJ.Micromech.Microeng.14(2004),6–14.[21]C.P.Jenetal,Designandsimulationofthemicromixerwithchaoticadvectionintwistedmicrochannels,LabonaChip,3(2003),77–81.[22]T.J.Johnson,D.RossandL.E.Locascio,Rapidmicrofluidicmixing,Anal.Chem.74(2002),45–51.[23]A.D.Stroock,S.K.W.Dertinger,A.Ajdari,I.Mezic,H.A.StoneandG.M.Whitesides,Chaoticmixerformicrochannels,Science,295(2002),647-651.[24]Fujiietal,Aplugandplaymicrofluidicdevice,LabonaChip,3(2003),193–197.[25]I.GlasgowandN.Aubry,Enhancementofmicrofluidicmixingusingtimepulsing,LabonaChip,3(2003),114–120.[26]L.H.Lu,K.S.RyuandC.Liu,Amagneticmicrostirrerandarrayformicrofluidicmixing,J.Microelectromech.Syst.11(2002),462–469.[27]A.O.ElMoctar,N.AubryandJ.Batton,Electro–hydrodynamicmicro-fluidicmixer,LabonaChip,3(2003),273–280.

參考文獻(xiàn)(續(xù))[14]V.Mengeaud,J.Josserand27[28]H.H.Bau,J.ZhongandM.Yi,Aminutemagnetohydrodynamic(MHD)mixer,SensorsActuatorsB,79(2001),207–215.[29]J.C.Rifeetal,Miniaturevalvelessultrasonicpumpsandmixers,SensorsActuatorsA86(2000),135–140.[30]S.C.Jacobson,T.E.McKnightandJ.M.Ramsey,Microfluidicdevicesforelectrokinematicallydrivenparallelandserialmixing,Anal.Chem.71(1999),4455–4459.[31]H.Mao,T.YangandP.S.Cremer,Amicrofluidicdevicewithalineartemperaturegradientforparallelandcombinatorialmeasurements,J.Am.Chem.Soc.124(2002),4432–4435.[32]J.H.TsaiandL.Lin,Activemicrofluidicmixerandgasbubblefilterdrivenbythermalbubblepump,SensorsActuatorsA,97–98(2002),665–671.[33]J.R.Bourne,F.Kozicki,P.Rys,Mixingandfastchemicalreaction—testreactionstodeterminesegregation,Chem.Eng.Sci.1981,36,1643.[34]A.Karoui,F.Hakenholz,N.LeSauze,J.Costes,J.Bertrand,DeterminationofthemixingperformanceofSulzerSMVstaticmixersbylaserinducedfluorescence,Can.J.Chem.Eng.1998,76,522.[35]A.D.StroockandG.M.Whitesides,Controllingflowsinmicrochannelswithpatternedsurfacechargeandtopography,Acc.Chem.Res.36(2003),597–604.[36]R.F.Ismagilovetal,Experimentalandtheoreticalscalinglawsfortransversediffusivebroadeningintwo-phaselaminarflowsinmicrochannels,Appl.Phys.Lett.76(2000),2376–2378.[37]W.Ehrfeld,K.Golbig,V.Hessel,H.Loewe,T.Richter,Characterizationofmixinginmicromixersbyatestreaction:singlemixingunitsandmixerarrays,Ind.Eng.Chem.Res.1999,383,1075.[38]M.C.Fournier,L.Falk,J.Villermaux,Anewparallelcompetingreactionsystemforassessingmicromixingefficiency—experimentalapproach,Chem.Eng.Sci.1996,51,5053.[39]P.Guichardon,L.Falk,Characterizationofmicromixingefficiencybytheiodide–iodatereactionsystem.PartI.Experimentalprocedure,Chem.Eng.Sci.2000,55,4233.[40]Loebbecke,S.,etal.,2000.ApplicationsofFTIRmicroscopyforprocessmonitoringinsiliconmicroreactors.In:VDEWorldMicrotechnologiesCongress,MICRO.tec2000,EXPOHannover.VDEVerlag,Berlin,pp.789–791.[41]V.Hessel,etal.,2003.Laminarmixingindifferentinterdigitalmicromixers—partI:experimentalcharacterization.A.I.Ch.E.49(3),566–577.參考文獻(xiàn)(續(xù))[28]H.H.Bau,J.ZhongandM28謝謝大家！謝謝大家！29微混合器研究進(jìn)展SeminarⅡ?qū)W生：趙玉潮導(dǎo)師：袁權(quán)院士陳光文研究員

微化工技術(shù)組

2006/5微混合器研究進(jìn)展SeminarⅡ?qū)W生：趙玉潮30主要內(nèi)容材質(zhì)與加工方法流動特性分析微混合器分類混合效果評價方法主要內(nèi)容材質(zhì)與加工方法31（一）材質(zhì)與加工方法不銹鋼鋁片硅石英和玻璃硬質(zhì)高分子聚合物彈性聚合物光敏聚合物機(jī)械微加工濕法刻蝕干法刻蝕高分辨刻蝕(LIGA)注塑原位聚合熱壓氣相沉積軟刻蝕（一）材質(zhì)與加工方法不銹鋼機(jī)械微加工32（二）微混合器內(nèi)流體流動特點(diǎn)尺度小（0.01mm~10mm）Re<2000層流擴(kuò)散?。?！Einstein理論：水分子擴(kuò)散10μm約需1s擴(kuò)散1mm約需1000s

布朗運(yùn)動的擴(kuò)散系數(shù)：

流體性質(zhì)本身、溫度和一些常數(shù)有關(guān)

強(qiáng)化混合過程L操作和加工難度兩流體間接觸面積，二次流（橫向速度），

外加能量，微通道結(jié)構(gòu)和壁面注意：（二）微混合器內(nèi)流體流動特點(diǎn)尺度小Re<200033微尺度下混合原則InjectionofsubstreamPeriodicinjectionSplittingandrecombinationInjectionintoamainstreamForcedmasstransportcontactingDecreaseofdiffusionpathHighenergycollision微尺度下混合原則Injectionofsubstream34（三）微混合器分類主動式從動式微混合器有無動力源并行迭片串聯(lián)迭片注射/噴射混沌對流作用原理脈沖擾動電場擾動磁動力超聲波電動力熱擾動能量種類（三）微混合器分類主動式從動式微混合器有無動力源并行迭片串聯(lián)35從動式微混合器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單操作穩(wěn)定容易集成成本較低易自動化缺點(diǎn)混合時間長混合效果差濃度脈動譜慣性對流子域

粘性對流子域

粘性擴(kuò)散子域

宏觀湍流分散

介觀粘性變形

微觀分子擴(kuò)散

流體間的剪切和小尺度拉伸、折疊

接觸面積擴(kuò)散路徑

從動式微混合器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺36——平行迭片從動式兩股流體通過兩個入口同時進(jìn)入一個長的混合微通道，接觸后相互擴(kuò)散而進(jìn)行混合

設(shè)計(jì)理念：研究最多、最簡單、最重要的微混合器：“T”型微混合器

“Y”型微混合器

研究微尺度下傳遞現(xiàn)象的理想設(shè)備，如放大（縮?。┓▌t、蝴蝶效應(yīng)、以及其它非線性現(xiàn)象

Kockmann把微通道內(nèi)層流區(qū)域流型分為三種情況：即嚴(yán)格層流、渦流、席卷流；Wong等發(fā)現(xiàn)Re數(shù)在400～500，流速達(dá)7.6m/s，流體能夠較好混合，壓力高達(dá)700kPa，給微反應(yīng)系統(tǒng)的封裝和連接帶來了挑戰(zhàn)！——平行迭片從動式兩股流體通過兩個入口同時進(jìn)入一個長的混合微37——平行迭片從動式二次流現(xiàn)象：與流體主流方向垂直，強(qiáng)化混合過程邊界層分離：這種分離能夠形成漩渦，使流體層破裂形成轉(zhuǎn)動方向不同的小漩渦，減少擴(kuò)散距離，強(qiáng)化混合過程微尺度下通道內(nèi)存在彎曲點(diǎn)、不規(guī)則突起或節(jié)點(diǎn)時，使二次流和邊界層分離容易發(fā)生“Z”字型微混合器——平行迭片從動式二次流現(xiàn)象：與流體主流方向垂直，強(qiáng)化混合過38——平行迭片從動式“水力學(xué)聚焦”原理微混合器，減小橫向擴(kuò)散路徑時間交叉分段與“水力學(xué)聚焦”組合式微混合器——平行迭片從動式“水力學(xué)聚焦”原理微混合器，減小橫向擴(kuò)散路39——平行迭片IMM公司的Ehrfeld小組設(shè)計(jì)了一種交趾式微混和器

從動式——平行迭片IMM公司的Ehrfeld小組設(shè)計(jì)了一種交趾式微40——串聯(lián)迭片從動式入口兩流體首先水平呈一股流體流動，然后被垂直分割，再水平匯合，重復(fù)此過程，經(jīng)過m次匯合和分割后，則會出現(xiàn)2m層薄層流體，能夠使混合時間減小4m-1倍

定義：串聯(lián)迭片分割－匯合分割－分割－匯合——串聯(lián)迭片從動式入口兩流體首先水平呈一股流體流動，然后被垂41——串聯(lián)迭片從動式通過優(yōu)化微通道結(jié)構(gòu)，使流體層層疊加，He等設(shè)計(jì)了一種小體積、小流速的微混合器——串聯(lián)迭片從動式通過優(yōu)化微通道結(jié)構(gòu)，使流體42——注射式微混合器從動式一相主體流頂部或底部存在一系列噴嘴，而另一種流體通過這些噴嘴噴射入主體流中形成羽狀流，這種羽狀流能夠增加兩相接觸面積和減小混合路徑，強(qiáng)化混合過程定義：注射式微混合器二維模型

式中，K0，K1分別為第二類變形貝塞耳函數(shù)；Pe數(shù)和無量綱濃度c*分別為：Miyake等采用DRIE方法在硅片方形混合室內(nèi)加工了400個噴嘴；Larsen等利用CFD模擬方法研究了噴嘴形狀對混合的影響；

——注射式微混合器從動式一相主體流頂部或底部存在一系列噴嘴，43——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：

原理：對混合微通道內(nèi)部或外部形狀進(jìn)行一定形式的修飾，使流體層發(fā)生分割、拉長、折疊和破裂等現(xiàn)象，以強(qiáng)化混合過程

Hong等通過熱模壓和熱鍵合在環(huán)烯烴聚合物上加工出了一種修飾的Tesla結(jié)構(gòu)微混合器

Coanda效應(yīng)：使流體回流，由于回流的方向與主流方向相反，可以大大加強(qiáng)混沌對流，極大地強(qiáng)化混合效果結(jié)果表明：當(dāng)Re>5時混合效果就能達(dá)到理想效果——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：原44——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：

Liu等報導(dǎo)了一種由“C”型微混合單元串聯(lián)并垂直排列而成的三維蛇形微混合器

“T”型入口方式，六個微混合單元，微通道總長度為20mm。僅在相對高的雷諾數(shù)下（Re=25~70），混沌對流才能夠發(fā)生

——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：L45——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：

“L”型改進(jìn)“L”型流動折疊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)型其它類型微混合器

——混沌對流從動式中等雷諾數(shù)區(qū)域（10<Re<100）：“46——混沌對流從動式低雷諾數(shù)區(qū)域（Re<10）：

Johnson等首次發(fā)現(xiàn)微通道壁面上的凹槽能夠產(chǎn)生混沌對流，以電力驅(qū)動流體流動，在低雷諾數(shù)下就能獲得較好的混合效果：Stroock等研究了兩種不同凹槽結(jié)構(gòu)對混合的影響，如交錯排列的箭尾形結(jié)構(gòu)

——混沌對流從動式低雷諾數(shù)區(qū)域（Re<10）：Johnso47主動式微混合器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)混合時間短混合距離短可選擇性大適于極低Re數(shù)缺點(diǎn)不易集成成本較高制作困難材質(zhì)要求高主動式微混合器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺48脈沖擾動主動式壓力擾動速度脈沖側(cè)線進(jìn)料微攪拌（外加電磁場）脈沖擾動主動式壓力擾動速度脈沖側(cè)線進(jìn)料微攪拌（外加電磁場）49電場擾動主動式Moctar等把電極置于微通道內(nèi)，改變電極兩端電壓和頻率，使兩種不同性質(zhì)的流體按不同軌跡運(yùn)動，在微通道內(nèi)產(chǎn)生混沌對流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Re=0.02時就能達(dá)到較好混合效果電場擾動主動式Moctar等把電極置于微通道內(nèi)，改變電極兩端50其它能量形式磁動力：在外加磁場作用下，電極上產(chǎn)生直流電，使電解質(zhì)溶液中帶電粒子受到羅侖茲力，并帶動流體翻轉(zhuǎn)、折疊，增加接觸面積；超聲波：用聲波來攪拌微混合器內(nèi)的流體；

電動力：通過外加電流，改變電滲流速度大小和方向，產(chǎn)生混沌對流，達(dá)到強(qiáng)化混合過程的目的；熱擾動：改變擴(kuò)散系數(shù)D，如利用熱泡產(chǎn)生流體擾動，以強(qiáng)化混合過程主動式其它能量形式磁動力：在外加磁場作用下，電極上產(chǎn)生直流電，使電51（四）混合效果評價

可視化方法

標(biāo)記物技術(shù)微粒成像技術(shù)共聚焦檢測技術(shù)競爭反應(yīng)法

平行競爭反應(yīng)

連串競爭反應(yīng)

濃度輪廓分布法光學(xué)法

微傳感器

紅外光譜法

拉曼光譜法

評價方法理論模擬——CFD（四）混合效果評價可視化方法標(biāo)記物技術(shù)微粒成像技術(shù)共聚焦52混合效果評價——可視化方法標(biāo)記物技術(shù)共聚焦檢測技術(shù)微粒成像技術(shù)（實(shí)驗(yàn)）微粒成像技術(shù)（模擬）混合效果評價——可視化方法標(biāo)記物技術(shù)共聚焦檢測技術(shù)微粒成像技53混合效果評價——競爭反應(yīng)法傳統(tǒng)工程學(xué)派方法：混合效果評價——競爭反應(yīng)法傳統(tǒng)工程學(xué)派方法：54參考文獻(xiàn)[1]微流控分析芯片的制作及應(yīng)用，方肇倫主編，2005；[2]M.Kakuta,F.G.BessothandA.Manz,Microfabricateddevicesforfluidmixingandtheirapplicationforchemicalsynthesis,Chem.Rec.1(2001),395-405.[3]J.M.Ottino,W.E.Ranz,C.W.Macosko,Chem.Eng.Sci.,1979,34:877-890.[4]A.E.KamholzandP.Yager,Moleculardiffusivescalinglawsinpressure-drivenmicrofluidicchannels:deviationfromone-dimensionalEinsteinapproximations,SensorActuatorsB,82(2002),117–121.[5]S.H.Wong,M.C.L.Ward,C.W.Wharton,MicroT-mixerasarapidmixingmicromixer,SensorsandActuatorsB:Chemical2004,100,365-385.[6]S.H.Wong，M.C.L.Ward，C.W.Wharton，MicroT-mixerasarapidmixingmicromixer，SensorsandActuatorsB2004，100，359–379.[7]M.Koch,H.Witt,A.G.R.EvansandA.Brunnschweiler,Improvedcharacterizationtechniqueformicromixer,J.Micromech.Microeng.9(1999),156-158.[8]J.B.Knight,A.Vishwanath,J.P.BrodyandR.H.Austin,Hydrodynamicfocusingonasiliconchip:mixingnanolitersinmicroseconds,Phys.Rev.Lett.80(1998),3863–3866.[9]N.T.Nguyen,X.Y.Huang,Mixinginmicrochannelsbasedonhydrodynamicfocusingandtime-interleavedsegmentation:modellingandexperiment,LabChip,2005,5,1320–1326.[10]B.He,B.J.Burke,X.Zhang,R.Zhang,F.E.Regnier,Apicoliter-volumemixerformicrofluidicanalyticalsystems,Anal.Chem.2001,73,1942–1947.[11]W.Ehrfeld,V.Hessel,S.Kiesewalter,H.L?we,T.Richter,J.Schiewe,MicroreactionTechnology:IndustrialProspects;Springer:Berlin,2000;p14.[12]B.L.Grayetal,Novelinterconnectiontechnologiesforintegratedmicrofluidicsystems,SensorsActuatorsA,77(1999),57–65.

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