U型微纳米通道系统中离子浓差极化现象及其应用仿真研究

发布时间：2024-03-20 05:05

　　随着微纳米系统在电渗微泵、海水淡化、分子富集等工程领域的广泛应用,对微纳米系统的理论研究受到了越来越多人的重视。U型微纳米通道作为一种基础的微纳米通道结构,能够产生明显的流动扰动,可以作为微流体混合器、电渗微泵以及细胞裂解装置,但与之相关的理论研究还处于初始阶段。本文利用数值仿真的方法对U型微纳米通道系统中的电动力学特性进行了研究,分析了关键物理参数(外部电压、外部压力)和结构参数(纳米通道数量、纳米通道间距)对系统输出指标(电场、压力、剪切应力等)的影响。仿真结果表明纳米通道中的离子选择性输运造成了离子浓差极化现象,在微纳米通道交界处的离子耗尽区域内产生了显著增强的电场以及电动流动。该系统中的电流强度、流体速度和最大剪切应力等指标均随外部电压的增加而线性增大。对不同纳米通道数量和纳米通道间距的系统进行的仿真计算表明,增加纳米通道数量和增大纳米通道间距均能使微纳米通道交界处的压强差得到增大,而只有增加纳米通道数量的方法才能增强微纳米通道交界处的电场。增加压力流会导致离子耗尽区域被压缩直至被完全破坏,从而降低系统的除盐效果并使其丧失局部增强的剪切流。本文所揭示的U型微纳米通道系统中的电动...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1(a)微米通道单侧带电壁面附近的离子分布以及电势分布;(b)微米通道中离子分布

常用德拜长度(λD)来描述。双电层内反离子的数量明显大于同性离子的数量，因此双电层内电解质溶液带有一定数量的净电荷。当电解质溶液处于平行于通道壁面的电场中时，液体所受的电场力会带动流体发生定向流动，形成电渗流(ElectroosmoticFlow,EOF)[16,17]。电渗....

图1-2离子交换膜附近的ICP现象[22]

下纳米孔只允许阳离子通过，阴离子则无法通过，我们将这种交换膜(CationExchangeMembrane,CEM)。如图1-2所示，阳分为左右两个区域。在直流电压作用下，整个系统产生向右的区域的阳离子穿过阳离子交换膜进入右侧区域。同时阴离子受运动，右侧区域的阴离子运动....

图1-5纳米通道连接的U型微混合器示意图

温州大学硕士学位论文6所示，他们设计了一种纳米通道两端不对称的结构。该混合器仅术制备微米通道和电击穿方法来制备纳米结。

图1-7用纳米颗粒缝隙代替纳米通道的U型微混合器示意图

温州大学硕士学位论文图1-7所示，Choi等人提出用纳米颗粒之间的间隙来代替纳米通道器[46]。传统微加工技术无法加工深宽比很高的纳米通道，而且深宽大通道结构就容易垮塌，因此微纳米系统中的纳米通道深度远小于深度，该方法利用纳米颗粒间的缝隙来近似模拟纳米通道很好的克宽比纳米通....

本文编号：3933004