本文關鍵詞：仿生微流控泵的微孔擴散機制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著微流控技術的發(fā)展,微流體驅動技術越來越受到人們的重視。微流體的驅動控制技術是微流控芯片能夠廣泛應用和發(fā)展的前提和關鍵。只有實現了對流體的控制,才能完成生物、化學、醫(yī)學等實驗需要的各種操作�；谥参餁饪渍趄v作用的機理,本文提出了一種新的微流體驅動方式。 水蒸氣通過植物氣孔擴散到周圍環(huán)境的效率很高,相當于相同面積自由水的幾十倍。本文研究了植物蒸騰作用的機理,包括植物體內水分運輸的機理及氣孔蒸騰作用的機理。氣孔的大小及分布影響氣孔蒸騰的效率。本文通過仿真及實驗研究了不同孔間尺寸和不同孔間距離對水蒸氣擴散速率的影響。主要內容如下： (1)植物通過根部的主動吸收,將水分從土壤吸收到植物體內；氣孔蒸騰作用在植物體內產生負壓,在大氣壓的驅動下拉動液體上升至葉片；分子的內聚力保證水分可以連續(xù)上升; (2)基于氣孔蒸騰作用的機理,建立了水蒸氣通過氣孔擴散的數學模型,在COMSOL Multiphysics軟件平臺上,對水蒸氣通過微孔陣列的擴散過程進行了仿真模擬。通過分析水蒸氣通過不同尺寸、不同孔間距的微孔陣列的擴散通量,得到微孔的尺寸、孔間距對水蒸氣擴散速率的影響。結果表明,水蒸氣通過氣孔擴散的過程存在邊緣效應,并且孔間距的增加和孔尺寸減小均可降低相鄰孔間干擾,從而增大水蒸氣的擴散速率； (3)基于植物體內水分運輸的機理及氣孔蒸騰的機理,設計并制作了帶有微孔膜的仿生微流控泵,用于模擬植物的蒸騰作用。仿生微流控泵主要由微孔膜、多孔介質、儲液池三部分構成。上層的SU-8膠微孔膜上有微孔陣列,用來模仿植物氣孔,水蒸氣經由微孔膜中的微孔陣列擴散到周圍環(huán)境中。中間層采用親水性的多孔陶瓷,用于模擬葉肉細胞中的細胞間隙,其內部有很多互交連的立體微孔納孔通道結構,提供巨大的蒸發(fā)表面積。底層有進水通道和排水通道,進水通道與外部蓄水池相連,源源不斷的為微泵提供水分,排水通道用來排出多余的氣體和水分。 (4)通過測量帶有不微孔膜時仿生微泵的流量,得到孔尺寸及孔間距對水蒸氣擴散速度的影響,將實驗結果與仿真結果進行對比,得到的孔尺寸及孔間距離對孔流量的影響基本相同。 水分通過微孔擴散是通過自由水表面擴散的幾十倍,仿真及實驗結果均表明,當孔間距離越大時,相鄰孔之間的干擾越小,水蒸氣通過微孔擴散的速度越快。孔尺寸越小單位面積的孔的流量越高,水蒸氣通過微孔擴散的效率越高。
【關鍵詞】：仿生微泵 氣孔蒸騰 微孔水分擴散 邊緣效應
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH38;TB17
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 背景和意義10-12
• 1.1.1 微泵分類和特點10-11
• 1.1.2 微泵存在的問題11-12
• 1.2 微流控泵研究現狀12-15
• 1.2.2 微泵的國內外研究現狀12-15
• 1.3 水分微孔擴散機制的研究現狀15-16
• 1.3.1 小孔擴散理論15
• 1.3.2 相鄰孔對擴散速度的影響15-16
• 1.4 研究意義及主要內容16-19
• 1.4.1 研究意義16-17
• 1.4.2 研究內容17-19
• 2 植物水分傳輸機理研究19-27
• 2.1 植物的蒸騰作用19
• 2.2 植物體內水分傳輸的機理19-22
• 2.2.1 水分傳輸通道19-20
• 2.2.2 水分傳輸的動力20-21
• 2.2.3 水分傳輸中的負壓21-22
• 2.3 植物氣孔蒸騰作用的機理22-26
• 2.3.1 氣孔的生理生態(tài)學基礎22-24
• 2.3.2 氣孔蒸騰及機理24-26
• 2.4 本章小結26-27
• 3 微孔擴散邊緣效應的仿真分析27-34
• 3.1 氣體擴散的理論分析27
• 3.2 仿真模型的建立27-29
• 3.2.1 模型尺寸的確定27-28
• 3.2.2 模型的建立28-29
• 3.3 仿真結果29-33
• 3.3.1 水蒸氣濃度的仿真結果29-30
• 3.3.2 水蒸氣擴散通量的仿真結果30-31
• 3.3.3 仿真結果分析31-33
• 3.4 本章小結33-34
• 4 仿生微孔膜和仿生微泵的設計及制作34-43
• 4.1 仿生微泵的設計34
• 4.2 多孔介質材料的選取34-36
• 4.2.1 多孔介質概述34-35
• 4.2.2 多孔介質材料的選取35-36
• 4.3 微孔膜的設計及制作36-39
• 4.3.1 微孔膜材料的選擇36
• 4.3.2 SU-8微孔膜的設計36-37
• 4.3.3 SU-8膠微孔膜的制作工藝37-39
• 4.4 微泵泵體的設計及制作39-41
• 4.4.1 微泵泵體的設計39-40
• 4.4.2 微泵泵體的制作40-41
• 4.5 微泵的組裝及密封41
• 4.6 本章小結41-43
• 5 仿生微流控泵的微孔水分擴散實驗43-49
• 5.1 微泵氣體蒸發(fā)流量的測定方法43
• 5.2 實驗結果43-47
• 5.2.1 微泵流速的計算43-45
• 5.2.2 微泵流速的穩(wěn)定性45-46
• 5.2.3 水蒸氣通過微孔擴散的速度46-47
• 5.3 實驗結果與仿真結果對比47-48
• 5.4 本章小結48-49
• 結論49-50
• 參考文獻50-53
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況53-54
• 致謝54-55

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 白重炎;馬海梅;靳芬;侯仁浩;高尚峰;;核桃葉面氣孔性狀研究[J];安徽農業(yè)科學;2010年11期

2 蘇奇名;劉世炳;陳濤;;生物芯片的引擎——微泵[J];北京生物醫(yī)學工程;2006年06期

3 張秀芳;氣孔蒸騰的動力及小孔定律[J];濱州教育學院學報;2000年04期

4 歐可宗;對樹液上升動力的探討和比較[J];大學物理;2004年02期

5 關艷霞,戴敬,方肇倫;以毛細和蒸發(fā)作用為驅動力的微泵的研制[J];分析化學;2005年03期

6 周圍;張思祥;冉多鋼;柳葆;;微流控技術在多領域的應用進展[J];光譜儀器與分析;2009年Z1期

7 李清嶺;陳令新;;微流體驅動與控制技術[J];化學進展;2008年09期

8 馬之勝;賈云云;王建學;王越輝;;桃樹葉片氣孔密度的研究[J];江西農業(yè)學報;2008年05期

9 何春霞;李吉躍;郭明;;樹木樹液上升機理研究進展[J];生態(tài)學報;2007年01期

10 張秀芳,石東里;氣孔蒸騰的動力及小孔定律[J];生物學通報;2002年03期

  本文關鍵詞：仿生微流控泵的微孔擴散機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：276916