[發明專利]基于微流體控制與賈敏效應觀測的實驗系統及其實驗方法

在審

• 申請號: 201910498998.5
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110302851A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 王剛;陳建強;劉義鑫;劉昆輪;劉學麟;劉旭東;唐翔宇
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01L19/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張紅鳳

1.一種基于微流體控制與賈敏效應觀測的實驗系統，其包括壓力驅動裝置、數據采集裝置、圖形采集裝置，其特征在于：

還包括內有光刻微米級通道的微硅芯片，所述的微硅芯片的一側連接所述壓力驅動裝置，另一側連接所述數據采集裝置，所述的圖形采集裝置位于所述微硅芯片的正上方；

所述的壓力驅動裝置用于實驗系統的流體注入與壓力控制；

所述的數據采集裝置用于輔助數據的收集與處理；

所述的圖形采集裝置用于拍攝記錄流體液滴在微通道內的變形圖像，并觀察其兩相界面情況。

2.根據權利要求1所述的一種基于微流體控制與賈敏效應觀測的實驗系統，其特征在于：所述的微硅芯片分為上、中、下三層，上、下層為透明的上蓋和下墊，中層為光刻微米級通道的通道層；所述的通道層，分為前后兩部分，前半部分為十字形通道，十字的上下兩端為氣體進入口，十字左側為液體進入口，十字右側連接后半部分，后半部分為一條直通道，通道前段為直徑為10微米的圓形截面通道，中段縮小為直徑為5微米的圓形截面通道，后段又擴張為直徑為10微米的圓形截面通道。

3.根據權利要求2所述的一種基于微流體控制與賈敏效應觀測的實驗系統，其特征在于：所述的數據采集裝置包括壓力傳感器、測量毛細管及計算機，所述通道層后半部分的后段圓形截面通道的出口與所述的測量毛細管連通，所述的壓力傳感器與所述的計算機連接。

4.根據權利要求3所述的一種基于微流體控制與賈敏效應觀測的實驗系統，其特征在于：所述的壓力驅動裝置包括注射泵、氣體鋼瓶、止逆閥、三通、壓力控制閥及軟管，所述的注射泵通過所述軟管與所述三通的一個端口相連，所述的三通的另一端口與微硅芯片中的液體進入口相連，所述的三通的再一端口連接所述壓力傳感器；所述鋼瓶與所述的微硅芯片的氣體進入口相連，所述的微硅芯片固定在顯微鏡工作臺上。

5.根據權利要求4所述的一種基于微流體控制與賈敏效應觀測的實驗系統，其特征在于：所述的圖形采集裝置包括顯微鏡和攝像機，所述的攝像機安裝在所述的顯微鏡的攝影接筒上，并且與所述的計算機連接。

6.一種基于微流體控制與賈敏效應觀測的實驗方法，其特征在于，其采用權利要求5所述的基于微流體控制與賈敏效應觀測的實驗系統，所述實驗方法依次包括以下步驟：

a、實驗準備：

根據實驗需求，預先制備去離子水、一定濃度的表面活性劑溶液、含有納米材料的納米流體三種液體，取等體積的三種液體放入壓力驅動裝置的注射泵中；將各個實驗裝置連接好，并接通注水泵電源，注入流體，檢查連接處的密封情況完好后，用注水泵注入空氣，排空管道中的液體；用注射器針頭在測量毛細管中間部位注入一滴水珠，封閉測量毛細管與外界的接觸；接通各個實驗裝置電源，將注射泵數據歸零；顯微鏡對準十字形通道中心位置，自動對焦，調整畫面清晰度，使其清晰的投影到計算機顯示器；

b、實驗步驟及數據收集：

實驗開始時，設置注射泵使其按一定流量開始注入配置好的液體，通過壓力傳感器觀測其注入壓力數據，并記錄在計算機里；通過顯微鏡觀察配置好的液體在十字通道中的運動，調整氣體注入壓力，使十字形通道上下通道中注入的氣體將液體掐斷，形成液滴，不斷控制氣體和液體壓力，得到多個不同大小的液滴；

得到液滴后，停止液體與氣體注入，調整顯微鏡觀察點至喉道處，自動對焦，使喉道處液滴運動情況呈現在計算機的顯示器上，繼續注射液體；

液滴在喉道處由于通道直徑的變化會產生變形，其變形過程被顯微鏡捕捉，并被攝像機拍攝下來顯示在計算機的顯示器上，通過液滴的界面弧度可以分析其表面張力的變化情況；

流經通道的流體最后流入水平放置的測量毛細管，秒表從液體流入測量毛細管開始計時，通過毛細管內液體的體積與時間，可以得出其流量數據；

注射泵內更換成內有空氣的注射器，注入空氣，排空其中的流體，然后換下一種液體重復上述實驗并記錄相關數據。