基于离子液体的MHD驱动实验研究

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离子液体具有无明显蒸汽压、宽电化学窗口、高离子电导率、不易挥发等特点,是一种新兴液体材料。国内外有关离子液体的研究和应用主要集中在化学领域,其在物理领域的研究很少。离子液体也是良好的光电介质,可应用于微流控技术中,然而有关它在微流控中的研究报道很少。本文提出将离子液体应用于微流控技术,而微流控驱动技术是微流控技术中的关键技术,也是微流控应用中的瓶颈。  本文提出以离子液体作为微流控技术的流体介质,采用磁流体动力学(magnetohydrodyn-amic,MHD)驱动技术,运用电磁场中导电液体受到洛伦兹力的原理驱动流体,并主要通过实验研究了基于离子液体的MHD驱动技术。首先阐述了离子液体的物理特性,并在磁流体动力学的基础上对离子液体的MHD驱动进行了理论研究,利用有限体积法(Finite Volume Method, FVM)对离子液体驱动进行数值模拟分析,获得流道内的流场分布情况。在理论和仿真的基础上,设计了两个实验分别用于测量[bmim]NTf2离子液体的流速和驱动压差,并通过实验结果与理论值的比较,发现泊肃叶理论不是很适合MHD驱动研究。利用[bmim]BF4离子液体研究了水对离子液体MHD驱动的影响,结果发现微量水可以提高 MHD驱动力,但同时会伴有气泡产生。并分别将[bmim]BF4和[bmim]NTf2离子液体与NaCl电解液MHD驱动实验进行比较分析,验证了基于离子液体的MHD驱动方法的可靠性与可行性。此外,实验结果表明:3ml的[bmim]NTf2离子液体在0.4T稳恒磁场、15V直流电压下具有良好的稳定性,其垂直驱动压差测得为3.2mm;直流电压6V和8V时,流速分别为2.7μl/s和7.8μl/s;并且离子液体在微流体输送微粒上有一定优势。  基于离子液体的MHD驱动技术具有结构简单、驱动电压低、驱动力大以及稳定性较好等优点,可以应用于微全分析系统、粒子输送、微流体/光流体开关等。离子液体MHD驱动技术除了驱动流体,还可通过控制微通道的局部电场改变流动方向和模式。对离子液体的MHD驱动技术进行实验研究,可以促进离子液体在微流控技术中的应用。
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