分類號 密級 編號 中國科學(xué)院研究生院 碩士學(xué)位論文 劉 志 鵬 指導(dǎo)教師姓名 徐 進(jìn) 良 中科院廣州能源研究 所 研究員、博士 申請學(xué)位級別 碩士 學(xué)位 學(xué)科專業(yè)名稱 工程熱物理 論文提交日期 2008 年 5 月 論文答辯日期 2008 年 6 月 培 養(yǎng) 單 位 中國科學(xué)院廣州能源研究所 學(xué)位授予單位 中國科學(xué)院研究生院 答辯委員會主席 2008 年 6 月摘要 I 摘 要 液液（氣液） 相 微反應(yīng)器技術(shù)是一種發(fā)展很快、應(yīng)用很廣的化工、生物技術(shù)，在生命科學(xué)以及諸多相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用，成為研究熱點(diǎn)之一。本研究工作是在對目前微反應(yīng)器微流控研究現(xiàn)狀綜合分析的基礎(chǔ)上提出兩種 T 型微通道結(jié)構(gòu)的液液相 微反應(yīng)器微流體控制裝置，并對其形成原因進(jìn)行 實(shí)驗(yàn) 分析。 在基于 T 型微通道的微反應(yīng)器微流控裝置的實(shí)驗(yàn)研究中，以水為分散相、硅油為連續(xù)相，對寬度 800m、 深度 為 30m 的 T 型垂直交錯結(jié)構(gòu)微通道中油包水型液 液相微反應(yīng)器 的形成進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過改變分散相和連續(xù)相流量配比，生成了大小可控的納升級 液滴。對 兩相 流量和液滴直徑的關(guān)系以及流速、壓力在液滴形成過程中的變化趨勢進(jìn)行了分析，得到粘性剪切力和界面張力是液滴形成的主要因素。 通 過 數(shù)據(jù) 分析了液滴形成中 幾何關(guān)系隨時間的變化規(guī)律，由此建立 液滴頻率 和直徑的半經(jīng)驗(yàn)公式 。 研究了液滴 流向 120m 微通道時， 在 臺階 突擴(kuò) 處 的破裂問題，提出 是決定液滴破裂的關(guān)鍵性參數(shù) 。 如果不發(fā)生液滴破裂 ，在臺階突擴(kuò)處液滴出現(xiàn)三種排列方式：交錯雙排 Z 字型，珍珠項(xiàng)鏈型和單排型液滴排列 。 并 發(fā)現(xiàn)流量較大時，兩相在主通道內(nèi)形成層流，并在微通道的臺階突擴(kuò)處生成新的兩種類型液滴。 在基于 T 型垂直 微通道的不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究中， 以辛烷為分散相，水為連續(xù)相，對寬度為 200m、深度為 40m 的 T 型交錯微通道內(nèi)水包油型液液相微反應(yīng)器的形成進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過改變分散相和連續(xù)相流量比例，在 T 型節(jié)點(diǎn)的下游發(fā)現(xiàn)兩種液滴形成方式：射流狀液滴和滴狀液滴。比較了兩種液滴形成過程中界面張力、粘性剪切力和慣性力的關(guān)系，分析了形成兩種液滴的界面不穩(wěn)定性，得到界面不穩(wěn)定是微尺度下液滴形成的主要原因，而較大的粘性剪切力可以提前激發(fā)界面失穩(wěn)。最后，分析了由表面活性劑的濃度引起的 應(yīng)對液滴形成的影響。 關(guān)鍵詞 ： 液滴， 破裂 ， 排列， 界面不穩(wěn)定性，微 通道 ，微反應(yīng)器I of is a by is In of on of of in a of of on in a 30m 800m is as as as of a is by of of at in As is by We of in a of to of a a on h or it 20m up in by in on in a 40m 200m as as on of II of in of in is by in is by of on be of 錄 錄 摘 要 . I . 錄 . 一章 緒 論 . 1 流控技術(shù)的發(fā)展 . 1 反應(yīng)器的簡介 . 2 反應(yīng)器的分類 . 2 反應(yīng)器微流控裝置的襯底材料以及微加工技術(shù) . 4 反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn) . 5 反應(yīng)器中微流控技術(shù) . 6 論文的結(jié)構(gòu)和研究內(nèi)容簡介 . 7 章小結(jié) . 7 第二章 液液（氣液）相微反應(yīng)器微 流控裝置的研究現(xiàn)狀 . 9 液（氣液）相微反應(yīng)器的發(fā)展簡介 . 9 液（氣液）相微反應(yīng)器微流控裝置的幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 12 型微通道式微反應(yīng)器 （ . 12 動匯聚微通道 （ . 12 面剪切流微通道 （ . 13 液（氣液）相微反應(yīng)器形成的不穩(wěn)定分析 . 14 滴（氣泡）型微反應(yīng)器形成的準(zhǔn)則數(shù) . 14 章小結(jié) . 15 第三章 基于 T 型微通道的液液相微反應(yīng)器微流控裝置的實(shí)驗(yàn)研究 . 18 驗(yàn)系統(tǒng)及方法 . 18 驗(yàn)結(jié)果和分析 . 20 量對液滴直徑的影響 . 20 度和壓力分析 . 24 滴生長過程 . 25 目錄 V 滴在下游 120m 微通道內(nèi)的破裂 . 30 階突擴(kuò)處液滴的排列 . 34 章小結(jié) . 38 第四章 基于 T 型垂直微通道內(nèi)液液相微反應(yīng)器流型分布與不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究 . 40 驗(yàn)系統(tǒng)和方法 . 40 片結(jié)構(gòu) . 40 驗(yàn)系統(tǒng) . 40 果與討論 . 41 型分類 . 41 流狀液滴 . 43 狀液滴 . 45 面活性劑對液滴形成的影響 . 47 流狀液滴形成的理論分析 . 49 章小結(jié) . 51 第五章 結(jié)論與展望 . 53 致 謝 . 55 發(fā)表文章目錄 . 56 第一章 緒論 1 第一章 緒 論 流控技術(shù)的發(fā)展 在過去的三十年多年里，隨著微細(xì)加工技術(shù)的不斷發(fā)展，作為流體運(yùn)輸或反應(yīng)系統(tǒng)的特征尺度迅速減小到毫米、微米以及納米量級。和傳統(tǒng)大尺度的流體系統(tǒng)相比，這些流體系統(tǒng)具非常明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此受到了國際上不同領(lǐng)域的研究者的廣泛關(guān)注，已經(jīng)成為國際科學(xué)研究的核心問題。隨著一部分科研成果的轉(zhuǎn)化，這些具有不同功能的微器件在人們的日常生活中逐漸發(fā)揮出重要的作用。在國際科研領(lǐng)域內(nèi)，對于這些微器件的描述范圍逐漸明確，以“ “ 關(guān)鍵詞的概念已經(jīng)廣泛被接受。在中國，“ “ 常翻譯為“微流控的”或“微流體的”。 所謂的“微流控技術(shù)”是指在一個主要尺度參數(shù)特征在 1著微電子機(jī)械系統(tǒng) （ 技術(shù)發(fā)展，在一定襯底材料的芯片上實(shí)現(xiàn)多個流體分析控制能力的集成，這種芯片通常稱之為 微流控芯片 (又稱為微型全分析系統(tǒng) (者“芯片實(shí)驗(yàn)室” （ 1。由于流體操作和控制的手段非常豐富，涉及的內(nèi)容也非常多，其成為學(xué)術(shù)界最為活躍的研究領(lǐng)域和發(fā)展前沿，同時，微流控芯片未來的發(fā)展也將對 現(xiàn)分析實(shí)驗(yàn)室的“個人化”、 “家用化”的目標(biāo)起到關(guān)鍵性作用，作為下一代的生物化學(xué)分析儀器的主要產(chǎn)品。 基于微流控技術(shù)的分析系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括： 1、具有極高的效率，這種高效率來源于結(jié)構(gòu)尺度的縮小和高的傳質(zhì)傳熱速率； 2、分析樣品的消耗降低到微升或納升水平，這即降低了分析費(fèi)用和貴重試劑的消耗，也減小了環(huán)境的污染，滿足了綠色環(huán)保的需求；3、分析系統(tǒng)高度集成化，大大減小了儀器所占的使用空間，已經(jīng)研制成功功能齊全、便于攜帶的儀器，應(yīng)用于各類場合的現(xiàn)場分析； 4、微流控分析系統(tǒng)的微小尺寸使得自身使用材料消耗減少，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的分析系統(tǒng)成本大幅度降低，有利 于終端用戶的普及。 生物學(xué)和化學(xué)是當(dāng)前微流控芯片技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。因此，“微反應(yīng)器”這個概念應(yīng)運(yùn)而生， 是指用微加工技術(shù)制造的一種新型的微型化的化學(xué)反應(yīng)器 ，其 幾何特性、傳遞特性和宏觀流動特性決定了它在特定化學(xué)和化工領(lǐng)域內(nèi)具有巨大潛在的應(yīng)用，有著T 型微通道中液液相微反應(yīng)器微流控裝置的研究 2 大反應(yīng)器無法比擬的優(yōu)越性 2。因此，對微反應(yīng)器中微流控技術(shù)的研究在微反應(yīng)器的發(fā)展過程中有著極為重要的作用。 反應(yīng)器的簡介 “微反應(yīng)器 (是一個比較廣泛的概念，最初是指一種用于催化劑評價和動力學(xué)研究的小型管式反應(yīng)器，其尺寸約為 10 著本來發(fā)展用于電路集成的微制造技術(shù)逐漸推廣應(yīng)用于各種化學(xué)領(lǐng)域，前綴“ 義發(fā)生變化，專門修飾用微加工技術(shù)制造的化學(xué)系統(tǒng)，且有很多種形式，既包括傳統(tǒng)的微量反應(yīng)器 (積分反應(yīng)器 )，也包括反相膠束微反應(yīng)器、聚合物微反應(yīng)器、固體模板微反應(yīng)器、微條紋反應(yīng)器和微聚合反應(yīng)器等。這些微反應(yīng)器都有一個根本特點(diǎn)，那就是把化學(xué)反應(yīng)控制在盡量微小的空間內(nèi)，化學(xué)反應(yīng)空間的尺寸數(shù)量級一般為微米甚至納米，其中包括換熱、混合、分離、分析和控制等各種功能的高度集成的微反應(yīng)系統(tǒng)。同時，這些反應(yīng)發(fā)生在當(dāng)量直徑數(shù)量級介于微米和毫米 之間的流體流動通道，因此微反應(yīng)器又稱作微通道 (應(yīng)器。 嚴(yán)格來講微反應(yīng)器不同于微混合器、微換熱器和微分離器等其他微通道設(shè)備，但由于它們的結(jié)構(gòu)類似，在微混合器、微換熱器和微分離器等微通道設(shè)備中可以進(jìn)行非催化反應(yīng)，且當(dāng)把催化劑固定在微通道壁時，微混合器、微換熱器和微分離器等微通道設(shè)備就成為微反應(yīng)器，因而國外有的學(xué)者將這一類型的微通道設(shè)備統(tǒng)稱為微反應(yīng)器 3。微反應(yīng)器還應(yīng)與微全分析設(shè)備相區(qū)別，雖然它們的結(jié)構(gòu)可以相同，但它們的功能和目的完全不同。 微反應(yīng)器是一個復(fù)雜的微系統(tǒng)，其設(shè)計涵蓋了 微動力學(xué)、微摩擦學(xué)、微流體力學(xué)、微傳熱學(xué)、微電子學(xué)、化學(xué)等多門學(xué)科，所以微反應(yīng)器的各部件和微通道都要進(jìn)行精密的設(shè)計和研究 8 反應(yīng)器的分類 對微 反應(yīng)器進(jìn)行分類歸納按照不同的分類方法，微反應(yīng)器有多種類型。首先按照 微反應(yīng)器的操作模式可分為連續(xù)微反應(yīng)器、半連續(xù)徽反應(yīng)器和間歇微反應(yīng)器。大多數(shù)的微反應(yīng)器均為連續(xù)微反應(yīng)器，而間歇微反應(yīng)器的報道較少，半連續(xù)微反應(yīng)器暫時未見有報道。若從化學(xué)反應(yīng)工程的角度看，微反應(yīng)器的類型與反應(yīng)過程密不可分，不同相態(tài)的反第一章 緒論 3 應(yīng)過程對微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的要求不同。因此對應(yīng)于不同相態(tài)的反應(yīng) 過程，微反應(yīng)器又可分為氣固相繼化微反應(yīng)器、液液相微反應(yīng)器、氣液相微反應(yīng)器和氣液固三相催化微反應(yīng)器等。下面對上述幾種類型的微反應(yīng)器予以簡略的介紹。 1 氣固相催化微反應(yīng)器 由于激反應(yīng)器的特點(diǎn)適合于氣固相催化反應(yīng)，迄今為止微反應(yīng)器的研究主要集中于氣固相催化反應(yīng)，因而氣固相催化微反應(yīng)器的種類最多。最簡單的氣固相催化微反應(yīng)器模過 于壁面固定有催化劑的微通道。復(fù)雜的氣固相催化微反應(yīng)器一般都耦合了混合、換熱、傳感和分離等某一功能或多項(xiàng)功能。具代表性的氣相微反應(yīng)器是麻省理工學(xué)院 形 薄壁微反應(yīng)器 4。該反應(yīng)器用于氨的氧化反應(yīng)，氨氣和氧氣分別從 別經(jīng)過流量傳感器，在正下方通道進(jìn)口處混合正下方通道壁外側(cè)裝有溫度傳感器和加熱器，而 過變化薄壁的制作材料改變熱導(dǎo)率和調(diào)整壁厚度，可以控制反應(yīng)熱量的移出，從而適應(yīng)放熱量不同的各種化學(xué)反應(yīng) 。 2 液液相微反應(yīng)器 液液相反應(yīng)的一個關(guān)鍵影響因素是充分混合，因而液液相微反應(yīng)器或者與徽混合器耦合在一起，或者本身就是一個微混合器。專為液液相反應(yīng)而設(shè)計的與微混合器等其他功能單元耦合在一起的微反應(yīng)器 案例逐漸增多。早期有 2。兩者分別代表了兩種典型的液相混合方式，前者采用靜態(tài)混合方式，即將流體反復(fù)分割合并以縮短擴(kuò)散路徑，而后者采用流體動力學(xué)集中方法。而英國 形液液相微反應(yīng)器，該微反應(yīng)器最大的特點(diǎn)是用電滲析 (輸送流體。隨著加工技術(shù)的飛快進(jìn)步，反應(yīng)器的機(jī)構(gòu)不斷變化，變得越來越復(fù)雜，這也使得這種反應(yīng)為人所重視。 3 氣液相微反應(yīng)器 和液液相微反 應(yīng)器結(jié)構(gòu)相類似，只是氣液換成了液液，分別從兩根微通道匯流進(jìn)一根微通道，整個結(jié)構(gòu)呈 于在氣液兩相液中，流體的流動狀態(tài)與泡罩塔類似，隨著氣體和液體的流速變化出現(xiàn)了氣泡流、彈狀流、環(huán)狀流和射流等典型的流型。另一類是沉降膜式微反應(yīng)器，液相自上而下呈膜狀流動，氣液兩相在膜表面充分接觸。氣液反應(yīng)的速率和轉(zhuǎn)化率等往往取決于氣液兩相的接觸面積。這兩類氣液相反應(yīng)器 的 氣液相接觸面積都非常大，其內(nèi)表面積均接近 20 000m2/傳統(tǒng)的氣液相反應(yīng)器大一個數(shù)量T 型微通道中液液相微反應(yīng)器微流控裝置的研究 4 級 5。 4 氣液固三相催化微反應(yīng)器 氣液固三相反應(yīng)在化學(xué) 反應(yīng)中也比較常見，種類較多，在大多數(shù)情況下固體為催化劑，氣體和液體為反應(yīng)物或產(chǎn)物，美國麻省理工學(xué)院就首先發(fā)展了一種用于氣液固三相催化反應(yīng)的微填充床反應(yīng)器 6,7，設(shè)計包括三個部分，多通道的進(jìn)口、負(fù)載固體催化劑的微通道和出口的過濾單元。進(jìn)口的氣體和液體被 25后在625一條傳輸固體催化劑的通道垂直于進(jìn)口通道，出口處設(shè)置了過濾催化劑的經(jīng)刻蝕的硅柱。麻省理工學(xué)院還嘗試對該微反應(yīng)器進(jìn)行“放大”，將 10個微填充床反應(yīng)器并聯(lián)在一起，在維持產(chǎn)量不變的情況下，大大減小了微 填充床反應(yīng)器的壓力降 9。 反應(yīng)器微流控裝置的襯底材料以及微加工技術(shù) 在微反應(yīng)器微流控裝置的研究中，選擇一定的襯底材料來構(gòu)建微反應(yīng)器微反應(yīng)體系是非常必要的，這是因?yàn)椋?1、襯底材料的選擇對微加工技術(shù)的選擇具有一定的制約性，選擇什么樣的襯底材料，通常要選擇相對應(yīng)的微加工技術(shù)； 2、襯底材料本身的物理特性直接影響著微反應(yīng)器微流控裝置的一些性能如微通道的表面特性和熱輸運(yùn)性能等。因此，襯底材料以及微加工技術(shù)特別是硅和聚合物的微加工技術(shù)在微反應(yīng)器微流控裝置的研究中有著居足輕重的作用。 反 應(yīng)器中微反應(yīng)體系的襯底材料 目前，應(yīng)用于制造微反應(yīng)器微流控系統(tǒng)的材料主要有硅、玻璃 /石英、高分子聚合物甚至陶瓷 11,12。 硅作為最常用的半導(dǎo)體材料，由于對其加工技術(shù)的研究發(fā)起最早，得到的應(yīng)用也最為廣泛。在微反應(yīng)器的發(fā)展過程中，硅襯底材料有著極其重要的地位，目前絕大多數(shù)的微反應(yīng)器微流控裝置的微通道都是由硅材料構(gòu)成，其優(yōu)點(diǎn)為 13： 1、半導(dǎo)體工業(yè)使硅微加工技術(shù)得到良好的發(fā)轉(zhuǎn)，技術(shù)成熟； 2、通過使用硅微加工技術(shù)形成的微芯片形狀精度高； 3、能夠和薄膜技術(shù)結(jié)合起來適應(yīng)更復(fù)雜的催華反應(yīng)過程； 4、硅具有較好的物理性能，例如， 化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定 ， 在常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng) ，但在高溫下易氧化 ； 5、在加工硅襯底是形成的氧化硅更是具有優(yōu)秀的物理性能。 玻璃 /石英是一種透明的、低成本熒光的、電絕緣導(dǎo)熱材料，由于具有透明特性，可第一章 緒論 5 以應(yīng)用于對微反應(yīng)器進(jìn)行可視化分析。 然而，硅或玻璃襯底加工困難、技術(shù)復(fù)雜、成本高。近年來，高分子聚合物材料作為襯底材料制作微反應(yīng)微流控芯片越來越受到研究者的重視，這種聚合物材料價格便宜，、加工簡單，推進(jìn)了微反應(yīng)器微流控芯片的推廣和應(yīng)用。目前，微反應(yīng)器微流控芯片裝置中已經(jīng)得到成功使用的高 分子聚合物主要有聚二甲基硅氧烷 (聚碳酸酯 (聚甲基丙烯酸甲酯 (對苯二甲酸乙二酯 (等。其中 性聚合物在微反應(yīng)器微流控芯片襯底材料的開發(fā)中表現(xiàn)出極好的發(fā)展勢頭。 反應(yīng)器微流控裝置的微 加工技術(shù) 正如前面所介紹，對應(yīng)的微加工技術(shù)主要有兩大類：硅基微加工技術(shù)和聚合物基微加工技 術(shù)。 硅基微加工技術(shù)涉及到的主要工藝包括照相平板印刷技術(shù)、硅氧化物的熱生成、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)刻蝕、離子刻蝕、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、外延生長以及陽性鍵合等等。它們在一些專著中已經(jīng)有詳細(xì)地描述 14,15，因此這里不作詳細(xì)描述。 基于高分子聚合物襯底材料的微加工技術(shù)可以分為復(fù)制技術(shù)和直接技術(shù)兩大類，前者可以分為熱壓或壓印、注模、鍛造以及軟光刻等；后者可以分為激光燒蝕、 X 光刻蝕、深層光學(xué)刻蝕技術(shù)、激光固化快速成型技術(shù)以及層砌技術(shù) 等 16。 反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn) 微反應(yīng)器的幾何特性、傳遞特性和宏觀流 動特性決定了它在特定化學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，有著大反應(yīng)器無法比擬的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面 2,10。 1 溫度控制 由于微反應(yīng)器的傳熱系數(shù)可達(dá)到 25 kw/些性質(zhì)使得可以在幾乎等溫的條件下操作微化學(xué)設(shè)備，因此避免了反應(yīng)過程中的“熱點(diǎn)”。在微通道反應(yīng)器中由于增強(qiáng)了熱傳導(dǎo)，因此可以控制化學(xué)反應(yīng)器的“點(diǎn)燃一熄滅”現(xiàn)象，使得可以在傳統(tǒng)反應(yīng)不可達(dá)到的溫度范圍操作。這一點(diǎn)對于涉及中間產(chǎn)物和熱不穩(wěn)定產(chǎn)物的部分反應(yīng)具有重大意義。 微通道反應(yīng)器極好的傳熱性質(zhì)以及低的熱 容 和非常短的反應(yīng)時間，非常有利于反應(yīng)器的 控制，為它們對于反應(yīng)器內(nèi)的溫度分布變化可以瞬時地響應(yīng)。因此，與新的傳感技術(shù)相結(jié)合，微反應(yīng)技術(shù)可以提供智能化的反應(yīng)器操作和受控的能量供應(yīng)。 T 型微通道中液液相微反應(yīng)器微流控裝置的研究 6 2 反應(yīng)器體積 對于非零級反應(yīng) (自動催化除外 )，當(dāng)物料處理量一樣，起始及最終轉(zhuǎn)化率都相同時，全混反應(yīng)器所需的體積大于平推流反應(yīng)器，而微反應(yīng)器中的微通道幾乎完全符合平推流模型；微反應(yīng)器的傳質(zhì)特性使得反應(yīng)物在微反應(yīng)器中能以毫秒量級范圍內(nèi)完全混合，從而大大加速了傳質(zhì)控制化學(xué)反應(yīng)的速率。所以對于傳質(zhì)控制等類型的化學(xué)反應(yīng)使用微反應(yīng)器可以在維持產(chǎn)量不變的情況下，使反應(yīng)器總體積大大減小 。 3 轉(zhuǎn)化率和 吸收 率 微反應(yīng)器能提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和吸收率。對大部分化學(xué)反應(yīng)而言，提高反應(yīng)率的因素是多方面的，如：微反應(yīng)器能大大縮短部分氧化反應(yīng)中反應(yīng)物的停留時間，從而大幅度減少了深度氧化的副產(chǎn)物；對于有最佳停留時問以獲得最高反應(yīng)率的化學(xué)反應(yīng)，微反應(yīng)器能很精確的計算出最佳停留時間；二對于強(qiáng)放熱反應(yīng)，微反應(yīng)器的傳熱特性使得反應(yīng)能都及時轉(zhuǎn)移熱量，從而減小副反應(yīng)，提高反應(yīng)物的選擇精準(zhǔn)性。 4 安全性能 微化學(xué)反應(yīng)中，微反應(yīng)器的反應(yīng)體積小、傳質(zhì)和傳熱的過程很快，能及時移走強(qiáng)放熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量，從而避免宏 觀反應(yīng)器中常見的“飛溫”現(xiàn)象；對于易發(fā)生爆炸的化學(xué)反應(yīng)，由于微反應(yīng)器的通道尺度量級通常在微米級的范圍內(nèi)，能有效地阻斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使這一類反應(yīng)能在爆炸極限內(nèi)穩(wěn)定進(jìn)行。 反應(yīng)器中微流控技術(shù) 微反應(yīng)器中微流控技術(shù)的關(guān)鍵是形成可控大小、單分散性好的微反應(yīng)器。目前，絕大部分的研究是在其他影響因素假設(shè)不變的條件下，單獨(dú)考慮一種因素對微反應(yīng)器形成的影響，例如，在不發(fā)生反應(yīng)的條件下， 針對 兩相或多相流體物理特性、壓力 或 流量 研究 生成反應(yīng)單元的大??； 在 壓力和流量等外部參數(shù)不變的條件下，研究混合擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)對微反應(yīng)形成的影 響。由于沒有足夠的微尺度理論作為基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)就成為現(xiàn)階段研究的方向。近年來，許多研究表明；精確控制微反應(yīng)器流量不僅能夠精確控制微反應(yīng)器的體積，而且比較其他方法，例如，界面張力、粘度、擴(kuò)散系數(shù)、反應(yīng)系數(shù)等，則更為直接、更為有效。因此，為了實(shí)現(xiàn)精確控制微反應(yīng)器的大小，基于微流控技術(shù)的流體研究已經(jīng)成為目前的研究熱點(diǎn)之一。 第一章 緒論 7 論文的結(jié)構(gòu)和研究內(nèi)容簡介 微流控技術(shù)是 20世紀(jì) 90年代初發(fā)展起來的技術(shù)，這些技術(shù)在過去的二十多年時間里得到了飛速的發(fā)展。本論文基于液液 相 微反應(yīng)器的微流控裝置的研究和綜合應(yīng)用 ，將從微流控技術(shù)研究的背景、傳統(tǒng)微反應(yīng)器的發(fā)展、微反應(yīng)器形成的微流控裝置的研究進(jìn)展以及基于 T 型微通道內(nèi)液液 相 微反應(yīng)器流行分布和不穩(wěn)定分析等方面進(jìn)行論述，論文共有 5章組成。第一章 緒論 ，從三方面簡述了基于微加工技術(shù)的微反應(yīng)器微流控裝置的研究所涉及到的背景：微流控技術(shù)的發(fā)展、微反應(yīng)器的簡介以及微反應(yīng)器中微流控技術(shù)。第二章氣液或液液 相 微反應(yīng)器微流控裝置的研究現(xiàn)狀，回顧了近年來國際上的許多科學(xué)家在微反應(yīng)器微流控裝置研究方面所取得的進(jìn)展和成果。 第三章 基于 從實(shí)驗(yàn)的角度多方面測試 了這種結(jié)構(gòu)的液液相微反應(yīng)器的性能。第四章 基于 分析了一種基于 反應(yīng)器不穩(wěn)定的形成因素 。第五章結(jié)論，全面總結(jié)了本論文的內(nèi)容和特點(diǎn)，并對下一步的研究提出了一些意見。 章小結(jié) 本章圍繞基于 微反應(yīng)器微流控裝置的研究課題，對微流控技術(shù)的發(fā)展、微反應(yīng)器的發(fā)展以及微反應(yīng)器微流控技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢作了簡單的介紹，為本課題的研究提供一些必要的背景知識。 參考文獻(xiàn) 1 , , M. a , 1990, 1(1): 2442 鄭亞鋒 ,趙陽 ,辛峰 . 微反應(yīng)器研究及展望 . 化工進(jìn)展 , 2004,23(5):4613 , , . M. 2000. 4 R; et J. 1997,43: 3059 3069。 5 , ., et of 2005, 61:2733T 型微通道中液液相微反應(yīng)器微流控裝置的研究 8 2742. 6 is 2001, 56:293 303. 7 et CO in a EM 2004, 101:101 106. 8 劉剛 ,田揚(yáng)超 ,張新夷 . 術(shù)制作微反應(yīng)器的研究 2002,2:68 71. 9 , , , et of in J 2000,105(1):117 128. 10 程卯生 , 李維華 , 田泉 . 芯片實(shí)驗(yàn)室在有機(jī)合成中的應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)儀器 , 2001, 4:25 11 方肇倫等 . 微流控分析芯片 . 北京：科技出版社 , 2003 12 馬立人，蔣中華 . 生物芯片（第二版） . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 , 2002. 13 H, , B, F, R, L, A, J. NA ,1998, 71:8114 劉廣玉 , 樊尚春 , 周浩敏 . 微電子機(jī)械系統(tǒng)及其應(yīng)用 . 北京 : 北京航天航空大學(xué)出版社 , 2003. 15 梅濤 , 伍小平 . 微機(jī)電系統(tǒng) . 北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社 , 2003. 16 , . 2000, 21:12第二章 液液（氣液）相微反應(yīng)器微流控裝置的研究現(xiàn)狀 9 第二章 液液（氣液） 相 微反應(yīng)器微流控裝置的研究現(xiàn)狀 液（氣液） 相 微反應(yīng)器的發(fā)展簡介 液液（氣液）相微反應(yīng)器以 微液滴（氣泡）作為反應(yīng)的控制單元，在 微混合 1、 2、 蛋白質(zhì)結(jié)晶 3、 人體毛細(xì)血管流動分析 4、芯片實(shí)驗(yàn)室（ on a 5中成為了關(guān)鍵性問題。由于傳統(tǒng)乳液 裝液滴 的制備方法存在液滴大小不受控制、單分散性差等諸多缺陷，近幾年，提出了采用微流體系統(tǒng)制備微液滴的新方法，其生成的液滴作為納升化學(xué)、生物反應(yīng)器，精確控制化學(xué)、生物試劑濃度和反應(yīng)時間，特別是，由于此方法生成的液滴單分散性好，已成為芯片 實(shí)驗(yàn)室 中的