三维阶梯结构微混合器设计、制作及性能分析-哈尔滨工业大学学报.PDF

第４８卷　 第４期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ４８ Ｎｏ４ 　 　 ２０ １６年４月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ａｐｒ． ２０１６ 　 　 　 　 　 　 ｄｏｉ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１６．０４．００９ 三维阶梯结构微混合器设计、制作及性能分析 １ １ ２ １ １ 张　 贺 ，刘晓为 ，唐佳禄 ，韩小为 ，田　 丽 （１．微系统与微结构制造教育部重点实验室（哈尔滨工业大学），１５０００１哈尔滨； ２． 黑龙江工程学院 电气与信息工程学院，１５０００１哈尔滨） 摘　 要：为改善微纳尺度下流体的混合效果，在聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）基底材料上，设计制造了一款新型三维阶梯结构 － 微混合器．混合器由一个Ｔ 型进样沟道和６个三维阶梯混合单元组成，采用超精密雕刻机在ＰＭＭＡ 基片制作微米级结构，利 用有机溶剂混溶浸泡法，在低温常压条件下键合得到．数值仿真结果表明：混合器效率受到台阶结构尺寸和流体速度的影响， 当０．１≤Ｒｅ≤５ 时，混合腔横截面的浓度方差σ＜０．１，接近充分混合； 当流速在１～２０ ｍＬ／ ｈ 范围内时，将混合器用于微量溶液 ｐＨ 的调节取得了理想的结果． 关键词：微混合器；三维阶梯结构；混合效率；ＰＭＭＡ 芯片制备；ｐＨ调节 － － － 中图分类号：ＴＰ２７３．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１６）０４ ００５４ ０６ Ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ ｓｔｅｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｍｉｘｅｒ １ １ ２ １ １ ＺＨＡＮＧ Ｈｅ ，ＬＩＵ Ｘｉａｏｗｅｉ ，ＴＡＮＧＪｉａｌｕ ，ＨＡＮ Ｘｉａｏｗｅｉ ，ＴＩＡＮ Ｌｉ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ⁃ｓｙｓｔｅｍｓａｎｄＭｉｃｒｏ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，１５０００１Ｈａｒｂｉｎ， Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１５０００１Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｍｉｘｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｕｎｄｅｒ ｍｉｃｒｏ⁃ｎａｎｏ ｓｃａｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ａ ｎｏｖｅｌ ｍｉｃｒｏ ｍｉｘｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｅｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ （ＰＭＭＡ） ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｔｈｅ ｍｉｘｅｒ ｗａｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｂｙ ｏｎｅ Ｔ⁃ｓｈａｐｅｄ ｉｎｌｅｔ ｃｈａｎｎｅｌ ａｎｄ ｓｉｘ ｔｈｒｅ