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量子点合成全连续微反应器的设计加工与测试 答辩人：黄 永 指导教师：栾伟玲 教授 EAST CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Shanghai，2008.03.18 内容提纲 1、课题背景与意义 量子点 1、课题背景与意义 全连续微反应器 全连续微反应器是把化学或生物的反应过程微缩到大小为几平方厘米的平台上，实现反应过程的自动化、集成化、精密化和连续性。微反应系统不仅可用于化学反应，在分析、细胞培养和生命科学等领域都有广泛的应用。 1、课题背景与意义 利用微反应器合成量子点 1、课题背景与意义 研究内容与技术路线 2、微槽道流场数值模拟 2、微槽道流场数值模拟 2、微槽道流场数值模拟 2、微槽道流场数值模拟 2、微槽道流场数值模拟 Knudsen数 网格无关性 VL＝VG＝10 、20 mm/s Re = 18.62000 层流laminar、零方程(稳态) VOF（瞬态） 收敛判定 2、微槽道流场数值模拟 2、微槽道流场数值模拟 2、微槽道流场数值模拟 2、微槽道流场数值模拟 2、微槽道流场数值模拟 3、微反应器的设计与加工 3、微反应器的设计与加工 3、微反应器的设计与加工 玻璃基板的制备 设计并打印掩膜 曝光与显影 腐蚀 洗铬、清洗、键合 3、微反应器的设计与加工 4 、量子点的合成及微槽道性能测 4 、量子点的合成及微槽道性能测 4 、量子点的合成及微槽道性能测 5、总结与展望 在微槽道内引入气体形成两相流改善了流体的均匀性，将会极大地提高量子点的质量。 在表面张力作用下异相流体形成的内循环使得混合效率大大提高，并且确定了最佳的气液比例。 采用湿法腐蚀均胶铬版玻璃制作阳模芯片，模板复制法制作PDMS芯片，能够取得良好的微通道，且成本低廉，加工方便。 搭建量子点合成微反应系统，验证了弯曲槽道两相流能够提高CdSe纳米颗粒的质量。 5、总结与展望 改进微混合器与微反应器的设计，加强结构的集成性和连续性； 寻找成本低、精密度高的微加工方法，改善芯片的耐温、密封性能及精度； 探索更合理的应用于微尺度下流体仿真的数值模拟方法，解析槽道尺度、壁面摩擦、表面张力及粘度等对微流场的影响； 解析微槽道内的微反应本征动力学，对量子点颗粒的形核、生长、团聚过程进行预测； 使用荧光CCD进行合成量子点性能的在线监测，对微流体和CdSe量子点在微流环境中的晶粒生长进行研究。 致 谢 感谢各位专家、教授的莅临指导！ 特别感谢导师栾伟玲教授、 博士生杨洪伟同学以及实验室和课题组全体成员的关怀与帮助！ 1. 课题背景与意义 2. 微槽道流场数值模拟 3. 微反应器的设计与加工 4. 量子点的合成和微槽道性能测试 5. 总结与展望 量子点由于有以上的优势，在生物医用、荧光显示等领域都有广泛的应用和巨大的市场潜力。但是实际生产过程中对合成量子点的直径、尺寸分布、分散性都提出了严格的要求。 量子点也称半导体纳米晶体。量子点由于量子尺寸效应而具有既不同于体相材料又有别于一般分子的光学和电子学性质，其光谱性质主要取决于半导体纳米粒子的半径大小，通过改变粒子的大小可获得从紫外到近红外范围内任意点的光谱。 微反应器及其他微通道设备具有非常大的比表面积(104 m2/m3)，具有优良的传质、传热性能。 传统的在烧瓶合成量子点难以对溶液的温度梯度、浓度梯度等条件进行精确控制，导致量子点的质量存在显著差异。 全连续的微反应过程可有效控制晶粒的生长和分散，生产过程的即时、安全、准确和高效，从而获得理想性能的纳米粒。 内容：流场模拟与理论分析，微反应系统结构的设计，微反应器的加工制作，微槽道结构性能测试 0.2 mm微槽道具有极佳的传热性能 直角类弯曲槽道具有更优良的混合性能 微槽道的传质与传热 在流动的液体中引入气体，用形成的气泡将液体均匀的分隔开，促使壁面和中心的流体进行物质交换。 微槽道内的流型 半圆对接弯曲槽道、0.3mm槽宽、气-液分段两相流 流程： CAD ANSYS Workbench DM 网格 ICEM-CFD 计算 ANSYS CFX 10.0, Fluent 6 仿真模型 网格划分 计算方程 气液分段流 内循环 槽道稳态流场 网格类型: 四面体网格(tetra mesh)、平面四边形网格； 网格尺寸：基本尺寸 0.02mm，细化 0.005mm；