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摘要为了实现对微尺度下流体的精确操控, 提出一种基于介质上电润湿的新型微液滴驱动芯片。研究了介质上电润湿原理及“三明治”结构驱动机制。通过能量分析和液滴压力分析研究了片上液滴分裂的条件，对液柱稳定性的分析揭示了自发分裂发生的条件。利用负介电泳的驱动机理实现了油滴的低压驱动，力电模型的计算表明负介电泳对油滴的驱动力与电润湿力的大小相当。制备了三明治结构的微流芯片，对液滴的片上驱动进行了实验研究，在低于100V的电压下实现了油滴的运输、分裂、合并、配发等操作。20675
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关键字 电润湿 介电泳 片上操控 力电模型
毕业论文设计说明书（论文）外文摘要
Title Droplet manipulation in an electrowetting-driven device
Abstract
A droplet-based actuation chip was developed using the electrowetting-on-dielectric (EWOD) method to manipulate liquid droplets with precision control. The electrowetting principle and parallel-plate structure are investigated. Conditions for successful droplet separation are analysed through energy calculation and droplet pressure evolution, spontaneous droplet splitting condition is analyzed by stability study for a liquid column. Low voltage oil droplet manipulation was achieved using negative dielectrophoresis (DEP) actuation. The actuation force calculation showed that negative DEP force is compatible with electrowetting actuation. Parallel-plate devices were fabricated. Operations such as transporting, splitting, merging, and dispensing of dielectric droplets at voltages less than 100 V are demonstrated in a parallel-plate structure.
Keywords electrowetting dielectrophoresis manipulation-on-chip electromechanical model
目 次
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 微流控芯片发展历史 1
1.1.2 微流控芯片发展趋势 2
1.2 研究状况及进展 3
1.2.1 电润湿定义 3
1.2.2 电润湿发展过程 3
1.2.3 电润湿应用 4
1.3 论文各部分内容 6
2 片上液滴分裂的理论与实验研究 7
2.1 分裂理论模型 7
2.1.1 理论方法 7
2.1.2 单基板系统 8
2.1.3 双基板系统 8
2.2 实验结果与讨论 9
2.2.1 芯片制备和研究方法 9
2.2.2 液滴形成：流体动力学稳定性的考虑 11
2.2.3 液滴分裂 13
2.3 小结 16
3 利用负介电泳机理对油滴的片上操控 17
3.1 理论模型 17
3.1.1 理论分析 17
3.1.2 力电模型 17
3.1.3 本实验所用模型 20
3.2 实验结果与讨论 21
3.2.1 活性剂的介绍 21
3.2.2 油滴的运输 22
3.2.3 油滴的分裂和混合 23
3.2.4 油滴的配发 23
3.3 小结 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献27
1 引言