微裝置中非牛頓流體流動現象及乳化的研究

《微裝置中非牛頓流體流動現象及乳化的研究》是依託香港大學深圳研究院，由岑浩璋擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微裝置中非牛頓流體流動現象及乳化的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：岑浩璋
• 依託單位：香港大學深圳研究院

項目摘要

非牛頓流體及以非牛頓流體製備的乳液在我們生活和生產中有著重要的套用價值。非牛頓流體特殊的流變性質及其有趣的物理現象吸引了很多學者對其的研究，但這些研究大都是常規尺度下進行的。近些年，隨著以非牛頓流體為流質的微流控體系在生物醫學、食品加工等方面的地位日漸增加，開展對微裝置內非牛頓流體流動現象的研究顯得極其迫切和重要。.在該課題中，我們採用實驗和數值模擬相結合的方法，提出了對微尺度下非牛頓流體的流變特性的研究，以及以共軸同向流微流控體系為平台，研究非其流動現象和乳化過程。我們將根據流場的特徵對研究的非牛頓流體提出一個合適的流變模型。並將在共軸同向流體系中，對不同的非牛頓流體體系的流動現象進行表征和分析。同時我們還將研究每個非牛頓流體體系乳化過程，並探討獲得尺寸小、分散性好的乳液液滴的方法。這些研究將對我們以乳液液滴為平台對生物醫學、能源方面的套用有著重要的價值和意義。

結題摘要

研究非牛頓流體在微流控裝置中的流態和乳化行為不僅有助於拓展人們對於非牛頓流體在微管尺度下形變規律的認識，而且還可以將新的乳化技術套用於食品加工和藥物膠囊生產等領域。本研究中,我們利用實驗和數值模擬相結合的方法，建立了非牛頓流體在共軸同向的微流體管道中的流動模型，分析了從液滴流到射流轉變的臨界條件。我們發現：區別於牛頓流體在微流體管道中的乳化過程，非牛頓流體從液滴流到射流轉變的過程中存在過渡區域，伴隨衛星液滴產生。為了促使非牛頓流體以液滴流的模式產生尺寸可控的乳液，我們引入電場和機械振動的方法試圖加快乳液產生的速率。結果表明，對於低張力、低粘度的體系，機械振動可加速射流轉變成液滴流。然而，實際套用中的非牛頓流體通常具有很高的粘度，機械振動法對此類非牛頓流體並不適用。為了實現對高粘度非牛頓流體的乳化控制，我們採用電噴技術拓寬了液滴流機制的適用範圍，製備了尺寸均一可控、成分結構連續可調的乳液。通過改變電場引入方式，我們還實現了對高粘度非牛流體的射流的形態和尺寸的控制，這克服了以往在微流體管道中單純利用水壓為驅動力難以調控高粘度非牛流體變形的問題。最後，我們還將上述技術套用於醫藥膠囊、細胞載體、液體彈珠和纖維的製備過程中，極大拓展了非牛流體在微尺度下的套用領域。