多维度微混合芯片设计与应用研究进展

作     者：罗永皓 张伟业 王志 朱晓武 陈兴驰 董东东 LUO Yonghao;ZHANG Weiye;WANG Zhi;ZHU Xiaowu;CHEN Xingchi;DONG Dongdong

作者机构：石河子大学化学化工学院/化工绿色过程兵团重点实验室新疆石河子832003 广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室广东广州510650 沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870 温州大学机电工程学院浙江温州325035 

出 版 物：《材料研究与应用》 (Materials Research and Application)

年 卷 期：2024年第18卷第4期

页      面：509-521页

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

基　　金：石河子大学创新发展专项(CXFZ202204) 广东省科学院发展专项资金项目(2022GDASZH-2022010107,2022GDASZH-2022010203-003,2019BT02C629) 广州市科技计划项目(202007020008,202102020327) 

主　　题：微流体混合芯片 微观混合 扰流效应 被动混合 多维构型 微化工 生物医药 新能源 

摘      要：微尺度下的流体混合与传统宏观流体混合有显著不同,由于内壁摩擦力、粘滞阻力及表面张力等特性的影响被放大,微尺度流体混合展现出特殊规律。近年来,微混合芯片因混合效率高、液体接触面积大、输出通量高、可自动化控制及制造成本低廉的优势,在化工、材料及生物医学等领域中得到快速发展。由于微混合芯片的流道尺寸大多在毫米级别以下,有的甚至只有几微米到几十微米,因此流体粘度对流动的影响更加显著。流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减,使得流体流动趋于稳定,微流道内流体的流动表现为层流状态,导致微流体内部扰流效应具有一定的困难性。因此,为实现微流体的充分混合,开发快速高效微流体混合器是基本前提,突破微小尺度流道内流体的层流界限,促进微通道中的全方位扰流以达到充分混合状态则是关键。以被动式微混合器的研究进展作为切入点,从芯片的设计维度出发,递进式地介绍了多维度微混合芯片设计的发展历程,总结了低维度到高维度的基本结构设计思路及功能的专一化。归纳了微混合技术在微化工领域、生物医药领域及新能源领域中应用和研究进展,并讨论了在其他领域中应用的可行性。微混合技术凭借广泛的应用场景,在未来将有巨大的发展潜力和应用空间。