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微纳流控中电渗流的数值模拟研究

作　者: 张银鹤
导　师: 左春柽
学　校: 吉林大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 微纳流控电渗流分子动力学数值模拟
分类号: TN492
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文研究课题来源于国家高技术研究计划(863计划)项目“生物微纳流控系统设计软件开发”(No. 2006AA04Z305)。随着微纳流控技术的发展,电动效应在微纳尺度器件和系统中的应用越加广泛。但是对电动效应机理的根本理解还不深入,这限制了基于电动效应的微纳流控系统的设计和开发。本文针对微纳流控芯片中的电渗流现象进行了分子动力学模拟研究和分析。构建了平行板纳米流道电渗流的分子模拟模型;搭建了基于分子动力学的模拟方法;通过分子动力学模拟研究了平行板纳米流道中单价离子溶液电渗流的分布和流动特性;研究分析不同离子浓度条件下、不同宽度纳米流道以及不同离子种类对于纳米尺度电渗流的密度分布和流动特性的影响,分析讨论了以上几种因素影响下电渗流的离子和溶剂水的分布和速度流型。本文的研究结果对基于电渗流的质量输运和流体控制微纳元器件的设计和制造具有一定指导和参考意义。

全文目录

提要  4-12
第1章绪论  12-20
  1.1 课题研究背景  12-15
  1.2 电渗流的国内外研究现状  15-18
  1.3 本文主要研究内容  18-20
第2章电渗流现象及分子动力学模拟算法  20-40
  2.1 四种电动现象  20-23
  2.2 微纳流控芯片中的双电层  23-25
  2.3 微纳流控中的电渗流  25-27
    2.3.1 电渗流现象  25
    2.3.2 微纳流道中电渗流的连续介质描述  25-27
  2.4 分子动力学模拟  27-39
    2.4.1 分子动力学模拟简介  27-28
    2.4.2 分子动力学模拟的基本原理  28-33
    2.4.3 库仑作用计算  33-35
    2.4.4 温度耦合  35-36
    2.4.5 能量最小化  36-38
    2.4.6 分子动力学模拟流程  38-39
  2.5 本章小结  39-40
第3章电渗流的分子动力学模拟  40-57
  3.1 电渗流的模型构建  40-44
    3.1.1 纳米流道模型  40-42
    3.1.2 流体的物理模型  42-43
    3.1.3 构建模拟物理模型  43-44
  3.2 分子动力学模拟  44-47
    3.2.1 参数设定  44-46
    3.2.2 模拟过程  46-47
  3.3 平板纳米流道电渗流的分子动力学模拟  47-56
    3.3.1 模拟参数  47
    3.3.2 结果分析  47-56
  3.4 本章小结  56-57
第4章纳米流道电渗流动的影响因素研究  57-69
  4.1 离子浓度对电渗流的影响  57-61
    4.1.1 模拟参数  57
    4.1.2 模拟结果及分析  57-61
  4.2 不同流道宽度电渗流研究  61-65
    4.2.1 模拟参数  61
    4.2.2 模拟结果及分析  61-65
  4.3 离子种类对电渗流的影响  65-68
    4.3.1 模拟参数  65-66
    4.3.2 模拟结果及分析  66-68
  4.4 本章小结  68-69
第5章全文总结  69-71
  5.1 结论  69-70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-76
致谢  76-77
摘要  77-79
ABSTRACT  79-80

微纳流控中电渗流的数值模拟研究

内容摘要

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