微液滴融合的控制方法

目前常用的基于微流体的液滴形成方法有主被动法和被动法。主动画片。

采用热、气压、压电、微阀、磁场等外场驱动，可实现液滴的形成。无源生成方法不需要施加外部作用，直接利用微通道几何结构的限制促进流场交界面变形，增加界面不稳定性，产生离散相液滴。利用被动液滴产生连续液滴串，不仅可以获得均匀的尺寸、良好的单分散度和均匀的空间分布，还可以有效避免外界干扰，消除交叉污染。根据微流体的材料和通道结构，被动微流体设备可分为以下三类。

1  微液滴融合采用表面活性剂。

除上述利用流场和流场特性促进液滴融合的方法外，还在微通道连续相中加入表面活性剂。

降低界面张力是液滴融合的另一种方式。研究了油包水乳液，用一种离子表面活性剂稳定，用另一种具有相反电荷的离子表面活性剂溶液融合。但表面活性剂的使用具有双重性质。结果表明，随着表面活性剂浓度的增加，液滴尺寸逐渐减小，不易融合。此外，当表面活性剂的重量增加到5%时，附加试剂会导致液滴分离而不融合。

本文提出了确定微通道内液滴融合的有效方法。通过降低外流油相表活性剂的含量，降低液滴表面活性剂的对合。结果表明，无活性剂会缩短液滴的融合时间；然而，不使用表面活性剂也有其缺点，如意外融合和融合后的进一步融合，控制液滴是有限制的。

2  采用液滴主动融合的外场作用。

在小通道中，很难准确控制液滴的运动规律。为了捕捉液滴进行融合反应，可能需要施加外力。目前场融合是目前最常用的主动融合方式之一，其原理是通过电诱导的反向电荷实现液滴融合。在静电的作用下，液滴可能相互接近和融合，或者电场引起的麦克斯韦应力使液滴界面变形和破裂，促进液滴融合。在电场的作用下，电压为1~103V，频率在DC到几kHz之间，可以很好地控制液滴的融合。此外，当液滴与电场融合时，电极可以嵌入离通道几毫米或几毫米的地方，电场方向可以平行或垂直。

3 .液滴融合过程中流场特性的研究。

利用流体力学实验方法和显微流场测速技术，研究液滴融合过程中的流场特性，深入研究液滴融合机理，已成为当前研究的重要组成部分。研究了液滴在收敛通道中的融合过程。观察结果表明，液滴融合是通过接触、排液、融合、渗透或包装进行的，主要取决于通道的几何尺寸和各种力。直道内，后面的液滴瞬间渗入前面的液滴，即合。收敛通道内，后部液滴包围前部液滴，产生强涡流。

在十字通道的交界处，研究了液滴挤压和旋转的内部速度场，分析了剪切应力。由于剪切力的影响，液滴之间相互挤压，使液滴之间的速度矢量沿垂直方向移动，有利于液膜排出和融合。由于速度向量场完全不同，剪切力不对称，液滴的移动对液膜排出没有帮助，所以液滴旋转后不会融合。