热丝和射频等离子体化学气相沉积法制备定向碳纳米管薄膜

采用热丝和射频等离子体复合化学气相沉积设备(PE-HF-CVD),以CH4、H2和N2为反应气体.在较低衬底温度下(500℃),用简单的催化剂制备方法--旋涂法在硅片上涂覆Ni(NO3)2溶液,经热处理及H2还原后的Ni颗粒为催化剂,在硅衬底上制备出了垂直于硅片且定向生长的碳纳米管薄膜.扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结果显示,1 mol/l的硝酸镍溶液旋涂硅片所得催化剂制得的碳纳米管管径为30～50 nm,长度超过4μm,定向性好.并用拉曼光谱(Raman)对不同摩尔浓度Ni(NO3)2溶液条件下制备的碳纳米管薄膜样品进行了表征.     

电渗流中传热传质过程与熵的分析

在壁面存在恒定热通量条件下,分析微通道内电渗流中传热传质过程与熵的生成.建立数值计算模型,分别采用Poisson-Boltzmann方程、Navier-Stokes方程、Nernst-Planck方程和能量方程来描述微通道内双电层电势、流场、离子浓度和温度的分布情况.引入熵产生,进一步研究不同流动参数对流体传热过程的作用,讨论不同流动参数下各热效应的变化规律,并具体分析热效应参数对流体总熵增加及各部分热效应对总熵比重的影响.结果表明,动电参数与Joule(焦耳)热系数的增大会使得传热性能减弱,动电参数对传热性能影响更为明显;流体的总熵为动电参数、传质系数和质量弥散系数的增函数.     

微通道内电渗压力混合驱动幂律流体流动模拟

为了研究微通道内电渗压力混合驱动幂律流体的流动特性,建立了微通道内电渗压力混合驱动幂律流体的计算模型,其双电层电势、流体的流场分布分别由Poisson-Boltzmann(P-B)方程和Navier-Stokes(N-S)方程描述.讨论了无量纲Debye(德拜)参数K、壁面ζ*电势和幂律指数n对流体流动特性和Poiseuille数的影响.结果表明,当压力梯度与外加电场方向一致(Γ0)时,剪切变稀流体的速度大于剪切变稠流体;压力梯度与外加电场方向相反(Γ0)时,结果相反.Poiseuille数是无量纲Debye常数K、壁面ζ*电势和幂律指数n的增函数.     

微通道中电渗流及微混合的离子浓度效应

电渗流广泛应用于微流控芯片中的流体输运与混合.该文提出了一种离子浓度梯度对电渗流及微混合产生影响的变量模型,采用有限元分析方法对微通道中电渗流及微混合的离子浓度效应进行了数值模拟,分别讨论了zeta电势、介电常数等对微通道内流场和浓度场的影响规律,定量分析了微混合效率.结果表明,当zeta电势和介电常数随浓度变化时,微通道中流场分布不均匀,离子分布不对称.当溶液浓度趋近1 mol/L时,溶液基本无法进入微通道.微混合效率随溶液间浓度差的增大而减小,而且浓度差越大越能在较短距离内到达充分混合.     

T型微混合器内混合强化的数值模拟

为了研究不同混合强化方式对微混合的影响,采用有限元法对T型微混合器内增加壁面非均匀Zeta电势的主动式混合以及嵌入肋板的被动式混合进行了数值模拟.对比分析了3种T型微混合器内流场、速度场和浓度场的分布,并研究了不同T型微混合器内溶液混合效率与Re和Sc之间的关系.研究结果表明,两种溶液的混合效率随着Re和Sc的增加非线性减小,且减小趋势变缓;嵌入肋板的被动式T型微混合器内的混合效率沿水平微通道方向上存在较大的波动;增加壁面非均匀Zeta电势的主动式T型微混合器内的混合效率沿水平微通道方向上的波动较小,且这种波动在高Re或低Sc时会被抑制.Re对混合方式的强化效果也有很大的影响.当Re较小时,增加壁面非均匀Zeta电势的主动式混合能更好地提高溶液的混合效率,但当Re较大时,嵌入肋板的被动式混合的混合效果更好.