介电润湿驱动的变焦液体透镜电动力学分析

摘要

cqvip:为增进对液体微透镜变焦的动力学特征的理解,将晶格玻尔兹曼方法与电动力模型相结合,提出了一种晶格玻尔兹曼-电动力(LB-ED)方法研究介电润湿(EWOD)驱动的变焦液体微透镜原理.采用晶格玻尔兹曼方法求解Navier-Stokes方程以研究透镜的变焦过程,引入新的分布函数求解电场分布以计算驱动透镜变焦的电场力.首先数值分析了EWOD效应,并与理论分析及实验结果进行对比,验证数值方法的准确性;然后研究了电压对EWOD驱动的变焦液体透镜焦距的影响;分析了透镜变焦的动态过程;最后讨论了绝缘液体黏度对透镜响应时间及系统稳定性的影响.研究表明:不仅低电压下接触角变化与Lippmann-Young方程吻合良好,且高电压时出现接触角饱和现象,与实验结果一致,数值方法正确;根据数值计算和理论推导,建立了电压与焦距的关系;施加电压的初始时刻,电场力引起接触角突变,透镜需要延迟时间响应接触角的变化;发现绝缘液体黏度过小,系统处于振荡状态,黏度过大,系统处于过阻尼状态.合适的液体黏度可以使系统性能达到最佳.