压电微喷辅助液滴的多物理场耦合与实验

摘要

针对微对象辅助释放的操作液滴需求,基于压电驱动的方法进行辅助液滴的分配控制,设计了压电微喷分配器,利用单脉冲压电激励实现非接触式分配,分析了单液滴的形成条件.基于多物理场法,建立压电微喷液滴的多物理场耦合模型,包括压电设备、流固耦合、层流和两相流模型,以此模拟液滴的形成进程,并分析影响液滴形成能力的因素.在构建的微操作系统平台上进行实验分析,结果表明,分配液滴的体积随着驱动电压的幅值和脉冲宽度的增大而增大,较大的参数值利于单液滴形成,与仿真结果分析一致.通过对控制参数的复合调节,所设计的分配器可分配3.5nL的最小液滴,满足微对象辅助释放的操作液滴要求.直径为200 μm的锡球和聚苯乙烯微球的辅助释放任务的实施,验证了所提出的方法和研制工具的有效性.