【摘 要】
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液滴运动的光控制和液体流动的光驱动已在微流体系统得到广泛探索,随着光控微流体的快速发展,其在物理、化学、生物、医学检测等领域已得到广泛应用,是一种非常有前景的控制手段。目前虽然已经实现了流体的混合和泵送,但这些流体的混合和泵送大多集中于微观领域,许多复杂的宏观操作还没有实现。在本工作中,将光场和磁场有机的整合起来,利用磁场和光场共同调控磁流体的运动,实现了磁流体液滴的周期性运动操纵、长程磁流体的自
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液滴运动的光控制和液体流动的光驱动已在微流体系统得到广泛探索,随着光控微流体的快速发展,其在物理、化学、生物、医学检测等领域已得到广泛应用,是一种非常有前景的控制手段。目前虽然已经实现了流体的混合和泵送,但这些流体的混合和泵送大多集中于微观领域,许多复杂的宏观操作还没有实现。在本工作中,将光场和磁场有机的整合起来,利用磁场和光场共同调控磁流体的运动,实现了磁流体液滴的周期性运动操纵、长程磁流体的自循环驱动以及磁流体的大范围旋转,并利用长程磁流体的自循环驱动开发了两种应用实例:磁流体自循环散热系统和一种液滴输运系统。主要内容如下:(1)展示了铁磁流体液滴的周期性运动操纵。将激光照射到液滴上,当功率较小时,液滴由于磁场力的衰减逐渐缩小下滑,当激光超过一定的阈值时,会产生液滴交替出现的现象;(2)对于长程磁流体的自循环驱动,通过耦合马兰戈尼效应和热磁对流,在这两种对流的作用下铁磁流体由于表面张力梯度和热退磁从激光照射位置流出,并从冷却位置再循环返回。此外磁场可以增强马兰戈尼对流,实验证实了在磁场下高速和长程的马兰戈尼对流产生,且磁场的增强作用进一步得到计算流体动力学模拟的支持;(3)利用圆环形磁场使得磁流体呈圆丘形分布,并巧妙地将磁流体竖直放置,利用磁流体的重力以及激光作用在磁流体上产生的表面张力差、热退磁的共同作用,使得磁流体整体旋转了起来,且磁流体的旋转方向可控、旋转速度可调。作为长程磁流体自循环驱动应用的两个例子。其一,展示了一种自驱动的无管道液体输送带,它可以在不需要外部电源的情况下有效地将热量从源头传递到末端,进而达到散热的目的;其二,利用这种自驱动的液体输送带来输运液滴。
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