一种利用往复流与声流的片上强化混合装置

本发明涉及一种微流控强化混合，尤其是一种利用往复流与声流的片上混合强化装置。

背景技术：

1、微流控强化混合技术由于其精确可控的流量、快速的微观混合、微米级的高效质/热量传递的特性，有利于形成均匀的混合溶液。为解决对溶液混合程度及分子运动的精确调控等技术难题提供了崭新的思路。因此，微流控强化混合技术在溶液混合过程的调控和强化中具有重要的影响和较大的应用价值，在诸多化工领域有应用潜力。因此，涉及微流控强化混合技术的相关系统具有极广的应用前景。

2、目前，涉及微流控强化混合技术的相关系统集成情况还有待优化，大多芯片依靠结构复杂体积较大的外部结构实现所需功能，这些构造有悖与此系统体积小使用便捷的特点，极大地限制了此技术的应用范围。

3、因此亟需提出一种强化混合效果、混合效率高、结构简单、体积小且高度集成化的微尺寸强化混合装置。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题是克服现有存在的缺陷，提供一种往复流配合微通道t形结构通道与声致涡流相结合的微流控片上强化混合装置，利用多个驱动腔室产生相位相反的往复流配合微通道t形结构，使溶液之间形成多层交叠的分布模式，从而增大不同溶液间的接触面积，再利用超声在非形管内形成声致涡流，使多层交叠分布的溶液内产生跨浓度梯度的流动进而强化不同溶液间的溶质传递。本装置首次将不同相位往复流与t形通道相结合。同时，装置的结构简单，体积小且集成化程度高，具有较好的通用性，因此具有良好的应用前景和使用价值。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种利用往复流与声流的片上强化混合装置，包含多组液体流入通道、一个t形通道、一个声涡流混合强化通道、两个压电振子和一个混合液出口；整个装置是在一个芯片基底上刻蚀形成对应的通道结构。

4、所述的液体流入通道包括液体入口、入口通道、驱动腔室和弹性膜；所述的驱动腔室和液体入口为顶部开口结构，所述的弹性膜覆盖在驱动腔室的顶部开口；驱动腔室的一端通过入口通道与液体入口连通，另一端与t形通道连通；

5、所述的t形通道，包括横向通道和竖向通道，横向通道上对称设有多个接口，用于与每组液体流入通道的驱动腔室相连通；

6、所述的混合液出口为顶部开口结构；

7、所述的声涡流混合强化通道为对称的“非”字型结构，中间为平直的主通道，两侧为对称的副通道，主通道与副通道成90°；所述的声涡流混合强化通道，其入口端与t形通道的竖向通道尾端连通，其出口端与混合液出口连通。

8、所述的压电振子对称粘接在声涡流混合强化通道的两侧，距离声涡流混合强化通道中心线3-5倍声涡流混合强化通道窄处截面宽度。

9、所述的多组液体流入通道对称布置，数量由待混合的液体的数量决定。

10、所述的液体入口、入口通道、驱动腔室、t形通道、声涡流混合强化通道和混合液出口位于同一水平面。

11、本发明的基本原理：

12、本发明采用电磁驱动弹性膜的方式制造往复流。往复流用于解决液体的混合效率问题，往复流是一种液体流量在最大值与最小值之间随时间做周期性变化的现象。本装置由于有多个驱动腔室产生幅值相反的往复流，待混合的多种液体在此情况下依次通过t形通道进入声涡流混合强化通道，形成多层交叠的分布模式，增大了两种溶液间的接触面积，从而强化了两种溶质的扩散，进而强化了混合效果。

13、声流控是一门将声学与微流控技术结合，利用声波作为驱动力，实现对微通道内流体或粒子的操纵的技术，可以应用于强化流体的混合效果。本发明采用压电振子，利用声流控技术，通过声流在非形管内操纵流体形成声致涡流，从而强化流体的混合效果。此外，本发明利用声涡流混合强化通道配合压电振子进一步增进溶液混合。液体进入声涡流混合强化通道时由于声涡流混合强化通道的“非”字型结构产生第一层涡流结构，再由压电振子在第一层涡流结构的基础上制造声致涡流，产生更为复杂的涡流结构，从而在层层交叠的两种溶液之间产生垂直溶质浓度梯度方向的流动，通过两种溶液间的对流作用，强化溶液的混合效果。

14、本发明具有如下有益效果：

15、1.强化混合效果、混合效率高。本发明利用往复流配合微通道t形结构通道与声致涡流相结合的片上强化混合装置，利用两个驱动腔室产生相位相反的往复流配合微通道t形结构，使溶液之间形成多层交叠的分布模式，从而增大不同溶液间的接触面积，再利用超声在非形管内形成声致涡流，使多层交叠分布的溶液内产生跨浓度梯度的流动进而强化不同溶液间的溶质传递，从而大大增加了混合效果、提高了混合效率。

16、2.体积小，集成度高。本发明将微流体的驱动混合一体化，在保证混合效果的同时，大大减少的产品体积。利用两个驱动腔室产生相位相反的往复流与t形通道共同作用增大接触面积并初步混和溶液，再利用非形管与声流诱发流动不稳定状态，从而进一步的促进溶液的混合。利用弹性体膜，本发明将往复流方式装置简化缩小为两个微型驱动腔室，大大缩小了装置的体积。

17、3.混合效果调节方便。通过电信号调节往复流频率，可以调节微通道t形结构内的多层交叠的分布模式的每一层的厚度，从而调节液体接触面积，调节液体的混合效果。利用这一方式，本发明可以自由方便的调节液体的混合效果或者反应时间。

技术特征：

1.一种利用往复流与声流的片上强化混合装置，其特征在于，所述的利用往复流与声流的片上强化混合装置包含多组液体流入通道、一个t形通道、一个声涡流混合强化通道、两个压电振子和一个混合液出口；

2.根据权利要求1所述的一种利用往复流与声流的片上强化混合装置，其特征在于，所述的压电振子距离声涡流混合强化通道中心线3-5倍声涡流混合强化通道窄处截面宽度。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用往复流与声流的片上强化混合装置，其特征在于，所述的多组液体流入通道对称布置，数量由待混合的液体的数量决定。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用往复流与声流的片上强化混合装置，其特征在于，所述的液体入口、入口通道、驱动腔室、t形通道、声涡流混合强化通道和混合液出口位于同一水平面。

5.根据权利要求3所述的一种利用往复流与声流的片上强化混合装置，其特征在于，所述的液体入口、入口通道、驱动腔室、t形通道、声涡流混合强化通道和混合液出口位于同一水平面。

技术总结
本发明涉及一种微流控强化混合技术领域，尤其是一种利用往复流与声流的片上混合强化装置，包含多组液体流入通道、一个T形通道、一个声涡流混合强化通道、两个压电振子和一个混合液出口；整个装置是在一个芯片基底上刻蚀形成对应的通道结构。本发明利用多个驱动腔室产生相位相反的往复流配合微通道T形结构，使溶液之间形成多层交叠的分布模式，从而增大不同溶液间的接触面积，再利用超声在非形管内形成声致涡流，使多层交叠分布的溶液内产生跨浓度梯度的流动进而强化不同溶液间的溶质传递。本装置首次将不同相位往复流与T形通道相结合。同时，装置的结构简单，体积小且集成化程度高，具有较好的通用性，因此具有良好的应用前景和使用价值。

技术研发人员：薛春东,吴婧雯,赵家铭,殷一帆,赵靖然,李宸,覃开蓉
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13