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研究生:鄧智仁
研究生(外文):Chih-Jen Teng
論文名稱:利用熱毛細作用與熱對流現象控制水液珠 在矽油表面上的移動行為分析
論文名稱(外文):Analysis of water droplet migration on silicone oil surface controlled by thermocapillary and heat convection
指導教授:洪銘聰洪銘聰引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:熱毛細力控制液珠
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近年來微流體技術蓬勃發展,微流體晶片可對微小流體進行複雜且精確的操作,其具有體積小、消耗試劑量少等優點,因此在生物醫學技術相關領域研究上的應用範圍非常廣泛。常見的驅動液珠移動原理大約可分類為熱毛細力、表面結構梯度、靜電力及電濕潤等,相較於其他方法,使用熱毛細力驅動液珠有試片製程簡單、控制容易等優勢。
熱毛細力驅動液珠通常以固體表面為基底,可能會有液珠滯留、汙染基板、液珠揮發以及不可逆等缺點。本文使用與水不互溶之矽油做為液體平台,利用熱毛細現象以及熱對流來控制水液珠移動,加熱矽油時,矽油內部產生熱毛細現象使冷端液面上升,熱端液面下降而使矽油表面產生高低落差而傾斜,將液珠滴於冷端時會往溫度較高的方向移動。而當矽油液面高度於一定高度時,因矽油內部之熱對流現象大於熱毛細現象,則會使液珠由熱端往冷端移動。本研究以此方法呈現兩種不同的液珠移動方向。
  本文以底部加熱的方式提供穩定的溫度梯度,探討不同液面高度、不同溫度梯度與不同液珠大小對於液珠移動的影響。在原始液面高度2 mm,溫度梯度為0.326℃/mm時,6μL液珠移動速度達到8.07 mm/s。由實驗得知不同溫度梯度與原始液面高度對於液面高低變化差值的影響並不明顯;由PIV實驗得知當固定溫度梯度時,原始液面高度越高則矽油流速越快,固定原始液面高度時,溫度梯度越大則矽油流速越快。因此在液面加熱後高低落差接近的情況下,液珠移動行為主要受到熱對流現象之矽油表面流動所影響。
In recent years, droplet-based microfluidic systems have been popular topics. There are lots of application of droplet manipulation in several industries, such as chemical and biology. Different methods of actuating droplets are available now, for example, electrostatic, surface structural gradient, and thermocapillary.
Thermocapillary method is easier to control and cost lower energy. Traditional thermocapillary method is usually based on droplet lay on solid substrate. But there may be some disadvantages like droplet pinning, droplet evaporation, substrate contamination and irreversibility. To overcome the shortcomings of traditional liquid-solid thermalcapillary method, we use silicone oil as platform and DI water droplets to demonstrate a liquid-liquid manipulation.
In this research, we partially heat up silicone oil platform in a copper based container by heater at the bottom and partially cool down by a cooler at the other side to provide temperature gradients. When silicone oil around heater is heated, the surface tension will decrease and then pulled to the colder side. So the surface profile of silicon oil platform is like a ramp. Droplets will move from the cold side to hot side. We apply different temperature gradients, silicone oil surface height and different droplet sizes to determine their relationship.
When the silicone oil surface height achieve a specific value, the effect of heat convection of the silicone oil will overcome the gravity force caused by thermocapillary effect and then drag the droplets to migrate from hot side to cold side. We get the largest droplet velocity 8.07 mm/s at 2 mm surface height with 0.326℃/mm of temperature gradient and droplet size of 6 μL.
一、緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1以靜電力驅動液珠 2
1.2.2以表面結構梯度驅動液珠 3
1.2.3以熱毛細力驅動液珠 4
1.3 研究動機與目的 7
1.4 論文架構 9
二、理論基礎 10
2.1 熱毛細現象 10
2.2 熱對流現象 12
三、研究方法 14
3.1 研究架構 14
3.2 實驗配置 15
3.2.1 實驗器材準備 15
3.3 量測方法 16
3.3.1溫度量測方法 16
3.3.2液面高度量測方法 18
3.3.3 PIV量測方法 18
3.3.4液珠移動量測方法 20
四、結果與討論 21
4.1 液面高度變化量測結果 21
4.1.1 原始高度2 mm之矽油液面高度變化 22
4.1.2 原始高度3 mm之矽油液面高度變化 24
4.1.3 原始高度4 mm之矽油液面高度變化 26
4.1.4加熱後之矽油表面高度與原始液面高度之差值 27
PIV量測結果 28
4.2 液珠移動量測結果 52
4.3.1 不同大小之液珠於原始高度2 mm在溫度梯度0.157℃/mm時之運動情形 53
4.3.2 不同大小之液珠於原始高度2 mm在溫度梯度0.217℃/mm時之運動情形 55
4.3.3 不同大小之液珠於原始高度2 mm在溫度梯度0.326℃/mm時之運動情形 57
4.3.4 不同大小之液珠於原始高度3 mm在溫度梯度0.157℃/mm時之運動情形 59
4.3.5 不同大小之液珠於原始高度3 mm在溫度梯度0.217℃/mm時之運動情形 61
4.3.6 不同大小之液珠於原始高度3 mm在溫度梯度0.326℃/mm時之運動情形 63
4.3.7 不同大小之液珠於原始高度4 mm在溫度梯度0.157℃/mm時之運動情形 65
4.3.8 不同大小之液珠於原始高度4 mm在溫度梯度0.217℃/mm時之運動情形 67
4.3.9 不同大小之液珠於原始高度4 mm在溫度梯度0.326℃/mm時之運動情形 69
4.3.10 不同大小之液珠於不同原始高度及不同溫度梯度時之運動情形總結 71
五、結論與未來工作 74
5.1結論 74
5.2未來工作 75
參考文獻 76
[1] Koji Takahashi,” Microbubble actuators - an introduction to microscale thermal fluid engineering -”, Digest of Papers. Microprocesses and Nanotechnology 2001. 2001 International Microprocesses and Nanotechnology Conference (IEEE Cat. No.01EX468),2001
[2] Mistuhiro Makihara,” Micromechanical Optical Switches Based on
Thermocapillary Integrated in Waveguide Substrate”, Journal of lightwave technology, vol. 17, no. 1, pp.14-18, 1999
[3] Orlin D.Velev,” On-chip manipulation of free droplets”, NATURE vol.426, no.4 December, pp.515-516, 2003
[4] Pengfei Hao,” Driving liquid droplets on microstructured gradient surface
by mechanical vibration”, Chemical Engineering Science 66, pp.2118–2123, 2011
[5] Cheng Sun,” Control of water droplet motion by alteration of roughness gradient on silicon wafer by laser surface treatment”, Thin Solid Films 516, pp.4059–4063, 2008
[6] Meng-yao Chen,” Self-propulsion of Leidenfrost droplets on micropillared hot surfaces with gradient wettability”, Applied Surface Science 433, pp.336–340, 2018
[7] F. Brochard, “Motions of Droplets on Solid Surfaces Induced by Chemical
or Thermal Gradients”, Langmuir, 5, pp.432-438, 1988
[8] J. B. Brzoska,” Motions of Droplets on Hydrophobic Model Surfaces
Induced by Thermal Gradients”, Langmuir 1993, 9, pp. 2220-2224, 1993
[9] Anran Gao,” Study of Droplets Motion on a Chip Driven by Thermal Gradient”, 2011 6th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, 2011
[10] Ehsan Yakhshi-Tafti,” Thermally – Induced motion of droplets on a thin
liquid layer and its application to droplet manipulation platforms”, ph. D, M.S. University of Central Florida, 2010
[11] E. D. Kay,” A multi-layer integral model for locally-heated thin film flow”, Journal of computational physics 336, pp.51-68, 2017
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