基于超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的微小顆粒的分離.pdf

1、微/納顆粒的分離技術(shù)在生物、化學(xué)、微機(jī)械系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的微/納分離方法有過濾、介電泳、磁性分離、光鑷子和超聲分離等。過濾分離方法不僅有著過濾介質(zhì)容易堵塞的問題,而且用于微/納顆粒過濾的薄膜也比較貴,介電泳和磁性分離技術(shù)對(duì)于顆粒的性質(zhì)有一定帶電和帶磁的要求,光鑷子一次處理顆粒的量比較少,而用超聲技術(shù)就可以避免以上幾種方法的不足。
　　本課題基于胡俊輝教授團(tuán)隊(duì)的研究基礎(chǔ)之上,提出了一種超聲換能器的新結(jié)構(gòu),它能夠驅(qū)動(dòng)微小

2、顆粒旋轉(zhuǎn)并達(dá)到分離效果。該超聲換能器是由兩塊鋁板夾著兩塊環(huán)形壓電陶瓷片用螺栓緊固而成,換能器的下鋁板處于彎扭組合振動(dòng),用于顆粒的分離。為了激發(fā)出這種振動(dòng)模態(tài),兩塊壓電片極化方向相反放置并加載交流電壓。實(shí)驗(yàn)中,我們用多普勒激光測(cè)振儀測(cè)量工作區(qū)域的振動(dòng)情況,所用到的實(shí)驗(yàn)顆粒是蝦籽、玻璃球和精鹽的兩兩混合物,實(shí)驗(yàn)觀察是在高速攝像機(jī)下進(jìn)行的。
　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在鋁板的工作區(qū)域存在有局部的旋轉(zhuǎn)行波,這能夠很好地解釋顆粒在工作區(qū)域的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。我

3、們還發(fā)現(xiàn)在共振頻率下顆粒的分離效率最高,并且顆粒的旋轉(zhuǎn)速度和板的振動(dòng)幅值對(duì)分離效率也有影響。在相同時(shí)間內(nèi)的共振條件下,不同混合物的分離效率也是不同的,其中蝦籽和玻璃球的混合物分離效果最佳,蝦籽和精鹽的混合物分離效果其次,玻璃球和精鹽的混合物基本不能分離。我們還從理論上分析了影響分離效率的顆粒的特性,發(fā)現(xiàn)顆粒的密度,與板的摩擦因素和顆粒的法向變形量對(duì)分離效果有影響。
　　本課題的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于提出了一種新的超聲換能器的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)