介电润湿液体透镜仿生复眼的设计与仿真 被引量：3

1

作者 赵瑞 彭超 +4 位作者 张凯 孔梅梅 陈陶 关建飞 梁忠诚 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期49-56,共8页

为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题,提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响,计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明:系统成像的视场角随着基底曲率的... 为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题,提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响,计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明:系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列,均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸,也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时,通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。 展开更多

关键词 光学设计 介电润湿 复眼 液体透镜阵列 可变焦

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基于介电润湿效应的微液滴操控 被引量：8

2

作者 凌明祥 陈立国 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第4期604-608,共5页

基于介电润湿的微液滴操控已被众多学者实现,但微液滴接触角在饱和阶段随电压变化的数学关系仍未得到较好解决,为此,基于能量最小化原理对Young-Lippmann方程进行了补充和改进。结合理论计算和数值仿真设计了一种叉齿状驱动电极单元数... 基于介电润湿的微液滴操控已被众多学者实现,但微液滴接触角在饱和阶段随电压变化的数学关系仍未得到较好解决,为此,基于能量最小化原理对Young-Lippmann方程进行了补充和改进。结合理论计算和数值仿真设计了一种叉齿状驱动电极单元数字微流控芯片,并加工出介电层分别为SiO2及SiO2-Si3N4-SiO2两种结构的芯片。实验结果表明,在接触角饱和阶段,所改进的Young-Lippmann方程能在一定程度上反映微液滴接触角的变化趋势。此外,SiO2-Si3N4-SiO2复合介电层结构中的微液滴操控电压低于SiO2单一介电层中微液滴操控电压。 展开更多

关键词 介电润湿 微液滴 数字微流控芯片 Young-Lippmann方程

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基于介电润湿效应的叠加式液体透镜波前校正 被引量：2

3

作者 赵瑞 何懿嘉 +4 位作者 陈露楠 孔梅梅 陈陶 关建飞 梁忠诚 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期25-32,共8页

设计了一种基于介电润湿效应的叠加式液体透镜,分析其对含有曲率误差、倾斜误差和活塞误差的畸变波前的校正能力。采用COMSOL软件构建叠加式液体透镜模型,仿真模拟了不同电压组合下液体界面面型的变化情况,获得该叠加式液体透镜内双液... 设计了一种基于介电润湿效应的叠加式液体透镜,分析其对含有曲率误差、倾斜误差和活塞误差的畸变波前的校正能力。采用COMSOL软件构建叠加式液体透镜模型,仿真模拟了不同电压组合下液体界面面型的变化情况,获得该叠加式液体透镜内双液体界面的变化范围;采用ZEMAX软件,借助点扩散函数变化,分析该透镜对波前任意点处曲率误差、倾斜误差和活塞误差的校正能力。结果表明:该叠加式液体透镜可以实现同时对不同类型畸变波前的校正,相应的峰谷值(PV)由校正前19.7853λ下降到校正后0.18λ,均方根值(RMS)由校正前5.6638λ减小到校正后0.0355λ,斯特列尔比(SR)由校正前的接近0值提高到0.962的较理想状态。 展开更多

关键词 液体透镜 介电润湿 波前校正 斯特列尔比值

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介电润湿驱动的变焦液体透镜电动力学分析 被引量：2

4

作者 任晓飞 魏长智 +1 位作者 刘飞飞 魏守水 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期61-67,共7页

为增进对液体微透镜变焦的动力学特征的理解,将晶格玻尔兹曼方法与电动力模型相结合,提出了一种晶格玻尔兹曼-电动力(LB-ED)方法研究介电润湿(EWOD)驱动的变焦液体微透镜原理.采用晶格玻尔兹曼方法求解Navier-Stokes方程以研究透镜的变... 为增进对液体微透镜变焦的动力学特征的理解,将晶格玻尔兹曼方法与电动力模型相结合,提出了一种晶格玻尔兹曼-电动力(LB-ED)方法研究介电润湿(EWOD)驱动的变焦液体微透镜原理.采用晶格玻尔兹曼方法求解Navier-Stokes方程以研究透镜的变焦过程,引入新的分布函数求解电场分布以计算驱动透镜变焦的电场力.首先数值分析了EWOD效应,并与理论分析及实验结果进行对比,验证数值方法的准确性;然后研究了电压对EWOD驱动的变焦液体透镜焦距的影响;分析了透镜变焦的动态过程;最后讨论了绝缘液体黏度对透镜响应时间及系统稳定性的影响.研究表明:不仅低电压下接触角变化与Lippmann-Young方程吻合良好,且高电压时出现接触角饱和现象,与实验结果一致,数值方法正确;根据数值计算和理论推导,建立了电压与焦距的关系;施加电压的初始时刻,电场力引起接触角突变,透镜需要延迟时间响应接触角的变化;发现绝缘液体黏度过小,系统处于振荡状态,黏度过大,系统处于过阻尼状态.合适的液体黏度可以使系统性能达到最佳. 展开更多

关键词 电流体动力学 晶格玻尔兹曼方法 介电润湿 变焦液体透镜 多组分多相流

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基于介电润湿的数字微流控系统液滴精准生成与分裂

5

作者 罗智杰 许嘉志 +4 位作者 潘仲宇 黄爱清 何积源 曹亮 刘双印 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2021年第9期818-826,共9页

基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控(DMF)系统能实现微升级别的多个液滴移动、分裂、合成等操作。针对目前基于EWOD的DMF系统液滴生成和分裂精度不高、效率低、难以精准控制的问题,在传统的电极设计基础上,设计了一种可以实现液滴精准... 基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控(DMF)系统能实现微升级别的多个液滴移动、分裂、合成等操作。针对目前基于EWOD的DMF系统液滴生成和分裂精度不高、效率低、难以精准控制的问题,在传统的电极设计基础上,设计了一种可以实现液滴精准生成和分裂的混合型驱动电极的EWOD芯片,并且研制了能与设计芯片匹配的驱动控制系统。最终实现了一套具备液滴生成、分裂、定位以及反馈功能的数字微流控方案。实验结果表明提出的方案能够提高液滴生成和分裂的成功率和可靠性。与传统的正方形驱动电极的EWOD芯片相比,该EWOD芯片液滴生成的误差率降低了约7%,单个液滴生成的时间缩短了约240 ms。同时研制的基于嵌入式系统和机器视觉的驱动控制系统可以为其他研究EWOD器件的相关团队提供一个可靠的一体化实验验证平台。 展开更多

关键词 介电润湿(EWOD) 数字微流控(DMF)系统 液滴生成和分裂 嵌入式系统 机器视觉

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基于改进等效电容模型的数字微流控液滴定位反馈系统 被引量：2

6

作者 罗智杰 范俊均 +3 位作者 陈统班 谢淑婷 刘双印 周国富 《微纳电子技术》 北大核心 2019年第9期726-733,共8页

基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控技术是近十年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术。为了满足对数字微流控中液滴精准驱动与控制的迫切需求,结合现有的液滴定位方法的研究,设计了改进的等效电容模型,该... 基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控技术是近十年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术。为了满足对数字微流控中液滴精准驱动与控制的迫切需求,结合现有的液滴定位方法的研究,设计了改进的等效电容模型,该模型方法在无输入参数下实现多液滴的定位。基于该液滴定位模型,提出了驱动参数的反馈优先级调整策略,最终实现了一套具备驱动、定位及反馈一体的数字微流控控制系统。实验结果表明提出的方案有利于提高微液滴的连续输运的成功率,在同样的芯片参数结构下,成功率提高了接近40%,对数字微流控系统进一步的应用研究具有一定指导意义。 展开更多

关键词 介电润湿(EWOD) 数字微流控 等效电容模型 反馈优先级 精准驱动与控制

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基于聚酰亚胺介质的单平面微液滴驱动芯片

7

作者 王心怡 李美花 +1 位作者 闫卫平 唐祯安 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2014年第1期42-47,共6页

根据介电润湿(EWOD)原理,建立了电润湿力与驱动电压的关系,提出一种基于聚酰亚胺介质的单平面微液滴驱动芯片设计方案。该芯片利用MEMS技术在铬版玻璃上分别制作出金属微电极阵列和聚酰亚胺介质膜,再使用聚四氟乙烯分散液进行疏水处理,... 根据介电润湿(EWOD)原理,建立了电润湿力与驱动电压的关系,提出一种基于聚酰亚胺介质的单平面微液滴驱动芯片设计方案。该芯片利用MEMS技术在铬版玻璃上分别制作出金属微电极阵列和聚酰亚胺介质膜,再使用聚四氟乙烯分散液进行疏水处理,通过在电极阵列和微液滴之间直接施加电压以实现微液滴的驱动。对单平面微液滴驱动芯片的液滴介电润湿效应进行了仿真分析,结果表明仅使用疏水层便可观察到明显的介电润湿现象,接触角测量值与理论值吻合较好。使用该驱动芯片成功实现了微液滴的稳定传输,传输速度达到3.31 mm/s左右,并在实验基础上分析了传输速度与驱动电压幅值和频率的关系。 展开更多

关键词 介电润湿(EWOD) 数字微流控芯片 微液滴 聚酰亚胺(PI) 聚偏氟乙烯和三氟乙烯的二元共聚物

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基于CNN-LSTM的数字微流控系统液滴运动时间预测模型

8

作者 赵彬 郭建军 +3 位作者 刘文静 吴健豪 刘双印 罗智杰 《微纳电子技术》 CAS 2024年第11期163-172,共10页

由于数字微流控芯片在制造和使用过程中可能存在潜在故障,并且芯片的应用领域对安全性要求极高,因此需要对芯片进行全面的测试以确保其可靠性和安全性。提出融合卷积神经网络(CNN)算法和长短期记忆(LSTM)神经网络的预测模型。利用机器... 由于数字微流控芯片在制造和使用过程中可能存在潜在故障,并且芯片的应用领域对安全性要求极高,因此需要对芯片进行全面的测试以确保其可靠性和安全性。提出融合卷积神经网络(CNN)算法和长短期记忆(LSTM)神经网络的预测模型。利用机器视觉技术获取数字微流控驱动控制系统数据,基于CNN-LSTM模型对数字微流控系统液滴运动时间变化进行预测及相关性分析,并与传统的LSTM神经网络模型进行对比。实验结果表明,在驱动电压90 V下,CNN-LSTM模型在预测精度上明显优于LSTM神经网络模型,决定系数(R^(2))达到0.9543,均方误差(MSE)仅为6.5301,平均绝对误差(MAE)为1.9179,平均绝对百分比误差(MAPE)为5.0520,预测值与实验值之间的拟合程度高。结果表明,CNN-LSTM的预测准确率高于传统的LSTM神经网络模型,能有效识别实验器件健康状态、较好预测潜在故障时间,具有有效性和优越性。 展开更多

关键词 数字微流控 介电润湿 微液滴 CNN-LSTM模型 时间预测

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基于弧形边缘结构上极板的数字微流控芯片系统

9

作者 查俊莹 关一民 《微纳电子技术》 CAS 2024年第12期138-145,共8页

为降低微尺度液滴在介电润湿(EWOD)基板上的转移难度,提出了一种基于弧形边缘结构上极板的数字微流控芯片系统,可顺利完成液滴在开放区和封闭区之间的输运。从数字微流控芯片的基本原理出发,介绍了该芯片的结构设计、制造工艺及平台构建... 为降低微尺度液滴在介电润湿(EWOD)基板上的转移难度,提出了一种基于弧形边缘结构上极板的数字微流控芯片系统,可顺利完成液滴在开放区和封闭区之间的输运。从数字微流控芯片的基本原理出发,介绍了该芯片的结构设计、制造工艺及平台构建,并对此系统中液滴在两区运动时两极板间距、液滴体积及上极板横向位置对驱动电压的影响进行了研究。实验结果表明:基于氧化铟锡(ITO)玻璃的上极板与基于铬板的下极板间距为200μm、液滴体积为1.75~2μL、上极板横向位置在电极中间时,有利于实现液滴在两个区域的自由往返输运。通过优化上极板设计,液滴在两区运动所需最低驱动电压降至67~77 V,相较于传统上极板的240~300 V驱动电压,降幅高达约75%,避免了高电压对样本的破坏,为后续生物化学分析中样品信息的保留提供了有效支持。 展开更多

关键词 数字微流控 介电润湿(EWOD) 弧形边缘结构上极板 两区运动 驱动电压

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数字微流控系统动态模型研究 被引量：3

10

作者 常银霞 张思祥 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2013年第3期187-188,共2页

数字微流控芯片不仅具有传统微流控芯片的试剂消耗量小、分析速度快、体积小、便于集成化优点,更具有可配置、可并行处理及易实现自动化的优势,其中介电润湿是数字微流控最重要和最有前景的驱动方式。首先介绍了数字微流控芯片的工作原... 数字微流控芯片不仅具有传统微流控芯片的试剂消耗量小、分析速度快、体积小、便于集成化优点,更具有可配置、可并行处理及易实现自动化的优势,其中介电润湿是数字微流控最重要和最有前景的驱动方式。首先介绍了数字微流控芯片的工作原理,分析了液滴的受力情况,然后为系统建立动态模型,在实验基础上确定了系统的阻力系数,并将仿真结果与实验数据相比较,结果表明动态模型可以比较准确的预测系统的运动情况。 展开更多

关键词 数字微流控 介电润湿 液滴 动态模型

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一种双极板结构数字微流控芯片研制

11

作者 凌明祥 陈立国 陈涛 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第1期85-89,共5页

基于介电润湿研制了一种将零电极布局为介电层表面的双极板结构数字微流控芯片。为了降低驱动电压并提高介电层的抗击穿能力,将介电层设计为Si3N4-SiO2层状复合结构。30V直流电压作用下,成功实现了对0.5μL去离子水微液滴的连续输运操控... 基于介电润湿研制了一种将零电极布局为介电层表面的双极板结构数字微流控芯片。为了降低驱动电压并提高介电层的抗击穿能力,将介电层设计为Si3N4-SiO2层状复合结构。30V直流电压作用下,成功实现了对0.5μL去离子水微液滴的连续输运操控;且在100V以内电压作用时,均未出现介电层击穿。实验结果表明所研制数字微流控芯片可行。 展开更多

关键词 数字微流控芯片 微液滴 介电润湿 微机械加工

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数字微流控技术及其在生物分析中的应用 被引量：3

12

作者 阮庆宇 邹芬香 +5 位作者 王杨 林晓烨 张明霞 周雷激 杨朝勇 朱志 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1166-1173,共8页

数字微流控技术是一种基于微电极阵列来实现离散液滴精确控制的新型液滴操纵技术。这种基于介电润湿现象实现的液滴电操纵体系,相比于传统微流控芯片具有自动化、可寻址、可动态配置、易集成等特点。该文介绍了数字微流控技术液滴驱动原... 数字微流控技术是一种基于微电极阵列来实现离散液滴精确控制的新型液滴操纵技术。这种基于介电润湿现象实现的液滴电操纵体系,相比于传统微流控芯片具有自动化、可寻址、可动态配置、易集成等特点。该文介绍了数字微流控技术液滴驱动原理,总结了芯片的结构和常用的制作方法,举例阐述了现阶段该技术在生物分析化学领域的应用,并对其应用前景做了展望。 展开更多

关键词 数字微流控 介电润湿 芯片上实验室 生物分析

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基于红外光强的数字微流控系统定位 被引量：1

13

作者 罗智杰 黄邦锐 +6 位作者 黄子涛 姚世鸿 王璐 龙浩岚 侯逸斌 范俊均 刘双印 《微纳电子技术》 北大核心 2020年第4期304-311,共8页

基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控(DMF)系统是一种能够实现多个独立的微液滴控制的新兴技术。该技术具有芯片结构简单、控制方法易于实现、样品消耗小和无流体运动死区等优点。为了满足DMF系统液滴精准驱动与控制的迫切需求,提出了... 基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控(DMF)系统是一种能够实现多个独立的微液滴控制的新兴技术。该技术具有芯片结构简单、控制方法易于实现、样品消耗小和无流体运动死区等优点。为了满足DMF系统液滴精准驱动与控制的迫切需求,提出了一种基于红外光强的DMF系统定位方法,该方法可以在驱动控制液滴的同时,实现无输入参数的液滴精准定位。进一步基于该定位方法,实现了DMF系统的反馈控制。最终实现了一套具备液滴驱动、定位和反馈功能的DMF控制系统。实验结果表明提出的方案有利于提高DMF系统应用的成功率和可靠性。在同样的芯片参数结构下,成功率提高了约38%。同时设计的控制系统可以为其他研究基于EWOD的DMF系统的研究团队提供一个可靠的自动化实验平台。 展开更多

关键词 介电润湿(EWOD) 数字微流控(DMF)系统 红外光强 液滴定位 液滴驱动

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面向轻体无人船舶的自供能毛细波推进器研究

14

作者 田鹏昊 谭杰 +2 位作者 姜东岳 陈贵军 东明 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期463-468,共6页

毛细波推进器作为一种新型动力装置在无人船舶、医疗机器人等领域有着应用前景,然而其能量供给方式与推力特性之间的关系有待深入探索。本文提出一种基于摩擦纳米发电机的毛细波推进器,其可利用环境中的风能、波浪能等作为能量源,驱动... 毛细波推进器作为一种新型动力装置在无人船舶、医疗机器人等领域有着应用前景,然而其能量供给方式与推力特性之间的关系有待深入探索。本文提出一种基于摩擦纳米发电机的毛细波推进器,其可利用环境中的风能、波浪能等作为能量源,驱动介电润湿单元产生毛细波,并利用反推力推进船舶。在输出电压520V,频率5Hz的情况下,成功实现对一重量为3.42g的泡沫船实现推进。本文探索了一种不依赖传统能源与结构的新型船舶推进模式,为今后轻型船舶的动力提供了新的解决思路。 展开更多

关键词 介电润湿 毛细波 推进器 无人轻体船 自供能

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基于数字微流控芯片的液滴驱动及检测集成化 被引量：2

15

作者 王沂林 李嘉旭 +1 位作者 李浩正 崔建国 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2022年第8期725-731,741,共8页

为了精确控制数字微流控(DMF)芯片内液滴的位置及运动范围,在液滴驱动行进过程中需及时检测液滴所在位置,这对于液滴在特定位置进行分离、混合或存储具有重要作用。为了更好地实现驱动与检测技术集成,设计了正交矩阵电极,利用电极间电... 为了精确控制数字微流控(DMF)芯片内液滴的位置及运动范围,在液滴驱动行进过程中需及时检测液滴所在位置,这对于液滴在特定位置进行分离、混合或存储具有重要作用。为了更好地实现驱动与检测技术集成,设计了正交矩阵电极,利用电极间电容值差异获得液滴位置,借助分时工作方式通过电极复用实现驱动与检测的结合,既可有效保证液滴的准确控制,又可大大减少引线密度,降低芯片加工难度。实验结果表明电极上有无液滴时电容值差异明显,差值最大可达1 400 fF,且可靠性良好,电容值误差范围保持在2%以内,经可见光图像验证,液滴位置检测准确率可达100%。根据检测到的液滴位置,利用搭建完成的数字微流控系统为液滴规划路径,完成了高锰酸钾与维生素C溶液的褪色反应,证明本系统可实时完成液滴的可控驱动与准确检测。 展开更多

关键词 数字微流控(DMF)芯片 介电润湿 液滴驱动 位置检测 正交矩阵电极

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