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近年来,随着对微流体研究尺度的进一步减小,纳流控引起人们的广泛关注。纳流控主要以实现纳米尺度的控制为目标,此时,液固界面双电层中的表面电荷对流动控制起着重要作用。通过控制双电层中表面电荷的流动能够实现纳流控中的能量转换。表面电荷的流动可通过在壁面绝缘层外施加极化外电压将束缚在壁面的电荷释放出来,从而有效调制表面电荷及表面电势。因此,本课题研究了表面电势的影响因素、调制表面电势的外界条件及测量表面电势的技术手段。主要内容包括:(1)建立极化外电压下表面电势调制的理论模型,并进行仿真模拟。仿真结果表明极化外电压可有效调制氮化硅和单晶硅表面电势,表面电势调制范围随着表面羟基基团密度Г的增大、溶液离子浓度的增大及pH值的减小而减弱。且同等条件下,单晶硅的表面电势调制范围较氮化硅大。(2)基于原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)胶体探针技术测量液固界面DLVO力(静电力与范德华力的合力),通过DLVO力曲线可以间接测量表面电势。在0.1~1 mM浓度范围内的NaCl溶液中,测量了硅、二氧化硅和氮化硅液固界面双电层内的DLVO力及表面电势。实验结果表明胶体探针技术测量得到的DLVO力的精度可达10-11 N量级,尤其在距壁面100 nm内对静电力指数变化段测量灵敏度可达0.15 nN/nm。其中,在二氧化硅表面的测量结果显示,溶液浓度越大,表面电势绝对值越小;在不同硅基材料表面的测量结果显示硅和二氧化硅在相同条件下表面电势绝对值较为接近,而氮化硅的则要小10~20 mV左右。(3)在极化外电压下调制氮化硅和单晶硅液固界面的表面电势。结果表明:极化外电压可以有效调制两者液固界面的表面电势,且实验结果与仿真结果一致;溶液浓度越高,表面电势调制效率越低。主要原因是浓度越高,双电层电容越大,若需改变相同的表面电荷密度则需更大的外加电压;对比同浓度的盐溶液和酸溶液,在酸性溶液中的表面电势调制效率较高。主要原因是硅基材料表面因硅烷醇基的电离而带负电,决定表面电势大小的是氢离子的吸附,盐溶液中阳离子的吸附较氢离子弱得多。综上所述,基于AFM胶体探针技术可有效测量液固界面双电层内的DLVO力,并间接得到表面电势。极化外电压、溶液浓度、pH及不同基底材料均可有效调制纳流控中的表面电势,从而调节电动流动强弱。研究结果将有助于阐明纳流控中利用表面电荷增强能量转换以及纳流控放大器的机理。