在微型化、集成化和智能化的驱动下,微流控技术得到迅速发展。液滴微流控是微流控技术的重要分支,在生物医学、化工以及材料等领域有着广阔的应用前景。虽然基于微流控的微液滴生成方法在液滴均一性方面取得了重大突破,制得的液滴单分散性远远高于传统方法,但是随着微流控技术的日益发展,越来越多的应用场合对微液滴制备的高通量和在线可控性提出了迫切要求。目前的微液滴生成方法制造工艺复杂、通量低、可控性不足等问题限制了其进一步发展和应用。因此,研究一种同时具备高单分散性、高通量、高可控性及简便的液滴生成方法具有重要意义。为此,本文提出协同流台阶乳化制备微液滴的方法,开展了协同流台阶乳化高通量液滴制备的研究,主要研究内容及结果如下:(1)将协同流动与台阶乳化相结合,设计并制作了基于微通道多孔薄膜(MCF)的协同流台阶乳化芯片。将制作的协同流台阶乳化芯片连接实验系统,进行了单组分微液滴生成实验,得到了偏差系数CV为1.4%的单分散微液滴。协同流台阶乳化法制备的液滴单分散性高,与单纯台阶乳化相比,其生成的微液滴更小,产生频率更高。结合实验结果,理论分析了协同流台阶乳化的微液滴生成机理,推导出液滴生成初始阶段台阶内外压力差的理论表达式。(2)基于理论分析建立了协同流台阶乳化CFD计算模型,通过数值模拟得到了液滴生成的详细过程,并用实验对比验证了计算模型的有效性。进一步应用建立的CFD计算模型,模拟计算了界面张力、连续相协同流速与离散相流速对生成微液滴的影响,得到液滴大小与生成频率随着各工艺参数的变化趋势;详细分析了各工艺参数对液滴生成初始压力差与生成过程的影响。(3)依据协同流台阶乳化芯片的不同特征参数分别建立计算模型,模拟了微通道直径、微通道中心距、台阶长度以及壁面接触角对微液滴生成的影响。计算得到了微液滴大小与生成频率随各个芯片特征参数的变化规律,以及各种不同参数下的台阶内外初始压力差变化趋势,分析了各个特征参数对初始压力差和液滴生成过程的影响。(4)根据数值模拟结果,拟合各工艺参数、特征尺寸参数与液滴直径的关系,推导出协同流台阶乳化的微液滴直径预测模型。模型预测结果与数值模拟结果吻合较好。为了验证预测模型,实验采用MCF与亚克力板制作了不同尺寸的协同流台阶乳化芯片。通过改变芯片及工艺参数,得到不同参数下制得的微液滴直径数据。与模型预测结果相比两者相符。基于模拟得到的不同微液滴生成模式,推导了模式指示因子α的表达式与指示范围,根据α的取值范围即可预测协同流台阶乳化中微液滴的生成模式。(5)应用提出的协同流台阶乳化方法制作了 MCF多通道协同流台阶乳化芯片,实验发现壁面接触角对台阶中液饼融合存在重要影响。依据壁面接触角原理,采用亲水的玻璃毛细列管代替MCF分别制作了四通道和五通道协同流台阶乳化芯片,成功制备了Janus液滴和三组分液滴。通过改变实验中连续相协同流量与离散相流量研究了两相流量对生成的Janus液滴和三组分液滴的调控作用。