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近些年来,微纳米技术逐渐成为了许多科学和技术人才的研究热点。相对于宏观尺度来说,微纳米管尺寸的通道内壁表面积与体积之间比例较大,因此,当液体在固体通道内流动时,固体表面会对运动的液体产生一个阻力。于是,如何减小固液界面间的相对运动阻力,增大液体流速是一个重要的研究课题。 在微纳尺度下,固液界面上的表面电荷和边界滑移被认为是影响固液界面间相对运动阻力的两个重要因素。本文以理论分析为基础,辅以实验分析的方法,较为全面系统的分析了表面电荷、边界滑移以及电粘度效应三者之间的相互影响机理,总结了表面电荷对固液界面间相对运动阻力的影响,为找到一种方法在微纳尺度下提高液体流速提供了理论支持。 在以往的研究中,边界滑移随表面电荷密度的变化在研究电粘度效应的影响时常被忽略。本文首先建立了表面电荷密度与边界滑移和电粘度效应对液体流动综合影响的模型,并进行了仿真分析。研究结果表明表面电荷密度的减小会减弱电粘度效应,从而减小固液界面间的相对运动阻力,增大液体流速。同时,随表面电荷密度减小而增大的边界滑移长度也增大了液体流速。然而,增大的边界滑移长度同时又会增大电粘度效应,削弱了由表面电荷密度减小所带来的流体增速。 本文其次建立了表面电荷密度与静电场力关系的模型,并介绍一种基于AFM的表面电荷密度测量方法。然后,将自制的高硼硅酸盐玻璃和十三烷基三氯硅烷(OTS)的表面浸入不同离子浓度的盐溶液中,根据表面电荷密度与静电力的关系模型,通过使用AF M测量所得到的静电场力数据以及所求出的常用球体表面电荷密度可以求得不同离子浓度的盐溶液中OTS表面的表面电荷密度。实验结果表明在盐溶液中,玻璃表面以及OTS表面均带有负电荷,且静电力的大小随分离距离的增加而衰减,离子浓度越大,衰减速度越快;并且,玻璃表面以及OTS表面的表面电荷密度随离子浓度的增加而增大,为表面电荷对固液界面间液体流动阻力的影响提供了有力的实验依据。 本文最后通过实验测得OTS表面在不同离子浓度盐溶液中边界滑移长度的变化,OTS表面边界滑移长度随离子浓度的增大而减小,实验结果支持了边界滑移长度随表面电荷密度的增大而减小的理论。从而,找到了一种有效方法,可以通过减小离子浓度来增大边界滑移的长度,从而减小固液界面间液体的流动阻力。 综合以上理论及实验分析结果,本文通过借助离子浓度来改变表面电荷,全面的讨论了表面电荷、边界滑移以及电粘度效应的综合影响,认为在微纳尺度下,表面电荷密度对固液界面间液体流动阻力有着极大的影响,因此,找到一种方法,减小表面电荷,可以大幅度的减小固液界面间液体的流动阻力,从而提高液体的流速,提升微纳机电系统的效率。本文的研究为微纳机电系统的发展提供了新的研究方向及思路。