微液滴是数字微流控技术的核心。均匀度(单分散性)高的微液滴广泛应用于化学工程、药物开发和生物医疗等行业。台阶乳化是近来微液滴制备的一种新方法,具有单分散性高、剪切力小的优点。其一般通过调节流量控制液滴尺寸,但实际制备中泵和外界扰动都会带来流量波动,造成微液滴不均匀度增大。本文结合电润湿和台阶乳化技术,设计并搭建了一种电润湿台阶乳化设备研究电润湿和流量对微液滴尺寸的协同作用现象,结合数值模拟的研究方法,对基于台阶乳化的微液滴生成过程中的影响因素进行了分析与研究,并利用该原理设计和实现了一套能消除台阶乳化中流量波动带来的负面影响的方法。主要内容如下:(1)自主设计了接触角可控台阶乳化芯片:设计电润湿电极板各个功能层,着力探索聚酰亚胺绝缘层的最优工艺方案,阐明了聚酰亚胺绝缘层上导电流体接触角和电润湿电压在空气介质和硅油介质中的关系,利用电润湿电极板设计并制造出了接触角可以实时控制的乳化台阶,测量并解释了在乳化过程中电润湿对液滴单分散性的作用,并描绘了液滴成型的临界现象。(2)开展了电润湿台阶乳化的数值模拟,借助VOF界面追踪法,重现了实验出现的四个液滴生成阶段,验证了数值模拟模型的有效性。利用数值模拟摆脱了实验的一些工艺限制,拓宽了实验测量数据范围,使用压力云图和流速云图给出了导致液滴尺寸变化的流场预测。(3)结合电润湿台阶开发了一套自动控制系统来舒缓流量对微液滴单分散性破坏:自主设计并制造了基于压力传感器的微流量传感器,探索利用表面张力和流量对液滴的协同作用来舒缓因流量引起的单分散性破坏的方法,探索使用STM32嵌入式系统来实现液滴单分散性优化。本文完整地设计了一套切实可行的控制系统减少实际液滴生产中的流量波动引起的单分散性降低,适当根据生产或实验环境改进设备后,有望将本设备系统应用于长时间、连续性的相关生产环节或对单分散性要求高的液滴制备。