项目名称: 磁性液体弹珠的分离、合并、组装及输运特性研究

项目编号: No.11502102

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 何永清

作者单位: 昆明理工大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 本项目基于磁性液体弹珠在微流控技术、芯片实验室及生物医学工程方面的潜在应用,提炼出其中的基础科学问题,实验研究和理论分析磁场作用下磁性液体弹珠分离、合并、组装及输运特性,定量研究磁场强度、方向、梯度等参数对磁珠动态特性的影响。本选题既有创新性和学术价值,也有工程应用价值。.本项目以实验研究为主,采用理论计算及数值方法进行对比。使用可视化手段观测磁场下磁珠分离、合并及组装过程,揭示其发生机理;搭建磁性液体弹珠输运特性研究平台,分别对转向、加速、折回等平面二维运动特性进行定量研究。进一步展开磁珠爬坡实验,研究磁珠的滚动特性。构建表面颗粒层的弹性模型,并与磁性液体模型进行整合,考虑磁性液体微观结构对宏观性能的影响,引入磁各向异性参数修正平衡磁化理论。求解Maxwell方程获得磁场分布,引入磁力项,修正N-S方程,获得单个磁珠速度、轨迹等参数,通过与实验结果对比,发展和建立新的理论。

中文关键词: 磁性液体;液体弹珠;微纳颗粒;磁场

英文摘要: The project is based on the potential applications of magnetic fluid marbles in microfluidics, lab on a chip, and biomedical engineering. From the scientific view, the characteristics of separation, mergence, assembling and transportation of magnetic fluid marbles under magnetic fields will be studied experimentally and theoretically. The influences of magnetic field strength, direction and gradient on the dynamic characteristics of the magnetic fluid marbles will be checked quantitatively. This topic has innovation and academic significance, and the outcomes will contribute to the practical engineering applications.. The research methods of this project mainly depend on the experimental investigations. At the same time, theoretical and numerical calculations will be used to compare with experimental results. Through the visualization, the details of separation, mergence, assembling of magnetic fluid marbles will be examined to reveal the mechanism of their occurrences. By building the magnetic fluid marble transportation test platform, the basic two-dimensional motion patterns of steering, acceleration and turning back will be studied quantitatively. Furthermore, the experiment of climbing an incline plate will be performed to explore the rolling characteristics of magnetic fluid marbles. Construction of the particle surface layer elastic model will be executed, which will be integrated into the magnetic fluid model. By considering the effect of microstructure on the macroscopic magnetic properties, the magnetic anisotropy parameter will be introduced to modify equilibrium magnetization equation. Then, solving Maxwell's equations to obtain the magnetic field distribution, and solving the modified N-S equation by introducing magnetic items to calculate the speed, trajectory and other parameters of single magnetic fluid marble. After comparing with experimental results, new theories can be developed and established.

英文关键词: Magnetic fluids;Liquid marble;Micro/nano particles;Magnetic field

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