エレクトレットを用いた液滴駆動メカニズムの解明とマイクロ流体デバイスへの応用

使用驻极体阐明液滴驱动机制及其在微流体装置中的应用

基本信息

批准号：
22656045
负责人：
鈴木雄二
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22656045/
关键词：
液滴駆動液体誘電泳動エレクトレット MEMS 表面張力

项目摘要

本研究では,固定壁上の液滴を電場により高速移動させる手法に関連し,申請者が初めて考案したエレクトレットを電圧源として用いるL-DEPOE (Liquid Dielectrophoresis on Electret)を対象として,研究を勧めた.1)液滴操作試験ベンチの試作・液滴運動の計測まず,液滴の流体力学的/熱的境界条件および電気的境界条件が明確となる液滴操作試験ベンチをマイクロマシン技術によって試作し,上下の極板間隔電極配置,作動流体の誘電率抵抗率,表面処理などが液滴の移動速度,振幅などに与える影響について,顕微鏡下のデジタル画像計測により定量化した.2)液体中で動作可能なエレクトレット膜の開発本研究で対象とするデバイスでは,液滴とエレクトレット膜が直接接触するため,電荷のリークが,長時間の安定動作上の課題である.そこでエレクトレット膜に3次元ナノ構造を作り込むとともに,軟X線を用いてエレクトレット膜の内部に電子を打ち込むことによって,液体中でも安定なエレクトレット膜の形成を図った.3)高速移動のための挑撥液面の開発・液滴操作プロトタイプの試作初期的なデバイスによる液滴操作の結果,シリコンオイルの液滴を移動させることはできたが,移動速度は極めて遅く,またヒステリシスを持つ.従って実際のデバイスに応用するには,表面張力由来のダンピングカの低減による移動速度向上が必要である.本研究では様々な種類の液体に適用可能な液滴操作方法の開発を目指したが,水だけでなく表面張力の小さな有機溶媒に対しても大きな接触角を示す超撥液面の開発例は極めて少ない.そこで,ナノリソグラフィ技術により3次元サブミクロン構造を形成し,有機溶媒に対してもCassie-Baxtor状態を保つ微細加工面の設計法の確立とその評価を行った.具体的には,電場が重畳する場でCassie-Baxtor状態を安定に保つため,サブミクロン構造の試作を行った.

在本研究中，我们将使用 L-DEPOE（液体介电泳） 1）液滴操纵试验台的原型制作和液滴运动的测量首先，利用微机械技术制作了液滴的水动力/热边界条件和电边界条件原型，以及电极的影响。使用显微镜下的数字图像测量来研究上下板之间的布置、工作流体的介电常数电阻率、表面处理等对液滴运动速度、幅度等的影响。 2) 开发可在液体中工作的驻极体薄膜在本研究的目标器件中，液滴和驻极体薄膜直接接触，因此电荷泄漏是长期稳定工作的一个问题。通过在驻极体薄膜中创建三维纳米结构并使用软X射线将电子注入驻极体薄膜内部，形成即使在液体中也稳定的驻极体薄膜3)用于高速传输。疏液表面的开发和液滴操纵原型的制作使用初始装置进行液滴操纵的结果是，我们能够移动硅油液滴，但移动速度非常慢并且存在滞后现象。将其应用到实际设备中，有必要通过降低表面张力产生的阻尼力来提高移动速度。在这项研究中，我们的目标是开发一种可应用于各种类型液体的液滴操纵方法。开发即使在低表面张力的有机溶剂下也能表现出大接触角的超疏液表面的例子非常少。因此，我们利用纳米光刻技术创建了三维亚微米结构，并使Cassie疏液表面对有机溶剂具有抵抗力。我们建立并评估了一种保持 Baxtor 状态的微加工表面的设计方法。具体来说，为了在电场叠加的场中稳定地保持 Cassie-Baxtor 状态，我们制造了原型亚微米结构。