一种驱动磁流体水平运动的方法、装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种驱动磁流体水平运动的方法、装置及应用，所述方法是提供一磁场发生装置和一光源控制装置，取磁流体置于磁场发生装置内，磁场发生装置产生的磁场作用于磁流体使磁流体产生尖峰液滴，光源控制装置提供光源照射在磁流体上，驱动磁流体产生的尖峰液滴发生水平运动。本发明专利技术提供的驱动磁流体水平运动的方法和装置可应用在微流体发电和微流体开关上。本发明专利技术成功将光场和磁场耦合起来，应用到磁流体的运动操控中，实现了磁流体的非接触式水平旋转操控，打破了现有微流体运动局限于水平方向流动的状况，突破了现有需要通过移动驱动源来控制液体移动的壁垒，拓宽了光控流体技术的应用范围。技术的应用范围。技术的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种驱动磁流体水平运动的方法、装置及应用


[0001]本专利技术涉及光控微流体运动
和微磁流体运动
，具体涉及一种光场和磁场共同作用驱动磁流体水平运动的方法、装置及应用。

技术介绍

[0002]精确操控微量液体运动具有广泛的工业应用前景，例如在生物医药器件、微量液体传输、微流体系统等领域。目前，对微量液体运动的控制常依靠微泵、微阀通过电动、机械、液压、气动等手段来实现，然而，这些装置往往存在结构复杂、作用单一、设备制造难度大、成本高昂等问题，此外这些接触式操纵装置极易污染样品。因此，为了克服这些缺点，研究人员使用诸如光、热、电和磁场等外部非接触刺激信号，对液滴进行更加全面、灵活的操纵。
[0003]与传统的方法相比，激光由于其优秀的单色性与良好的方向准直性，在微小尺度能达到较高强度等独特的优异性能，其在操控液体流动方面具有独特的优势。利用光学技术来进行流体控制具有很多优异的特点，如无接触无污染、瞬时、定点、精确控制和制造成本较低。用光驱动液体运动依赖两种作用力：光学力和光致毛细作用力。现在有很多学者进行光驱动流体的实验，包括光镊、光致超声驱动流体运动和光电驱动等，但都具有一定的缺陷与不足。光辐射驱动物体运动仅仅局限于纳米级别到微米级别的尺度，因为光子能量很小，所以无法运用到宏观操控上；光致超声能够驱动宏观流体运动，但是不能运用到驱动液滴定向运动与液体表面形变上；光电驱动只能适用于导电溶液。并且这些光控流体技术很少有能驱动液体实现稳定旋转运动。

技术实现思路

[0004]针对上述背景技术中提出的问题，本申请的目的在于提供一种驱动磁流体水平运动的方法、装置及应用，利用光场来操控磁流体尖峰液滴发生宏观上的水平运动，实现磁流体非接触式旋转操控，拓宽光控流体技术的应用范围。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种驱动磁流体水平运动的方法，其特征在于：提供一磁场发生装置和一光源控制装置，取磁流体置于磁场发生装置内，磁场发生装置产生的磁场作用于磁流体使磁流体产生尖峰液滴，光源控制装置提供光源照射在磁流体上，驱动磁流体产生的尖峰液滴发生水平运动；其中，磁流体与磁场的距离控制磁流体产生的尖峰液滴的数量；所述磁流体尖峰液滴水平运动的速度与光源功率为正相关关系。所述水平运动包括不限于水平方向上的左右摇摆、顺时针旋转、逆时针旋转、消失再产生等运动。
[0007]上述技术方案中，磁场发生装置提供的磁场使磁流体在Rosensweig(罗森斯威格)效应下产生磁流体尖峰液滴并受到磁场的控制，通过控制磁场强度可以控制磁流体尖峰液滴数量；光源控制装置提供光源照射在磁流体上，磁流体吸收能量产生局部高温并与周围形成非均匀的温度分布差，从而使磁流体尖峰液滴在磁场力、马兰戈尼力的多物理场综合
作用下实现水平方向的运动，保持光源的持续照射，就可以实现磁流体尖峰液滴的持续稳定旋转或其它运动。光源功率越大，磁流体表面的温度分布差也就越大，从而可以提高磁流体尖峰液滴的水平运动速度，专利技术人经实验得到，磁流体尖峰液滴水平运动的速度与光源功率为正相关关系，因此，通过增大光强就可以实现相同数量尖峰液滴的情况下更快的运动速度。专利技术人经实验得到，当磁流体尖峰液滴数量为3个，光源功率满足300mW以上即可实现尖峰液滴1.58rad/min的稳定旋转，因此本专利技术方法驱动磁流体旋转所需的功率阈值较低，可以在较低的功率下实现磁流体的旋转运动。而在控制相同照射条件的情况下，专利技术人发现三个尖峰液滴相对于两个尖峰液滴会呈现出更稳定的方向的旋转，而两个尖峰液滴相对于三个尖峰液滴会呈现出更高速的旋转，因此可以根据具体应用需求决定所需的磁流体尖峰液滴数量。
[0008]进一步的，所述光源控制装置包括光源输出装置和光源反射装置，光源反射装置位于光源输出装置的输出光路上，用于调节光源照射在磁流体上的位置和光源的入射角度。
[0009]光源反射装置可以调节光源的入射角度以适应不同的操作环境，经实验表明，40～90
°
的光源入射角度对尖峰液滴旋转速度的影响不大。
[0010]本专利技术中，专利技术人通过实验发现通过控制光源入射磁流体的不同位置，可以实现磁流体尖峰液滴不同的运动形式。进一步的，所述光源照射在磁流体上的位置包括磁流体尖峰液滴的鼓包处和磁流体尖峰液滴的鼓包的山脚处，根据光源照射在磁流体上不同的位置，磁流体尖峰液滴可以形成不同的运动状态，包括不限于水平方向上的左右摇摆、顺时针旋转、逆时针旋转、消失再产生等运动。
[0011]进一步的，所述光源输出装置的输出光路上设置有光源聚集装置。光源聚集装置可以更精准的控制光源入射位置从而更精确的控制磁流体尖峰液滴的旋转方向。
[0012]进一步的，所述磁流体包括Fe3O4油基磁流体。
[0013]磁流体又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种新型的功能材料，是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。磁流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性。磁流体具有超顺磁性、光热吸收强且表面张力随温度变化系数大的特点，通过光场和磁场的耦合作用，即可实现磁流体尖峰液滴的稳定旋转运动。
[0014]Fe3O4油基磁流体，其居里温度高达857K，使用温度范围较大，可最大范围的适用于不同情景，且工艺成熟材料稳定易得，应用前景广阔。
[0015]基于上述驱动磁流体水平运动的方法，本专利技术还提供了一种驱动磁流体水平运动的装置，它包括磁场发生装置和位于磁场发生装置上方的光源控制装置，所述磁场发生装置包括基板、磁场发生器和可移动平台，放置于可移动平台上的磁场发生器布置在基板下方，所述光源控制装置包括光源输出装置和光源反射装置，光源反射装置布置在光源输出装置的输出光路上。优选的是，所述光源输出装置的输出光路上还布置有光源聚集装置。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述光源输出装置选用半导体激光器，功率调节范围为0～1250mW，光源波长为400～700nm；所述光源反射装置选用激光平面反射镜；所述光源聚焦装置选用焦距为15cm的激光凸透镜；所述磁场发生器选用圆形磁铁，圆形磁铁包括圆
柱形磁铁、圆环形磁铁等，用于提供圆形磁场，磁铁包括钕铁硼永磁铁和电磁铁。
[0017]进一步的，本专利技术还提供了上述一种驱动磁流体水平运动的方法或者装置在微流体发电和微流体开关上的应用。
[0018]在微流体发电的一个具体应用中，可以在磁场中放置微型线圈，磁流体尖峰液滴的稳定旋转运动可以实现切割穿过感应线圈的磁感线，从而实现磁流体发电。在微流体开关的一个具体应用中，可以设计一圆形器皿放置磁流体，利用磁流体尖峰液滴的旋转方向可控来设计触发装置，实现微型流体开关，通过控制尖峰液滴尺寸和左右摇摆时间可以定制不同的应用场景。
[0019]与现有技术相比，本专利技术提供的驱动磁流体水平运动的方法和装置，是基于光致热效应产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种驱动磁流体水平运动的方法，其特征在于：提供一磁场发生装置和一光源控制装置，取磁流体置于磁场发生装置内，磁场发生装置产生的磁场作用于磁流体使磁流体产生尖峰液滴，光源控制装置提供光源照射在磁流体上，驱动磁流体产生的尖峰液滴发生水平运动；其中，磁流体与磁场的距离控制磁流体产生的尖峰液滴的数量；所述磁流体尖峰液滴水平运动的速度与光源功率为正相关关系。2.根据权利要求1所述的一种驱动磁流体水平运动的方法，其特征在于：所述光源控制装置包括光源输出装置和光源反射装置，光源反射装置位于光源输出装置的输出光路上，用于调节光源照射在磁流体上的位置和光源的入射角度。3.根据权利要求2所述的一种驱动磁流体水平运动的方法，其特征在于：所述光源输出装置的输出光路上设置有光源聚集装置。4.根据权利要求1或2所述的一种驱动磁流体水平运动的方法，其特征在于：所述光源照射在磁流体上的位置包括磁流体尖峰液滴的鼓包处、磁流体尖峰液滴的鼓包的山脚处。5.一种驱动磁流体水...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦成真，林峰，王志明，刘来琛，闫宏震，钟宏，汪乔臻，余鹏，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：