【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于表面张力开关管状结构气体通道的装置，属于微气流控制装置领域。
技术介绍
1、液体的表面张力是指液体表面分子的内聚力不平衡在液体表面形成的球形张量。表面张力与很多流体现象有关，如毛细管现象、射流产生的瑞利不稳定现象和传统乳浊液中气泡“相互吞并”现象等。根据非专利文献1可知，微米尺度下，一对两端固定且平行放置的薄条带，在间距较小的情况下，在这对薄条带的中间部位作用一滴与之亲和性好的液滴，这对薄条带在液滴产生的表面张力作用下从中间部位开始扭转、贴合，这种自组装行为逐渐向两端发展，最终这对薄条带中间部位形成一段稳定的贴合段，而液滴则被“掐断”成两部分，分别停留在贴合段两端，这是一种微米尺度下，由液体表面张力主导的薄条结构的自组装行为。在微米尺度下，将一大小适当、与管状材料亲和性较好的液滴挤入管道中，在表面张力作用下，管状材料也会产生类似的现象。其中液滴产生的表面张力效应与面积体积比有关，液滴的s/v越大，表面张力效应越大，其中s是液滴自由表面的面积，v是液滴的体积，液滴为圆形，当液滴的直径是管道内部直径的1.1至1.5倍时，液滴完全浸润管并且表面张力效应达到极大值。管道的管壁被液滴浸润后，在表面张力作用下向内塌陷、闭合，管道由贯通状态变成封闭状态。
2、本专利技术利用在微米尺度下，管道的管壁在液滴的表面张力作用下产生向内塌陷、闭合，设计了一种开关管状结构气体通道的装置。微米尺度下，将管道作为气体通道，通过向管道中挤入一适当体积的液滴，气体通道的管壁在表面张力作用下塌陷、闭合，气体通道关闭；通过将气体通道
3、已报道的装置多是对各种阀门结构进行微小化改进，一般需要多个零部件动配合，多数装置内部有摩擦、挤压变形等现象，在微米尺度下，加工精度难以保证，摩擦、挤压对结构本身破坏性极大，降低了装置的使用寿命和可靠性。
4、现有技术文献
5、非专利文献1：legrain，a.，et al.(2016).″let’s twist again：elasto-capillary assembly of parallel ribbons.″soft matter 12(34)：7186-7194.
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：针对目前微米尺度下开关微气流气体通道装置结构复杂、工艺难度大的缺陷，设计一种无摩擦、结构简单、易于制造的微气流控制装置。
2、与已报道的相关专利相比，本专利技术利用微米尺度下，管状结构在液滴的表面张力作用下管壁塌陷、闭合的现象，设计了一种开关管状结构气体通道的装置，本专利技术的结构简单，制造工艺成熟，技术原理和实现路径与现有实现同样目的的装置均不同。
3、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
4、本装置由微流管101、分支管102、液滴103、挤出和回收液滴的装置104组成。微流管101是圆形管，在微流管101中间部位有一个旁通接口1011，分支管102也是圆形管，分支管102的一端连接在旁通接口1011上，另外一端与挤出和回收液滴的装置104相连；微流管101作为气体通过的通道，分支管102作为将液滴103向微流管101中挤入或者从微流管中吸出的通道；当液滴103被挤入微流管中，微流管101的管壁在表面张力作用下迅速塌陷、闭合，气体通道关闭；当液滴103被从微流管101吸出后，微流管101的管壁在弹性力作用下恢复，气体通道打开。
5、优选的，所述微流管101，为富硅氮化硅制成的管道，横截面为圆形，在富氮化硅管道靠近中央部位有一个旁通接口，富硅氮化硅的杨氏模量介于260gpa至320gpa，泊松比介于0.23至0.30，微流管内部直径介于5μm至10μm，壁厚介于1μm至3μm，管长介于0.2mm至0.4mm，微流管的旁通接口内部直径、壁厚均与微流管相当，旁通接口长度不小于微流管内部直径的4倍。
6、优选的，所述分支管102为聚氯乙烯(pvc)制成的管道，具有一定疏水性，分支管102内部直径与微流管101的内部直径相近，一端通过如氰基丙烯酸酯类胶黏剂连接在微流管101的旁通接口1011上，另外一端与挤出和回收液滴的装置104相连接，分支管102的壁厚介于1μm至2μm。
7、优选的，所述液滴103，与微流管101的材料具有较好亲和力，可以产生较好的表面张力效应，例如水；当液滴103的直径是微流管内部直径的1.1至1.5倍时，能够完全浸润微流管101内壁且表面张力效应最大；例如当微流管101的内部直径为5μm时，需单次挤出的液滴体积介于87μm3至221μm3，其对应的圆形液滴的直径在5.5μm至7.5μm之间；如果液滴过大，s/v越小，表面张力所产生的效应越小.使得管不容易不能完全塌陷，液滴在在自重或者气压作用下移动，无法将气体通道关闭；如果液滴过小.不能完全浸润微流管内壁，无法将气体通道关闭。
8、优选的，所述挤出和回收液滴的装置104，可以提供正压强将液滴103推入微流管101中，也可以提供负压强将液滴103吸出微流管101。
9、优选的，微流管101入口和出口的气体压差小于1kpa，当入口和出口压差过大时，内部气压将表面塌陷处撑开，气体通道无法完全闭合。
10、本专利技术的有益效果是：从原理上创新，利用微米尺度下管道在液滴表面张力作用下管壁发生塌陷、闭合的现象，专利技术新型的微气流通道开关装置。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于表面张力开关管状结构气体通道的装置，主要由微流管、分支管、液滴和挤出和回收液滴的装置组成；气体在微流管中传输；当液滴只储存在分支管而未进入微流管时，气体通道打开；当液滴从分支管挤入到微流管时，微流管壁在表面张力作用下塌陷、闭合，气体通道关闭；当液滴从微流管吸回到分支管时，微流管在材料弹性力作用下恢复到初始未塌陷状态，气体通道再次打开。
2.根据权利要求1所述的装置，优选的微流管为富硅氮化硅制成的管道，横截面为圆形，在富氮化硅管道靠近中央部位有一个旁通接口，富硅氮化硅的杨氏模量介于260GPa至320GPa，泊松比介于0.23至0.30，微流管内部直径介于5μm至10μm，壁厚介于1μm至3μm，管长介于0.2mm至0.4mm，微流管的旁通接口内部直径、壁厚均与微流管相当，旁通接口长度不小于微流管内部直径的4倍。
3.根据权利要求1所述的装置，优选的分支管为聚氯乙烯(PVC)制成的管道，分支管接在微流管的旁通接口上，分支管具有较好的疏水性，分支管内部直径与微流管内部直径相近，壁厚介于1μm至2μm。
4.根据权利要求1所述的装置，优选
5.根据权利要求1所述的装置，分支管与挤出和回收液滴的装置连接，挤出和回收液滴的装置施加正压强将液滴挤入微流管，微流管壁在表面张力作用下塌陷、闭合，气体通道关闭；挤出和回收液滴的装置施加负压强将液滴吸出微流管，微流管壁在材料弹性力作用下恢复到初始未塌陷状态，气体通道再次打开。
6.根据权利要求1所述的装置，微流管入口和出口的压差小于1kPa。
...【技术特征摘要】
1.一种基于表面张力开关管状结构气体通道的装置，主要由微流管、分支管、液滴和挤出和回收液滴的装置组成；气体在微流管中传输；当液滴只储存在分支管而未进入微流管时，气体通道打开；当液滴从分支管挤入到微流管时，微流管壁在表面张力作用下塌陷、闭合，气体通道关闭；当液滴从微流管吸回到分支管时，微流管在材料弹性力作用下恢复到初始未塌陷状态，气体通道再次打开。
2.根据权利要求1所述的装置，优选的微流管为富硅氮化硅制成的管道，横截面为圆形，在富氮化硅管道靠近中央部位有一个旁通接口，富硅氮化硅的杨氏模量介于260gpa至320gpa，泊松比介于0.23至0.30，微流管内部直径介于5μm至10μm，壁厚介于1μm至3μm，管长介于0.2mm至0.4mm，微流管的旁通接口内部直径、壁厚均与微流管相当，旁通接口长度不小于微流管内部直...
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