基于可控微气泡的声涡流颗粒轨迹变化研究

摘要

超声波与液体中微尺度气泡相耦合时,会产生独特且复杂的声流动(Acoustic Streaming)现象,已被广泛的应用于医疗、生命科学、军事等领域.然而,在气泡声流控(Bubble Acoustic)应用以及研究中,对微尺度气泡形态和尺寸难以形成有效控制,使得该项技术的可重复性和应用范围受到限制.针对此问题,引入了可控微尺度气泡的概念,利用聚二甲基硅氧烷材料的透气斥水特性,可实现对微尺度气泡生成及其形态变化的有效控制.在此基础上对声流动涡流中颗粒的受力状态进行了理论分析,并通过改变对比实验的核心参数,探究声流动引起的涡流中颗粒运动轨迹与气泡尺寸、颗粒尺寸之间的关系.研究结果表明,通过调节气泡尺寸可实现稳定、线性的声场涡流控制.可控微尺度气泡的引入提高了声流动现象的可重复性,并拓宽了气泡声流控技术的应用范围,对建立自动化、智能化、柔性化的快速细胞分选系统以及疾病快速检测系统具有重要意义.