RU2577799C1 - Способ создания течения в капле жидкости - Google Patents
Способ создания течения в капле жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577799C1 RU2577799C1 RU2014145043/28A RU2014145043A RU2577799C1 RU 2577799 C1 RU2577799 C1 RU 2577799C1 RU 2014145043/28 A RU2014145043/28 A RU 2014145043/28A RU 2014145043 A RU2014145043 A RU 2014145043A RU 2577799 C1 RU2577799 C1 RU 2577799C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drop
- flow
- liquid
- plate
- oscillations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области микрофлюидики и может быть использовано для создания течения в капле жидкости и перемешивания жидкостей в малых объемах. Предложенный способ заключается в том, что каплю жидкости, в которой нужно создать течение, помещают на горизонтально расположенную тонкую упругую пластину со свободными краями, в которой возбуждают изгибные колебания с частотой собственных колебаний в интервале звуковых и ультразвуковых частот пьезоэлектрическим преобразователем. Из-за передачи капле жидкости распределенных колебаний пластины капля перемещается на участок поверхности с пучностью изгибных колебаний в пластине. С увеличением амплитуды колебаний пластины в капле жидкости возникают течения, направленные в нижнем слое капли в сторону центра пучности изгибных колебаний пластины. Течение в капле жидкости возникает за счет градиента давления, создаваемого в капле распределенными колебаниями поверхности пластины, амплитуда которых в центре пучности колебаний пластины оказывается максимальной. Техническим результатом является упрощение и увеличение эффективности способа создания течения в капле жидкости. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области микрофлюидики и может быть использовано для создания течения в капле жидкости и перемешивания жидкостей в малых объемах.
Известен способ создания течения в капле жидкости [María Luisa Cordero et al. Mixing via thermocapillary generation of flow patterns inside a microfluidic drop //New J. Phys., 11, 2009, 075033]. Каплю жидкости помещают на подложку из предметного стекла с формированным на нем микроканалом, в котором капля занимает фиксированное положение. На участок искривленной свободной поверхности капли направляют сфокусированный луч лазера, который вызывает локальный нагрев капли. Создаваемый при этом градиент температур в капле приводит к возникновению в ней термокапиллярных течений.
Недостатком этого способа является необходимость использования лазера и устройства, фиксирующего положение капли, в которой нужно создать течение.
Известен также способ создания течения в капле жидкости [Патент РФ на изобретение №2403554, G01N 11/00, Бюл. №31, 10.11.2010], заключающийся в том, что каплю жидкости, в которой нужно создать течение, помещают на слой другой жидкости, которая не растворяет жидкость капли, температуру слоя жидкости поддерживают в диапазоне (Тк - 100; Тк - 50)°С, где Тк - температура кипения жидкости капли в градусах Цельсия, объем воздуха над каплей делают незамкнутым, поднимая закрывающую его крышку, при этом течение возникает за счет фестонной нестабильности капли, при которой жидкость течет из центра капли на ее периферию, где из жидкости растут фестоны, периодически инжектирующие в центр капли, а для прекращения течения жидкости в капле объем воздуха над каплей делают замкнутым, закрывая его крышкой. В этом способе в качестве подложки, на которую помещают каплю жидкости, служит слой другой жидкости, не растворяющей жидкость капли.
Недостатком описанного способа является необходимость использования и, соответственно, подбора жидкости, не растворяющей жидкость капли, а также поддерживание необходимой температуры для возникновения фестонной нестабильности капли.
Предлагаемый способ направлен на упрощение и увеличение эффективности способа создания течения в капле жидкости.
Поставленная задача решается путем использования явления возникновения течений в капле жидкости, находящейся на поверхности пластины, в которой возбуждены изгибные колебания с частотой собственных колебаний в интервале звуковых и ультразвуковых частот с помощью пьезоэлектрического преобразователя, при этом участок поверхности пластины, на котором находится капля, приходится на пучность колебаний пластины.
Схема предлагаемого способа показана на Фиг. 1, где 1 - капля жидкости, в которой нужно создать течение, 2 - пластина, совершающая изгибные колебания, 3 - пьезоэлектрический преобразователь, 4 - генератор звуковой частоты.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Каплю жидкости помещают на горизонтально расположенную тонкую упругую пластину со свободными краями, совершающую изгибные колебания с собственной частотой в интервале звуковых и ультразвуковых частот, источником колебаний пластины служит механически соединенный с ней пьезоэлектрический преобразователь, подключенный к генератору звуковой частоты. Распределенные по амплитуде изгибные колебания пластины передаются капле жидкости, которая перетекает на ближайший участок поверхности пластины с пучностью колебаний, а в самой капле создаются внутренние течения.
Изгибные колебания пластин в интервале звуковых и ультразвуковых частот могут возбуждаться электромеханическими (электромагнитными, магнитоэлектрическими или пьезоэлектрическими) преобразователями, подключенными к генератору звуковой частоты. Для возбуждения изгибных колебаний пластины достаточно большой амплитуды, составляющей (50÷100) мкм, ее геометрические размеры и упругие свойства должны быть подобраны таким образом, чтобы одна из частот собственных изгибных колебаний была близкой к рабочей частоте электромеханического преобразователя. При закреплении прямоугольной пластины в двух противоположных краях, два других края остаются свободными. В случае консольного закрепления одним из краев прямоугольной пластины остаются свободными ее три края. Если пластина закреплена в центре, то свободными оказываются все края. Использование пьезоэлектрического преобразователя в качестве источника изгибных колебаний тонких пластин является наиболее удобным из-за простой конструкции и малого веса.
Изгибные колебания в пластинах являются двумерными и в пластине со свободными краями пучности изгибных колебаний собственных частот возникают как на краях, так и в центре поверхности пластины. Капле жидкости, помещенной на поверхность пластины, совершающей изгибные колебания, передаются колебания пластины. Так как амплитуда колебаний пластины зависит от координат и в центре пучности колебаний она максимальна, колебания жидкости в капле также оказываются распределенными. В результате внутри капли возникает градиент давления и жидкость в капле движется в сторону, где амплитуда колебаний больше. При малых амплитудах колебаний пластины капля жидкости за счет движения в ней жидкости перемещается на участок поверхности пластины с пучностью колебаний и растекается в форме, близкой к форме колебаний самой пластины. С увеличением амплитуды колебаний пластины в капле жидкости возникает течение, направленное в нижнем слое капли в сторону центра пучности колебаний пластины и направленное в верхнем слое от центра пучности.
При помещении капли жидкости на поверхность пластины к ее краю с пучностью колебаний в капле создается интенсивное течение, преимущественно направленное в верхнем слое капли в сторону от края пластины вследствие несимметричной формы капли.
На Фиг. 2 слева показана капля воды с вихревыми течениями, справа представлены капли приборного масла с установившимися в них течениями. Капли находятся на поверхности вблизи краев стальной пластины размером 32,0×8,0×0,1 мм, сама пластина одним из краев консольно прикреплена к пьезоэлектрическому преобразователю, который создает в пластине изгибные колебания частотой 5,5 кГц. Визуализация течений в смачивающем поверхность пластины слое воды осуществляется добавлением частиц углерода. Для создания симметричных течений в капле жидкости ее помещают на участок поверхности пластины с пучностью колебаний в центре пластины.
В зависимости от свойств жидкости в капле процесс создания течений и изменение их скорости в капле достигается подстройкой частоты и изменением амплитуды колебаний пластины. Техническим результатом изобретения является упрощение и увеличение эффективности способа создания течения в капле жидкости.
Claims (1)
- Способ создания течения в капле жидкости, включающий помещение капли на подложку, отличающийся тем, что подложка представляет собой горизонтально расположенную тонкую упругую пластину со свободными краями, в которой возбуждают изгибные колебания с частотой собственных колебаний в интервале звуковых и ультразвуковых частот пьезоэлектрическим преобразователем.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014145043/28A RU2577799C1 (ru) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Способ создания течения в капле жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014145043/28A RU2577799C1 (ru) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Способ создания течения в капле жидкости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2577799C1 true RU2577799C1 (ru) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648016
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014145043/28A RU2577799C1 (ru) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Способ создания течения в капле жидкости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2577799C1 (ru) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2319970C1 (ru) * | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ визуализации течения газа или жидкости на поверхности объекта при ограниченном разрешении приемника изображений |
RU2403554C1 (ru) * | 2009-11-02 | 2010-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный университет" | Способ создания течения в капле жидкости |
-
2014
- 2014-11-06 RU RU2014145043/28A patent/RU2577799C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2319970C1 (ru) * | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ визуализации течения газа или жидкости на поверхности объекта при ограниченном разрешении приемника изображений |
RU2403554C1 (ru) * | 2009-11-02 | 2010-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный университет" | Способ создания течения в капле жидкости |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Maria Cordero et al, Mixing via thermocapillary generation of flow patterns inside a microfluidic drop, New Journal of Physics 11, стр.1-15, 2009. Письма в ЖТФ, Фестонная нестабильность капли летучей нерастворимой жидкости, помещенной на поверхность другой жидкости, при охлаждении испарением, том 33, вып.4, с.39-44, 26.02.2007. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Drinkwater | Dynamic-field devices for the ultrasonic manipulation of microparticles | |
Leibacher et al. | Acoustophoretic cell and particle trapping on microfluidic sharp edges | |
Destgeer et al. | Recent advances in microfluidic actuation and micro-object manipulation via surface acoustic waves | |
Wang et al. | Three dimensional microbubble dynamics near a wall subject to high intensity ultrasound | |
US20200080776A1 (en) | Ultrasonic-Assisted Liquid Manipulation | |
Xie et al. | Optoacoustic tweezers: a programmable, localized cell concentrator based on opto-thermally generated, acoustically activated, surface bubbles | |
RU2649051C2 (ru) | Технология сепарации с помощью акустофореза, использующая многомерные стоячие волны | |
JPH09193055A (ja) | 超音波を用いた非接触マイクロマニピュレーション方法 | |
Bernassau et al. | Controlling acoustic streaming in an ultrasonic heptagonal tweezers with application to cell manipulation | |
RU2017143001A (ru) | Способ акустического манипулирования частицами в полях стоячих волн | |
Feng et al. | On-chip rotational manipulation of microbeads and oocytes using acoustic microstreaming generated by oscillating asymmetrical microstructures | |
US20190076769A1 (en) | High throughput acoustic particle separation methods and devices | |
Andrade et al. | Numerical and experimental investigation of the stability of a drop in a single-axis acoustic levitator | |
Sadhal | Acoustofluidics 15: Streaming with sound waves interacting with solid particles | |
Hawkes et al. | Acoustofluidics 22: Multi-wavelength resonators, applications and considerations | |
Zhang et al. | Acoustic streaming and microparticle enrichment within a microliter droplet using a Lamb-wave resonator array | |
Hammarström et al. | Acoustic trapping based on surface displacement of resonance modes | |
RU2011135703A (ru) | Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки различных по составу жидких сред | |
Xu et al. | Microfluidic acoustic sawtooth metasurfaces for patterning and separation using traveling surface acoustic waves | |
Ozcelik et al. | Fundamentals and applications of acoustics in microfluidics | |
Xi et al. | Collective bubble dynamics near a surface in a weak acoustic standing wave field | |
Zhang et al. | Multi-scale patterning of microparticles using a combination of surface acoustic waves and ultrasonic bulk waves | |
Aleksandrov et al. | Vortex flows in the liquid layer and droplets on a vibrating flexible plate | |
Zhang et al. | Effects of translational motion on the Bjerknes forces of bubbles activated by strong acoustic waves | |
RU2577799C1 (ru) | Способ создания течения в капле жидкости |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161107 |