[发明专利]一种利用空泡输运颗粒的装置与方法

权利要求书

1.一种利用空泡输运颗粒的装置，其特征在于，包括第一水槽1和第二水槽9，所述第一水槽1和第二水槽9之间通过竖直挡板（4）进行隔断，所述竖直挡板（4）上开有通孔，所述通孔用来连通所述第一水槽1和第二水槽9；所述第一水槽1内装有微颗粒悬浮液（2），所述第二水槽9内装有工作液（5），所述工作液（5）的上方设有激光束（6）和透镜组（7），所述第二水槽9的工作液中浸入锥形通道（3），激光束（6）在工作液中的聚焦点位于所锥形通道（3）的出口处，所述锥形通道（3）的入口处正对所述竖直挡板（4）上的通孔。

2.根据权利要求1所述的一种利用空泡输运颗粒的装置，其特征在于，所述锥形通道（3）的入口直径为毫米量级，且大于微颗粒的直径，所述锥形通道（3）出口端直径与入口端直径比为2~5。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用空泡输运颗粒的装置，其特征在于，所述锥形通道（3）与所述竖直挡板（4）一体成型，且锥形通道（3）的入口直径与竖直挡板（4）上的通孔孔径相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用空泡输运颗粒的装置，其特征在于，所述微颗粒悬浮液（2）中的颗粒粒径为微/纳米量级，工作液（5）为蒸馏水、甘油、酒精中的任意一种。

5.一种利用空泡输运颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将锥形通道（3）和竖直挡板（4）安装于大水槽中，从而将大水槽切割成第一水槽（1）和第二水槽（9）；

S2：先用一小挡片挡住竖直挡板（4）的通孔孔口，将工作液（5）先缓缓倒入第二水槽（9）中，到达一定液面高度后再将微颗粒悬浮液（2）倒入第一水槽（1）中，控制两侧液面高度齐平，且略低于竖直挡板（4）的高度，再撤去小挡片；

S3：通过透镜组（7）来调节激光束（6）在第二水槽（9）中的聚焦点位置，使得聚焦点位于锥形通道（3）出口孔中心位置；

S4：利用空泡膨胀和溃灭过程中产生的流体推进速度和推进力驱动流体流动，在锥形通道（3）中实现了流体的“泵吸”作用，带动第一水槽（1）中颗粒悬浮液通过数值挡板（4）上的通孔向第二水槽流动，完成颗粒的输运过程；

S5：通过改变激光能量和工作频率大小控制空泡大小和空泡产生速率，达到调节微颗粒输运速率。

6.根据权利要求5所述的一种利用空泡输运颗粒的方法，其特征在于，所述激光束（6）使用双波段脉冲激光，脉宽为8ns，频率为1-10Hz，其中波长为1064nm对应最大激光能量为1.2J，波长为532nm对应最大激光能量为600mJ。

7.根据权利要求5所述的一种利用空泡输运颗粒的方法，其特征在于，空泡（8）的位置距液面距离小于10mm，且泡心正对于锥形通道（3）的孔口中心位置。

8.根据权利要求5所述的一种利用空泡输运颗粒的方法，其特征在于，所述透镜组（7）为采用不同焦距凹凸透镜的组合透镜，激光光束经透镜组（7）后直径扩大5倍再聚焦于水中，以利于产生单空泡。