[发明专利]一种复杂微流动环境的模拟装置及流速测量方法

权利要求书

1.一种复杂微流动环境的模拟装置，其特征在于，所述的模拟装置包括双层微流控芯片、温度控制系统和微流动控制装置；

所述的双层微流控芯片包括载玻片(1)、底层PDMS结构(2)、顶层PDMS结构(3)、入口导管(4)、双层微流控通道(5)和出口导管(6)；所述的双层微流控通道(5)包括底层微流控通道(5-1)、多孔介质薄层(5-2)、顶层微流控通道(5-4)和石墨烯薄层结构(5-3-2)；所述的底层PDMS结构(2)上贯穿开设入口(5-1-1)、底层微流控通道(5-1)和出口(5-1-3)；所述的顶层PDMS结构(3)上开设入口(5-1-1)、顶层微流控通道(5-4)和出口(5-1-3)，其中顶层微流控通道(5-4)的上表面封闭；所述的载玻片(1)、底层PDMS结构(2)、顶层PDMS结构(3)由下至上依次粘合，顶层PDMS结构(3)的入口(5-1-1)上方连接入口导管(4)，顶层PDMS结构(3)的出口(5-1-3)上方连接出口导管(6)；多孔介质薄层(5-2)置于底层微流控通道(5-1)中；石墨烯薄层结构(5-3-2)置于顶层微流控通道(5-4)中；

所述的温度控制系统包括电接触式传感器(5-3-1)、温度控制电路(5-3)和可控直流电压稳压源(10)；所述的电接触式传感器(5-3-1)位于多孔介质薄层(5-2)与石墨烯薄层结构(5-3-2)之间的中心处；温度控制电路(5-3)嵌入顶层PDMS结构(3)中；可控直流电压稳压源(10)提供稳定的直流工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种复杂微流动环境的模拟装置，其特征在于，电接触式传感器(5-3-1)一端连接可控直流电压稳压源(10)负极，另一端连接双向晶闸管VS栅极G；双向晶闸管VS主电极T1端与可控直流电压稳压源(10)负极相连，主电极T2端与石墨烯薄层结构(5-3-2)连接，双向晶闸管VS主电极T1端与电接触式传感器(5-3-1)连通；石墨烯薄层结构(5-3-2)另一端连接可控直流电压稳压源(10)正极；电阻R1并联在双向晶闸管VS两端；温控电路中采用双向晶闸管VS和电阻R1，通道中间的电接触式温度传感器触点的连通和断开，可以触发双向晶闸管工作和截止，基于此可以在模型装置中实现温度恒定和温度变化的控制。

3.根据权利要求1所述的一种复杂微流动环境的模拟装置，其特征在于，石墨烯薄层结构(5-3-2)是由外延生长法及化学气相沉积法制备出来的薄膜状透明、导电、导热的石墨烯材料，用以实现双层微流控通道(5)的加热。

4.根据权利要求1所述的一种复杂微流动环境的模拟装置，其特征在于，入口导管(4)的长度大于出口导管(6)的长度；入口导管(4)的液柱高于出口导管(6)的液柱，通过重力驱动流体静力学流动，通过调节入口导管(4)溶液高度产生的弱静压压力控制非常低的速度流动条件；实现了在不施加外部组件的情况下形成稳定的微尺度流动的创新技术。

5.根据权利要求1所述的一种复杂微流动环境的模拟装置，其特征在于，所述的多孔介质薄层(5-2)为不透明的多孔结构薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种复杂微流动环境的模拟装置，其特征在于，所述的底层微流控通道(5-1)和顶层微流控通道(5-4)均包括入口扩张段、直通道和出口收缩段；且入口扩张段为对称的有斜度角度的斜面，截面宽度是由与入口通道相同宽度逐渐增大的；出口收缩通道也为对称的有斜度角度的斜面，截面宽度是由与直通道相同宽度逐渐减小的；入口扩张段和出口收缩段的扩张、收缩角度均为5-15度，长度为各截面宽度的2-5倍；底层微流控通道(5-1)的通道长度为最大截面宽度的40-60倍；所述的直通道长度为厘米级，截面的宽度为百微米量级。

7.根据权利要求1所述的一种复杂微流动环境的模拟装置，其特征在于，所述的石墨烯薄层结构(5-3-2)内部为碳原子紧密堆积成蜂窝状晶格的多层结构，厚度为百微米量级。