[发明专利]纳米级流体混合方法及其混合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体体积为纳米级条件下的混合方法以及适用于该方法的纳米级流体混合器。 

背景技术

纳米流动系统现在广泛应用于纳米科技及生物科技中，比如微纳机电系统、DNA及蛋白质的分析、芯片实验室、微量化学反应器等。纳米通道的中流体混合在一些应用中是非常重要的影响因素，比如化学反应器重两种试剂的均匀混合。当雷诺数很低时，压力驱动的流动在简单通道中呈现为层流，此时流体的混合完全依赖于自然扩散。在纳米通道中，自然扩散的混合过程异常缓慢， Peclet数（Pe=Vl/D，式中V为流动速度，l为流道截面的特征长度，D为扩算率）巨大，此时扩散所需要的距离Δy~ U*(l²/D)=Pe*l，Δy随Pe的增大成正比增大。在纳米通道中，Δy会达到cm量级，与纳米通道相比，此值巨大。 

鉴于此，本发明旨在探索一种纳米级流体混合方法以及适用于该方法的纳米级流体混合器，该纳米级流体混合方法能够有效加快液体在纳米级微观条件下的混合速率，提高混合效率。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种纳米级流体混合方法及其混合器，该纳米级流体混合方法能够有效加快液体在纳米级微观条件下的混合速率，提高混合效率。 

要实现上述技术目的，本发明首先提出了一种纳米级流体混合方法，包括如下步骤： 

1）将需要混合的至少两种液体注满混合流道；

2）向混合流道的上下两侧分别注入至少一个气泡；

3）驱动气泡和液体相对运动，液体在气泡的带动作用下混合。

进一步，所述混合流道的容积为0.1nm³-1um³。 

进一步，所述混合流道采用混合液体的非亲润物质制成，所述非亲润物质与液体之间的接触角为90°-180°。 

本发明还提出了一种纳米级流体混合器，包括容器和驱动装置，所述容器内设有混合流道，所述混合流道上设有进液口和出气口，且所述进液口和出气口分别设置在混合流道的上下两侧；所述驱动装置包括用于驱动所述容器做旋转运动或往复运动的驱动机构。 

进一步，所述混合流道的深度为1-10nm，所述混合流道的容积为0.1nm³-1um³。 

进一步，所述容器采用混合液体的非亲润物质制成。 

  [0011]进一步，所述混合流道呈环形，所述驱动机构为驱动所述容器做旋转运动的电机。 

进一步，所述混合流道在径向方向上的宽度为3-98nm，所述混合流道中心线的半径为5-100nm。 

进一步，所述混合流道呈直线形，所述驱动机构包括电机和用于驱动所述容器做往复运动的连杆机构。 

进一步，所述连杆机构包括容器座、与电机同步转动的圆盘、与容器座滑动配合的滑轨和一端铰接在所述容器座上另一端偏心铰接在圆盘上的连杆II，所述滑轨的延伸方向位于所述圆盘的径向方向上。 

本发明的有益效果为： 

本发明的纳米级流体混合方法，采用将混合流道注满后注入气泡，在液体表面张力的作用下，当液体和气泡之间发生相对运动时，一部分液体会随着气泡移动，进而导致液体内发生不规则运动，这样的不规则紊乱运动会加快液体之间的混合，使得液体混合速率加快，提高液体混合效率。

本发明的纳米级流体混合器，通过在混合流道的上下两侧分别设置进液口和出气口，可方便在液体注满混合流道后在液体的上下两侧注入气泡，在驱动装置的作用下，驱动容器做转转运动或往复运动，进而使得气泡和液体之间发生相对运动，加快液体混合速率。 

需要说明的是：本文所述的纳米级液体是指液体的体积为纳米级，即液体体积为10^-3nm³-1um³。 

附图说明

图1为本发明纳米级流体混合器第一实施例的容器结构示意图； 

图2为图1的A-A截面图；

图3为本发明纳米级流体混合器第二实施例的容器结构示意图；

图4为本实施例纳米级流体混合器的连杆机构示意图；

图5为本发明纳米级流体混合方法中混合流体与混合流道的模拟图；

图6为混合流道壁以Vwall=0.4的速率剪切混合流体运动时各层混合液体的速率分布图；

图7为混合流道壁以Vwall=0.6的速率剪切混合流体运动时各层混合液体的速率分布图；