微器件制造在微流控和微机电系统( MEMS )领域引起了广泛的科学研究。这些器件应用于广泛的技术领域，包括生物治疗学、化学分析、电子器件冷却等。在这些微系统中，所有的元件都组装在一个小的芯片内。这种微工具的重要组成部分之一是微通道，其特征长度在1 ~ 100 μ m之间，通常具有较高的表面体积比。一个关键的挑战是在微通道中传输流动。与压力驱动流相比，电渗流( EOF )是一种高效的泵送方法，可以在多个过程中输送化学物质。因此，EOF是微芯片、微混合器、微泵等MEMs中的流体移动剂。

　　EOF中流体激发的来源是洛伦兹力，它是在双电层( Electric Double Layer，EDL )上施加外电场的结果。EDL是由正负脉冲充电离子不平衡引起的靠近通道壁面的流体(电解质)带电斑。通过平面速度剖面生成EOF的关键机制是EDL区域的流体运动。

　　最近的研究证实，EOF中最关键的问题之一是微通道表面的非均匀Zeta电位（ZP）。在此之前，异质性常被应用于斑块中，在每个斑块中，ZP被认为是一个恒定的值。然而，每个斑块的ZP并不一定是恒定的。在许多情况下，由于各种原因，ZP在整个微通道壁面上波动，从制造缺陷到有机物吸附到壁面。

　　目前的工作拟构建一个模型来探索不同的情况，包括连续、线性上升、线性下降、抛物线和单片电荷分布ZPs，以评估非均匀ZPs的影响。首次利用N - P方程分析了ZP变化对EOF中体积流量和其他流场的影响。一般而言，这些变化会对总的流动模式产生影响。另一方面，这里假设微通道的材料是异质的，以达到所示的效果。该问题是两平行平板间的二维、不可压缩、定常、层流的通道流动。

　　两平行平板(随着深度单位b)之间的EOF示意图如图1所示，其中微通道的宽度H远小于其长度L，L ζ为EDL的长度，L1、L2分别为输入区和输出区的长度，E为微通道始端和末端施加的电场功率，φ 1为输入端外电势，φ 2为输出端外电势，ζ为壁面电势。

　　在第一种方案中，考虑了微通道壁面上ZP的线性上升的贴片电荷分布。因此，ζ = 0和50 mVolts分别应用于中间区域的开始和中间区域的结束。

　　图2显示了微通道中心线上的压力变化、压力云图、速度场和流线图。通过在中间区域施加所考虑的壁面ZP分布，增加了同向流动方向上的电渗泵送效果。中心线压力分布呈抛物线状，在壁面电压线性上升的区域为负值。在发展的稳态中，动量方程中的压力梯度由摩擦力和洛伦兹体积力两项平衡。如果洛伦兹体积力是线性上升的，那么压力分布自然是抛物线的。由于壁面电势边界条件的影响，洛伦兹体积力线性增加。因此，这些力的平衡需要一个抛物线或二阶压力分布。这种压力分布在微通道的后半部分产生了反向的压力梯度，速度矢量沉没在这个区域。

　　图2 ( c )证实了这种流动行为类似于微通道开始时的压力驱动流动，具有零ZP。速度分布由抛物线(压力驱动)变为低值，且随着壁面电压的升高而降低。渐渐地，速度矢量变得凹陷。增加纵向微通道内的壁面电压，使流线在向输出端流动的过程中更加靠近壁面，如图2 ( d )所示。仅在微通道末端，当壁面电压降为零时，流线远离壁面且平行。在壁面ZP为零的微通道的开始和结束处，流线的平行性表明这些区域的速度分布趋于发展。

　　微通道高度变化时的体积流量和速度分布如图3所示。在该场景下，通过体积流量的计算，流量减小为Q = 2.968 mm3 / s。这种下降可以解释为中间区域的平均ZP为ζ = -25 m Volts，导致流量下降。

　　图3 流速和速度分布，以换取微通道中心高度变化，并具有线性递增的贴片电荷。

　　图4通过求解线性上升区电荷分布的N - P方程，给出了EDL内的电势(

　　 )和正负离子浓度( n ± / n0 )。可以看出，由于ZP在墙壁中间区域的上升趋势，离子的积累从左到右逐渐增加。显然，其分布非常复杂，不服从玻尔兹曼分布。

　　由于表面具有负值和线性上升的模式，在荷电壁面附近，正、负离子( n ± )的浓度将分别线性上升和下降。在壁面无表面电荷的微通道进出口区域，正负离子浓度均在中性范围( n ± = 1)内。然而，当接近带电壁面边界时，由于重力作用，正离子被吸引到壁面上，由于同名离子的排斥作用，负离子被移出壁面。然而，中间区域的离子分布差异较大。原因如前所述，是平流作用对离子分布的影响。内部电势分布取决于正、负离子浓度分布。离子分布取自N - P方程，代入泊松方程。因此，在这里考虑了位移机制对离子分布的影响。因此，产生并显示了相对于微通道中间的非对称分布。

　　在第二种情况下，对于微通道壁面上的ZP，在中间区域的开始ζ = -50 ( mVolts )和结束ζ = 0处，考虑线性下降的贴片电荷分布。图5给出了结果，包括微通道中心线上的压力变化、压力云图、速度场和流线图。由于这种ZP分散，流动方向上的电渗泵送作用减小。可以看出，在壁面电压线性减小的区域，中心线压力分布呈抛物线状，且为正值。如前所述，这是因为动量方程中的压力梯度在充分发展的稳态下由摩擦力和洛伦兹体积力两项平衡。

　　压力分布是自然的抛物线，对于线性下降的洛伦兹体积力具有正值。由于洛伦兹体积力由于壁面电势的边界条件而线性减小，因此力的平衡需要抛物线或二阶压力分布。这种压力分布在微通道的前半部分产生了反向的压力梯度，速度矢量沉没在这个区域。图5 ( c )表明，当壁面电压为零时，在微通道的入口和出口截面上形成了流体动力学发展的流动。其流动行为与压力驱动流动相当。

　　流体运动仅由这些区域的压力梯度引起，呈线性趋势。通过改变壁面电压从零到zeta，电渗泵效应先突然增大后减小，因此速度矢量在中间区域开始下沉。此后，这种影响逐渐消失。正如图2 ( d )所观察到的那样，微通道纵向上壁面电压的降低导致流线与壁面分离，并随着流体流向输出端而变得平行。当壁面电压从零下降到zeta时，这些线条在微通道中间区域的起始处接近壁面。此外，体积流量计算表明，与前一种情况(线性上升ZP )类似的流量达到了Q = 2.968 mm3 / s的值。

　　图6为线性递减方式求解贴片电荷分布的N - P方程得到的EDL内电势(

　　 )和正负离子浓度( n ± / n0 )。由于ZP在墙壁中部区域的下降趋势，离子积累从左到右逐渐减少。显然，这些分布是相当复杂的，并不服从玻尔兹曼分布。表面具有负值和线性下降模式。因此，在荷电壁面附近，正、负离子浓度( n ± )分别以线性下降和增加的方式下降。

　　在壁面无表面电荷的微通道进出口区域，正负离子浓度均在中性范围( n ± = 1)内。然而，正离子通过接近带电边界被吸引到壁面上。相反，同名离子的排斥作用导致负离子从壁上被移除。然而，中间区域的离子分布差异较大。这种观察类似于前面讨论的平流对离子分布的影响。

　　在第三种情况下，以抛物线方式考虑斑块负荷分布，使中间区域的开始和结束处为ζ = 0，中间区域为ζ = -50 ( mVolts )。结果如图7所示。

　　可以看出，向L ζ区域的中间部分，电渗泵送作用增强。压力分布为三次方，其中壁面电压为抛物线。其原因是动量方程中的压力梯度由摩擦力和洛伦兹体积力两项平衡，如前所述。

　　洛伦兹体积力在此处呈抛物线形，导致压力呈三次方分布。压力云图如图7 ( b )所示。观察到压力云图关于微通道中心线近似对称，这是由于边界条件的对称性造成的。

　　此外，如图7 ( c )所示，在微通道的入口和出口区域附近，速度分布呈抛物线型。这样的轮廓是由这些邻域内的电衰减力和匹配的压力梯度直接导致的。在微通道的中间部分，与壁面相邻的体积电场力(洛伦兹力)较强，因为在ZP的二次分布中，最大值出现在该部分。

　　与逆压力梯度相反，这些力在中间区域产生凹的速度剖面。从图7 ( d )可以看出，随着壁面电压的增加，流线越靠近壁面，并随着载荷的减小而远离壁面，这是由于壁面上的载荷呈抛物线分布。

　　流量达到Q = 3.995 mm 3/ s，并且随着微通道高度的增加，体积流量增加，与前一种情况类似。

　　图8给出了EDL内的电势(

　　 )和正负离子浓度( n ± / n0 )。结果是通过求解抛物型贴片电荷分布的N - P方程得到的。可以看出，在L ζ区域中，离子的积累增加到ZP向壁中间区域的抛物线趋势。由于表面电荷是一个负值的抛物线，在L ζ区域中，正、负离子( n ± )的浓度分别在带电壁面附近向壁面中间区域增加和减少。在壁面无表面电荷的微通道进出口区域，正负离子浓度均在中性范围( n ± = 1)内。然而，当接近带电壁面边界时，正离子被吸引到壁面上，而负离子则被移除。

　　本文定量和定性地模拟了中墙ZP的变化对EOF的影响。墙体ZP的变化被认为是连续的、线性上升的、线性下降的和抛物线形的斑块。为此，通过求解相关方程，获得并报道了速度场、压力场、外电势场、EDL内电势场以及正负离子浓度分布的数值分布。

　　数值结果表明，通过线性上升、线性下降和抛物线方式改变中间区域的壁面ZP，流速降低到连续zeta状态。数值结果表明，随着中间区壁ZP的变化，矩形截面为6 mm2、电场强度为470.6 V/mm的微通道连续贴片电荷的吞吐量达到5.951 mm3/s。然而，线性和抛物线模式下的最大流速分别为 2.968 和 3.995 mm 3/s。此外，结果表明，随着微通道高度的增加，流体的体积流量呈指数增长。

　　特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

　　WTT名古屋女子完美电竞总决赛，孙颖莎再次战胜陈梦，争议球成转折点，女双中日争冠

　　网传山东部分体制内工资待遇，有人感叹：企业越来越困难，他们越来越舒服！

　　男子吐槽学校墙上挂的名人，以前都是挂着科学家、教育家等等。现在......

　　商汤科技创始人汤晓鸥离世，所持20.63%股份动向受关注，业内人士：禁售期应无变化

　　杨瀚森29+11+7青岛加时险胜吉林，5人被罚下，王睿泽36分新高，皮特森46+7

　　续航超1400km 奇瑞风云T9将于12月28日下线更多信息曝光：溜背式轿跑风格

　　妹妹扶着哥哥的脑袋站了起来，还顺便走了两步，哥哥看到后无比兴奋笑的非常开心