本技术公开了一种基于声表面波的液态金属磁性转子制备装置,包括声表面波装置和低高宽比截面流动聚焦型液滴生成微通道。声表面波装置包含一个聚焦叉指换能器和一个128°Y‑X铌酸锂压电基底。流动聚焦型液滴生成微通道包括一个分散相入口、两个连续相入口、一个两相交汇处通道、一个渐缩通道、一个收缩区通道、一个渐扩通道和一个出口通道。掺混四氧化三铁的液态金属在连续相作用下界面失稳断裂,生成较大长径比的微米级非球型微滴,即液态金属磁性微滴转子。在液态金属易氧化性和PVA材料的包裹性的共同影响下,液态金属磁性微滴转子可以保持原始形态。制备的液态金属磁性微滴转子可嵌入圆形结构微通道中,在旋转磁场作用下实现两相流体的快速混合。
背景技术
液态金属磁性材料磁性物质与液态金属组成,均匀分布在液态金属材料中磁性颗粒可赋予其独特的液态特性和磁响应特性。在微流控领域中,液态金属磁性材料可作为智能流体,通过外部磁场实现精确操控和快速响应,可应用于微混合、微泵送、微分离等复杂流体的处理过程,在化学分析和药物开放等领域具有广泛的应用。通过将液态金属磁性材料离散为不同长径比的微米级尺寸液滴,可在磁场调控下作为磁性转子,打破传统微尺度流体的分层流动状态,促进混沌对流,增大流体接触面积,实现流体混合程度的精准控制,有效提两组分材料的混合效率。传统宏观磁性转子通常呈360度旋转,而目前提出的微米级液态金属磁性转子多为圆球型,仅通过磁场诱导液滴水平移动加速流体混合,混合效率还待提高。因此还需要进一步探索不同长径比下多形态液态金属磁性液滴的稳定制备方法,以实现磁性微滴的多角度旋转,提高混合效率。
目前制备液态金属磁性液滴的常见方法包括滴定法,模具法,超声波处理法,机械搅拌法和微流控法。其中,滴定法直接利用注射器挤压液态金属实现材料离散,可实现毫米级液滴金属的制备,但压力控制精度较低,液滴尺寸均一性难以控制。模具法通过将液态金属注入预制好的模具中,可提升液滴金属液滴尺寸的均一性,但金属与模具间的黏附效应会造成液滴脱模困难。超声波处理法和机械搅拌法通过施加压力或剪切力诱导液态金属材料离散,然而宏观超声能量和剪切力沿空间分布不均匀的问题,会造液滴金液滴尺寸难以控制。微流控法应用于液态金属液滴制备时,受液态金属不亲水不亲油且界面张力系数较高的问题,仅通过改变流体属性或流动条件,液态金属在微米级通道中会存在大幅度界面抖动和回抽现象,造成液滴生成尺寸不均一。
目前,液态金属磁性液滴的生成方法存在效率不高,生成可重复性差,形状不可控等不足。为实现不同长径比的微米级尺寸液态金属磁性液滴高效制备还需要进一步向液滴微流控技术中引入微米级波长的声表面波,向液态金属界面施加声辐射力作为附加压力,实现液滴尺寸和生成稳定性的可控调节,以此制备多种类型的磁性微米级转子,加速流体混合效率。
实现思路