特色应用
所提出的Janus粒子轮微执行器为受限流体中的微尺度运动提供了一个紧凑、非接触且电可控的平台。其稳定旋转和可调工作参数可支持微流控泵送、混合、颗粒输运、货物递送以及微机器人系统的运动。多物理场模型和优化结果为开发高效电动力学执行器和集成式芯片实验室设备提供了实用的设计指南。
摘要
电动力学驱动可实现微流控器件中的非接触流体输运和颗粒操控。感应电荷电动力学（ICEK）在交流场驱动方面尤其具有吸引力，因为它可以在没有固定表面电荷的情况下产生强大的电流体动力学运动。在此，我们利用一个瞬态、全耦合的降阶二维多物理场模型，研究了金属-介电Janus粒子（JP）轮的旋转，该模型结合了移动网格固体力学、具有感应电荷电渗（ICEO）滑移的粘性流动以及感应双电层的电阻-电容（RC）充电。该模型确定了稳定逆时针旋转的频率范围，并阐明了施加电压、连杆几何形状、JP半径、电解质电导率和JP数量对旋转的影响。在所研究的条件下，旋转主要由JP金属表面上的ICEO滑移主导，而交流电渗（ACEO）和介电泳（DEP）力矩提供次要贡献。稳定连续旋转至少需要三个JP，在测试的构型中，三JP轮具有最高的时间平均角速度，在20 V/mm的场强下达到26.2 rad/s。增加电解质电导率会使特征旋转频率上移并降低峰值速度，而JP半径的影响是非单调的。这些结果为基于ICEK的微流控执行器和微机器人提供了设计指导。
