微納米顆粒的磁場驅(qū)動控制平臺設(shè)計

實驗名稱：功率放大器在磁性微納米顆粒微流體操控研究中的應(yīng)用

實驗內(nèi)容：設(shè)計一套精準的磁場操控平臺，并制備兩種不同類型磁性顆粒；研究了均勻型磁性顆粒在磁場下的成鏈的機理，給出成鏈模型，通過實驗研究了不同因素對成鏈的影響。探索了一種新的流場顯示方法，利用磁性納米鏈對微尺度下氣泡潰滅時的流場進行顯示;還通過氣泡驅(qū)動-磁場導航的方式，對非均勻型磁性顆粒進行精準操控，實現(xiàn)了微尺度下微納米磁性顆粒的定向?qū)Ш竭\動，并對微尺度下操控磁性顆粒在顆粒加載方面的應(yīng)用進行了初步實驗研究。

磁場平臺控制系統(tǒng)

實驗設(shè)備：高速相機-倒置顯微鏡系統(tǒng)、均勻型微米Fe3O4磁性顆粒，兩臺信號發(fā)生器及其自帶的軟件、三維亥姆霍茲線圈、三臺ATA-309放大器等。

實驗過程：設(shè)計了微納米顆粒的磁場驅(qū)動控制平臺，通過電生磁的方式，由信號源輸出不同的電壓及頻率，經(jīng)功率放大器進行信號放大，由亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻磁場，高速CCD-倒置熒光顯微鏡系統(tǒng)觀察記錄磁性顆粒的運動行為。同時介紹了數(shù)據(jù)處理方法，包括磁性顆粒的運動軌跡及速度分析，及磁性顆粒形成磁鏈后的磁鏈數(shù)計算等。

選用的功率放大器作用是將電信號放大，傳遞到線圈產(chǎn)生磁場，主要有以下特點:(1）可以將信號最大放大至30倍，支持單通道輸出;(2）可以方便控制信號的輸入或切斷，并保存上次設(shè)置的參數(shù)，輸入?yún)?shù)方便;(3）具有散熱及自我保護系統(tǒng)，保證實驗安全。

實驗結(jié)果：

（1）頻率對磁鏈的影響；

同一時刻內(nèi)不同頻率成鏈情況

不同頻率下數(shù)密度隨時間的變化

（2）電壓對于磁鏈的影響

同一時間下顆粒在不同電壓下的成鏈情況

各電壓下顆粒隨時間變化的成鏈情況

其他條件相同時，隨著頻率的增大，外部磁場方向的改變會變快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，使得成鏈速度變慢，相對更不易成鏈;隨著電壓的增大，磁感應(yīng)密度會變大,顆粒與顆粒間作用力會變強,磁鏈更容易形成;另外,隨著顆粒濃度的增加，磁鏈的長度也會邊長，由于顆粒間距離的變小，磁性顆粒更容易吸引到一起。

實驗中用到的ATA-309功率放大器參數(shù)指標：

最大輸出電壓90Vp-p（±45Vp），最大輸出電流 18Ap，帶寬（-3dB）高達DC~30KHz，最大輸出功率810Wp，壓擺率≥6V/μs。

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審核編輯：湯梓紅