有限长PDMS/玻璃微通道电渗流热效应分析

"这篇文章主要探讨了异质材料（如PDMS和玻璃）构成的有限长微通道中的电渗流热效应。通过数值方法，作者分析了双电层的Poisson-Boltzmann方程、Navier-Stokes方程以及流-固耦合的热输运方程，以研究二维微通道电渗流的温度特性。考虑到温度变化对流体性质（如介电常数、粘度、热导率和电导率）的影响。研究发现，在通道入口附近存在一段热发展区域，这里的流速、温度、压力和电场经历快速变化，随后达到稳定状态。在高电场和厚芯片条件下，热发展长度可能占据微通道的显著部分，且电渗流的稳定态温度随外加电场和芯片厚度增加而升高。此外，由于壁面材料热特性的差异，PDMS壁面的温度在稳定态时高于玻璃壁面。研究还揭示了微通道纵向和横向截面的温度变化，这些变化影响流体压强梯度和微通道的电场特性。尽管进流温度不影响热稳定态的温度和热发展长度，但壁面温升会降低双电层电荷密度。这些发现对于微流控器件的设计和优化具有重要意义，特别是在生物、化学和医学等领域的应用中。" 该研究指出，微流控系统的设计与性能优化依赖于对微通道流动和热传导特性的深入理解。电渗流作为微流控系统的重要驱动力，其产生的Joule热效应不容忽视。当高电压直流电场应用于微通道时，会导致流体温度升高，形成温度梯度，这对微通道内的流动特性产生显著影响。温度变化不仅改变流体性质，还会影响电场分布，这可能会影响到微流控设备的精度和效率。 在实际应用中，微流控器件通常由不同材料制成，如本文提到的PDMS和玻璃，它们具有不同的热特性。因此，了解这些材料在电渗流过程中的热效应至关重要。例如，PDMS壁面的热特性导致其温度高于玻璃壁面，这可能会改变双电层的电荷分布，进一步影响流体流动。同时，微通道内部的温度分布不均将引起压力梯度，这可能会改变电渗流的速度和方向，对微流控系统的控制性能产生影响。 这项研究提供了关于电渗流热效应的深入见解，对于优化微流控器件的设计、提高其性能和稳定性具有重要参考价值。通过精确控制和理解这些热效应，研究人员和工程师能够开发出更高效、更稳定的微流控系统，以满足各种生物、化学和医学应用的需求。