第四章 結果與討論
4.3 理論模型與實際結果比對
4.3.2 數值模型與實驗對照
並給與 60 v 的電壓、流道高度 140 m、電極邊長為 2 ㎜為條件下 數值模型與實驗對照圖。當原液滴由圓型乘載電極抽出至第三電極 時，則圓形電極與第 1、3 電極開啟並關閉第 2 電極，而後即開始產 生出奈升液滴。表 4.1 數值模型建立之參數表。
表 4.1 模型建立之參數表
而藉由 2.2.6 節我們可利用推導出來的公式進而可預測液滴取樣
0.5(cos 80 cos117) 153 2 算，當流道間距條件<153 m的理論預測值時，液滴取(creating)行為 則開始發生，此時可成功取樣液滴體積約為 140 nl，由圖 4.9、4.10 得知，模擬結果與理論公式比對仍距一定吻合性。
而圖 4.11、圖 4.12 則是呈現液滴在被取樣(creating)時，液滴在 140
m與 210 m兩流道間距下頸縮部分的 y 軸方向壓力差，並可明顯 看出流道間距為 140 m時壓力差有顯著上升，也根據圖 4.12 在第 2 電極處的 y 軸方向上有最大壓差 300 N/m2的瞬間能產生液滴取樣 (creating)行為。表 4.2 為取樣型幾何形狀尺寸與物理參數對照表。
表 4.2 取樣模型幾何形狀尺寸與物理參數對照表。
圖 4.15 為無次電極下取局部網格中設有 440
n
液滴、流道高度 因邊界條件經電場改變產生電濕現象(Contact angle 117 度~~80 度)，內聚力因而銳減。圖 4.17(b)為BB截線上的內壓值呈現 300 N/m2，並
(3) 次電極面積約為 1.8 倍液滴面積
當次電極面積再放大，此時液滴內壓值因產生電濕潤現象的範圍 增加促使內聚力更為減小。圖 4.22 開啟 1.8 倍液滴面積之次電極時的 內壓不到 250 N/m2，故釋壓後因壓差所產生的液滴初速度將更勝前 兩比例。圖 4.23 液滴在相同座標位置下呈現的初速度值約為 0.16 m/s。
最後將不同面積次電極所產生的壓差隨時間變化下的關係可整 理成圖 4.24。由圖中可以發現面積越大者可產生較大的壓差，故能有 較大的出速度抵抗流道間距變小時所產生的流阻。
表 3 不同面積比例下網格數與邊界條件經電場改變範圍
次電極與液滴面積比例 0.5 1.1 1.7
邊界條件假設經電場改變 117 度~80 度 117 度~80 度 117 度~80 度
總網格數 46914 26173 28819
(a) 1mm×1mm
(b) 1.4mm×1.4mm
(c) 2mm×2mm
圖 4.1 EWOD 的元件光罩圖
(a) 圓型電極尺寸半徑為 1.5 ㎜、方形電極 1 mm×1 mm
圖 4.3 實驗設備與架設示意圖 (e) 架設示意圖
(a) 接觸角量測儀
(d) 數位微流體晶片 (c) 單晶片控制面板
(b)顯微鏡觀測系統
圖 4.4 實驗流程圖
(a) parylene C 接觸角變化理論曲線與實驗曲線比較圖
(b) oxide 接觸角變化理論曲線與實驗曲線比較圖
(c) nitride 接觸角變化理論曲線與實驗曲線比較圖
圖 4.5 理論與實驗量測接觸角比對圖
圖 4.6 流道高度 70m與電極大小 2×2 mm2液滴傳輸動作分解圖 t=0~0.033 秒
t=0.066~0.099 秒
t=0.132~0.165 秒
t=0.198~0.231 秒
t=0.264~0.33 秒 t=0~0.033 秒
t=0.066~0.099 秒
t=0.132~0.165 秒
t=0.198~0.231 秒
t=0.264~0.33 秒
T= 0 秒 T= 0 秒
T= 0.033 秒 T= 0.033 秒
T= 0.066 秒 T= 0.066 秒
T= 0.099 秒 T= 0.099 秒
T= 0.12 秒 T= 0.12 秒
圖4.7 流道高度70m與電極大小2×2 mm2液滴分離動作分解圖
(a) 電極未導通 (b)液滴移至第一電極 (c)液滴移至第二電極
(d)液滴移至第三電極 (e)開始取樣(creating) (f)液滴於第 2 電極處頸 縮分離
(g) 取樣(creating)完成
(a) 電極未導通 (b)液滴移至第一電極 (c)液滴移至第二電極
(d)液滴移至第三電極 (e)開始取樣(creating) (f)液滴於第 2 電極處頸 縮分離
(g) 取樣(creating)完成
圖 4.8 流道高度 140m與電極大小 2×2 mm2液滴取樣動作分解圖
圖 4.9 液滴於流道高度 210m與電極 1×1 mm2取樣動作分解圖
1 2 3 圓型電極
(a) 原乘載液珠 (b) 抽出原液珠至第 3 電極
(c) 開始取樣機制 (d) 第 2 電極處頸縮壓力開始不足
(e) 將欲取樣之液滴被拉回 (f) 無法完成奈升液滴取樣
圖 4.10 液滴於道高度 140m與電極 1×1 mm2取樣動作分解圖
1 2 3 圓型電極
(a) 原乘載液珠 (b) 抽出原液珠至第 3 電極
(c) 開始取樣機制 (d) 第 2 電極處開始頸縮
(e) 成功分離液滴 (f) 完成奈升液滴取樣
圖.22(b)
(a) 第 2 電極處頸縮壓力分佈
(b) 第 2 電極處相對位置與壓力關係
圖 4.11 液滴於流道高度 210m下頸縮區域壓力圖 x
y z
(a)第 2 電極處頸縮壓力分佈
(b) 第 2 電極處相對位置與壓力關係
圖 4.12 液滴於流道高度 140 m下頸縮區域壓力圖 X
y z
圖 4.13 次電極(鋸齒狀電極)網格分佈模型 次電極(鋸齒狀電極)
1.4 ㎜×1.4 ㎜方型電極 主圓型乘載電極
off on off off
off on
off off
off on
圓型乘載電極
圖 4.14 有無次電極下的開關順序對照圖
次電極
(a) 無施加電壓下液滴內壓值分佈圖
(b) AA截線下相對位置與壓力關係
圖 4.15 無施加電壓液滴內壓值 A
A
x y
液滴
圖 4.16 欲往方型電極移動瞬間之液滴相對位置初速度
(a) 開啟次電極後液滴內壓值分佈圖
(b) BB截線下相對位置與壓力關係
圖 4.17 開啟次電極後液滴內壓值
B B
液滴輪廓改變
圖 4.18 次電極釋壓後液滴相對位置初速度
(a) 約 0.5 倍於液滴面積
(b) 約 1.1 倍於液滴面積
(c) 約 1.8 倍於液滴面積
圖 4.19 不同面積比例之次電極(鋸齒狀電極)比對圖
(a) 開啟 0.5 倍於液滴面積之次電極後液滴內壓值分佈
(b) CC截線下相對位置與壓力關係
圖 4.20 開啟 0.5 倍次電極之液滴內壓值 C C
圖 4.21 0.5 倍次電極釋壓後液滴相對位置初速度
(a) 開啟 1.8 倍於液滴面積之次電極後液滴內壓值分佈
(b) DD截線下相對位置與壓力關係
圖 4.22 開啟 1.8 倍次電極之液滴內壓值 D D
圖 4.23 1.8 倍次電極後釋壓後液滴相對位置初速度
Drop pressure (Pa)
Drop pressure (Pa)
time Drop pressure (Pa)
500
7 第五章 結論與展望
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簡歷
作者：林國華 生日：1980.12.10 籍貫：台灣南投 學歷：
民國 93 年 9 月至 95 年 6 月 國立交通大學機械工程碩士班