• 沒有找到結果。

從實驗了解,在厚長比甚小的微流道中,考慮與流動方向垂直的 導電梯度,並施加流動方向的電場時,流體會隨著所施加的電場大小 產生顯著不穩定的擾動現象。而亦有許多學者嘗試建立物理模型,分 析其中的物理機制。其中Lin[16]的模型中,討論兩導電度均勻的電 解液,考慮介面上的導電梯度,施加流動方向的電場作用,並考慮邊 界EDL 效應下,分析此系統的不穩定機制。並研究流體最有效率混 合時的最佳電場及討論其二維、三維的變化。

而其中較少討論其縱向模態的變化,且其所討論的導電梯度僅在 交界面產生梯度變化。因此,在本研究的系統中,考慮平行板充滿單 層導電溶液,給予上下板不同的離子濃度依據其擴散作用產生導電梯 度,並通入流動方向電場,分析其線性穩定性分析。並分別討論兩個 物理模型,(1)考慮 EDL 的影響,(2)忽略 EDL 的影響。在此我們得 到一些結論:

首先在(1)因考慮邊界滑動的因素,使系統產生一個基態速度,

也由於這個基態速度使系統並沒有靜態模態(stationary mode)及震盪 模態(oscillation mode)的發生,且(1)效應中的基態速度其動能亦可增 加抵抗黏滯力。使得流場較(2)的情形更易不穩定,但此現象當導電 梯度H>5 之後,因導電梯度所造成的電場力已足以抵抗黏滯力的束 縛,造成系統不穩定現象,故H>5 有無 EDL 效應已無明顯差別。

在流體性質Sce(electric Schmidt number)方面,其Sce對穩定性的 影響。Sce在本研究代表離子擴散效應的影響。當Sce越小代表離子擴 散效應越大。(1)效應時,Sce對流體穩定性的影響。發現在高導電度

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時,當Sce越小時,流體有越穩定的趨勢,電場須施加較大才能造成 流體不穩定。以物理的現象來說,當Sce越小,代表離子的擴散效應 越強,當離子因擴散所形成的導電梯度因為擴散效應強到與黏滯力的 影響差不多時,好不容易靠離子擴散形成的導電梯度,很快得被擴散 的機制消除了。導致導電梯度的效果消失,使得系統缺乏導電梯度的 影響使電場驅動力減弱而趨於穩定。當Sce>100 時,Sce對系統的不 穩定效果影響已不明顯。但若考慮在低導電梯度的情況下,卻有相反 的結果。因在低導電梯的情況中,因離子濃度低,擴散作用較慢,因 而較穩定。而當擴散效應越大時,可加速離子擴散效應以形成導電梯 度。故在低導電梯度時,離子擴散效應為使系統不穩定的機制。

在(1)中定義ψ = −

(

μkeff /ε

)

1/ 2/ξr為流體性質的穩定機制與局部 離子濃度(導電度)的不穩定機制比值,即則塔電位的影響。此參數亦 為EDL 效應的影響指標。當

ψ

越小代表則塔電位效應越大,亦代表 (1)效應越大。理論來說,在高導電梯度狀態時,當則塔電位越強,

代表電滲速度越快,其基態流場亦越大,系統應越趨於不穩定。但從 結果觀察,當ψ =0.1則塔電位強到一個程度,系統卻反而變穩定。原 因為,當則塔電位效應強到一個程度時,反而會抓住電解液中的電荷,

使系統受電場產生的電泳力減小,EDL 厚度增厚,如同流體的邊界 層效應般,反而使系統穩定。另一方面,當在低導電梯度系統中,因 電場力的影響減小,EDL 的效應將變得重要。在此情況中,則塔電 位將扮演不穩定的角色,使得邊界的滑動速度加大,增加基態流場的 不穩定動能,以抵抗黏滯力的穩定作用。

而(1)中當考慮Q (底板的無因次導電度)及 n (則塔電位中導電度

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的修正權數(power index))兩無因次參數時,皆無明顯的變化。代表此 兩項參數並非造成不穩定的主要影響。

在縱向模態中,無論是否考慮 EDL 效應,縱向模態皆不會發生。

此為因電場驅動力在橫向。且並無其他機制如溫度、壓力、電磁力、

浮力…等,使橫向不穩定能影響至縱向上,因此橫向模態一定比縱向 模態不穩定,系統一定由橫向模態控制。

最後,本文提出一些今後在設計高導電梯度的微混合器晶片 (on-chip)時的方向,在一般常溫稀薄電解液可忽略其流體性質的影響 亦可完全忽略縱向模態對穩定性的作用。

而在本研究中並無考慮三維的理論分析及電場與黏滯力作用下 焦耳熱對流體的穩定性影響,此為未來可投入的研究方向。

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