微纳流控技术是现代微电子、生物工程、化学分析等领域的重要基础,它涉及到在微米到纳米级的微型通道中,利用流体动力学原理操控流体。随着科学研究和技术发展的深入,纳流控技术逐渐成为该领域的热点,特别是在纳流控通道中流体滑移现象的研究,成为影响流体输运性能的关键因素。
研究中发现,当通道尺寸从微米级缩小到纳米级时,通道表面的性能发生了显著变化。例如,通道中流体的电阻增大,电双层部分重叠,粘度增加而介电常数下降。在宏观尺度上,固体表面的滑移效应通常很小,常常被忽略。但在纳米尺度流动中,由于流体系统的表面积与体积之比增大,表面现象成为主导因素,纳米级滑移现象将对流体输运产生重大影响。
在纳流控通道中的滑移流动研究中,速度滑移因子是研究的重点之一。这些因子包括通道的势能、温度、变截面、壁面粗糙度等。例如,通道势能的改变会影响流体中分子的运动状态,从而影响流体的滑移现象。温度的变化会改变流体的热动力学性质,进而影响滑移效应。变截面和壁面粗糙度的改变直接影响流体与通道壁之间的相互作用,从而影响流体在通道内的滑移特性。
速度滑移是描述流体在固体表面流动时,流体速度与固体表面速度不一致的现象。在纳流控领域,这种现象的研究不仅涉及流体动力学和热力学原理,还包括界面物理、表面化学等多学科知识。通过深入理解滑移现象,研究者可以更好地控制流体输运的特性,例如通过控制纳流控通道壁面的边界层条件来改善和控制流体的输运性能。
例如,在气体流动的情况下,假定气体流动的滑移长度等于空气分子的平均自由程0.065微米,当流体系统的尺度为1微米时,与无滑移流动相比,摩擦阻力系数减小了28.1%。这意味着在纳米尺度上,滑移现象对流体输运的影响是显著的,可以用来改善流体输运性能。
在国际上,关于微纳尺度流体力学的研究中,纳米尺度的滑移现象得到了越来越多的关注。科学家们通过研究滑移流动,不仅对流体输运特性的理解和控制有了新的认识,还推动了相关领域如微流控芯片、纳流控芯片(芯片通道至少为一维纳米尺度)的发展。
总结而言,纳流控通道中滑移流动的研究进展涉及了微流控与纳流控的基本原理、流体动力学及热力学特性、界面物理和表面化学等多个领域。随着实验和理论研究的不断深入,这些研究成果不仅为微纳流控领域提供了新的理论依据和实验指导,也为该领域的技术创新和应用拓展奠定了基础。未来随着微纳技术的进步,纳流控中的滑移流动研究将会带来更多的惊喜和突破,对科研和工业应用产生更加深远的影响。