水镊捕获微粒机理及其输运特性研究

微制造在近十几年获得了迅猛发展，其关键技术和重要基础之一是实现对微粒的捕获和操控。目前，微粒的捕获和操控主要依赖于光、电和等离子体来实现。本项目拟提出一种全新的"水镊"理念：中空微射流产生回旋流，进而形成"水镊"。项目工作将采用分形理论研究微射流的界面性质以及"水镊"形成条件，利用耗散粒子动力学对"水镊"流场进行模拟和分析，同时在视觉系统监控下研究"水镊"的稳定性。通过对"水镊"的形成、稳定、捕获精度、输运控制等深入研究，揭示"水镊"对微粒的捕获机理，建立和完善"水镊"对微粒的操控理论，解决"水镊"的稳定和操控关键问题，实现"水镊"对微粒的准确捕获与输运。本项目是研究小组基于水射流长期研究基础上的延伸，相关工作将探索和完善一种新的微制造原理和方法，同时为"水镊"直写三维微型零件提供一定的关键技术。

项目针对微射流的特点，研究了“水镊” 捕获微粒的机理，包括：中空微射流的动态特性、回旋流的形成、微射流和微粒的耦合作用、“水镊”捕获微粒数值模拟等，建立了“水镊”捕获微粒的理论模型，确定了“水镊”的形成条件及“水镊”对微粒的捕获条件。基于直线电机的运动特性，研究了“水镊” 对微粒的输运问题，搭建了直线电机驱动的“水镊”实验平台，并进行了实验平台的性能优化。研究探索了一种新的微制造原理和方法，为进一步开展基于射流的微制造研究奠定了基础。在本项目的支持下，已发表论文15篇，其中SCI收录3篇、EI收录12篇。项目核心技术申请发明专利8项，其中授权日本和中国发明专利各1项、美国公开1项、PCT国际申请1项，完成了项目预期的指标(原申请书主要指标：SCI和EI论文6～8篇，专利2项)。