Электрокинетический сорбционно-мембранный микронасос

• Автор: Бастрыкина, Наталья Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Средства для перекачивания малых количеств

жидкостей

2. Электрокинетические эффекты

2.1. Общие принципы явлений электроосмоса и

потенциала течения

2.2. Теоретические основы электроосмотического перекачивания жидкостей

3. Насосы на основе элсктрокинетических эффектов

4. Ионообменные электрохимические системы
4.1. Электропроводность ионитов
4.2. Электрохимическая регенерация ионитных систем
4.3. Сорбционномембранные электрохимические системы
4.4. Теоретические подходы к изучению ионитной электрохимической системы
5. Постановка задач диссертационной работы
ГЛАВА II. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Использованные материалы и реактивы
2. Методика подготовки микронасоса к работе
2.1. Методика сборки
2.2. Методика подготовки мембран
2.3. Методика получения используемых форм ионитов
КУ28 и КБ4
3. Методики экспериментов
3.1. Определение характеристик поликапиллярных
структур
3.2 Определение скорости течения потоков жидкостей и определение давления, создаваемого насосом
4. Аналитическая методика по определению состава перекачиваемых растворов
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1. Оценка правомерности использования классического приближения Гельмгольца Смолуховского для описания элсктрокинетических эффектов в использованных поликапиллярных системах
2. Электрокинетические эффекты на простейших многоканальных системах
3. Открытый электрокинетический микронасос с ионообменными мембранами
4. Сорбционномебранный микронасос без выделения газов закрытая система
5. Электрокинетический микронасос для перекачивания растворов электролитов
6. Экспериментальная оценка обратимости работы микронасоса
7. Оценка влияния различных факторов, связанных с электропроводностью ионообменных микроколонок, на стабильность работы микронасоса
7.1. Изменение электропроводности ионообменных микроколопок при переходе в различные ионные формы без учета влияния процессов набухания и сжатия
7.2. Влияние на электропроводность микронасоса процессов набухания и сжатия гранул ионитов при изменении их ионных форм
8. Математическая модель процессов массопереноса в микроколонках
8.1. Описание модели
8.2. Результаты моделирования
9. Создание автономного перекачивающего устройства
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Ряд крупнейших компаний, выпускающих ноутбуки, проводят разработки в области средств доставки метанола в микротопливные элементы. Компания Тошиба начала с г. Средства для перекачивания малых количеств жидкостей могут быть созданы на различных физических принципах. Известны электростатические, термопневматические, пьезоэлектрические и электроосмотические насосы. Однако такие микронасосы имеют ряд ограничений, главными из которых являются электролиз перекачиваемого раствора, что может привести к изменению его состава, а также газовыделению в непосредственном контакте с пористым телом, что может привести к ухудшению или прекращению перекачивания жидкости. Предложенные до настоящего времени приемы электрокинетического перекачивания не обеспечивает одновременного выполнения двух обязательных условий стабильной работы микронасоса и исключения влияния процессов электролиза на химический состав перекачиваемой жидкости. Не менее важной проблемой создания электрокинетических микронасосов является выбор оптимальных пористых структур. Как известно, электрокинетическос перекачивание основано на использовании эффекта образования двойного электрического слоя ДЭС на границе раздела полярная жидкость твердый диэлектрик. Использование высоконористых сред с большими значениями площади раздела фаз является обязательным условием эффективной работы микронасосов. Однако до настоящего времени такие структуры были малодоступны, не изучены и не использованы в создании актуаторов для микрофлюидных систем. Разработка в Институте рентгеновской оптики и других организациях многоканальных структур из стекла, состоящих из сотен тысяч и миллионов одинаковых микроканалов, определяет принципиальную возможность создания таких микронасосов. В настоящей работе представлены результаты исследований по созданию сорбционио мембранного элсктрокинетического микронасоса на основе многоканальных структур. Предложены принципиально новые конструкции, полностью исключающие газовыделение, а также прямой контакт электродов с перекачиваемыми растворами. В работе представлены результаты исследования физикохимических закономерностей в неизученной ранее системе сорбционных микроколонках, формирование и трансформация концентрационных фронтов в которых под действием внешнего электрического поля регулируется использованием моноиолярных и биполярных мембран. Создание элсктрокинетического микронасоса актуатора для микрофлюидных систем с использованием нового принципа сопряженных сорбционномембранных электрохимических систем и изучение физикохимических закономерностей, регулирующих работу такого микронасоса. Дано описание закономерностей, регулирующих динамику концентрационных фронтов в микроколонках, являющихся составными частями электромембранных систем. Впервые созданные сорбционномембранные микронасосы и автономные перекачивающие устройства на их основе. Взаимосвязь электрохимических параметров, состава перекачиваемых жидкостей и динамических характеристик микронасосов. Экспериментальные результаты лабораторной апробации сорбционномембранного электрокинетического микронасоса. Основные результаты исследований доложены на Российской конференции с международным участием Ионный перенос в органических и неорганических мембранах Туапсе, г III Всероссийской конференции Физикохимические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах Воронеж, г. Российской конференции с международным участием Ионный перенос в органических и неорганических мембранах Краснодар, г. Иониты Воронеж, г. XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии Москва, г. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи, патент Российской Федерации, опубликованная заявка на европейский патент и 5 тезисов докладов на международных и российских научных конференциях. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, глав с описанием проведенных экспериментов и полученных результатов, заключения, выводов, списка использованной литературы, приложения. Материал диссертации изложен на 6 страницах, содержит рисунка и 7 таблиц. Список использованной литературы содержит 7 наименований.