中国计量大学计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
针对微流控芯片通道三维形貌的可视化测量需求，搭建了一套反射式离轴双波长像面数字全息显微测量系统。首先，利用分辨率靶和标准样片对系统的横向、纵向分辨率和放大倍数进行标定实验，结果表明双波长全息显微系统在横向宽度及纵向深度测量中具有较好的准确性和可行性。然后，利用该系统分别对由PDMS材料制成的直通道、圆形小室结构微流控芯片以及硅基底微流控芯片通道进行三维形貌检测，并得到定量结果：直通道结构深度为48.6 μm，宽度为75.8 μm；圆形小室微通道深度为48.5 μm，宽度为76.6 μm；硅基底微流控芯片测量得到通道深度为61.6 μm。上述结果与白光干涉仪的测量结果具有良好的一致性，说明双波长全息显微系统具有较高的可靠性和准确性，可为微流控芯片微通道检测提供新的成像检测方法。
全息 微流控芯片 微通道 像面全息 双波长全息显微
1 1.中国矿业大学 材料科学与物理学院, 徐州 221116
2 2.广东能源集团科技研究院有限公司, 广州 510000
中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)有助于国家的碳中和战略, 但其阴极材料难以兼顾热兼容性和催化活性。为此, 基于多元素耦合的高熵策略, 本研究合成了高熵阴极材料GdBa(Fe0.2Mn0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)2O5+δ(HE-GBO), 具有双过氧化物结构, 与Gd0.1Ce0.9O2-δ(GDC)有良好的化学兼容性, 协调了与催化活性之间的平衡性。采用HE-GBO阴极的对称电池在800 ℃下的极化电阻(Rp)为1.68 Ω·cm2, 而HE-GBO-GDC(质量比7 : 3)复合阴极的Rp因引入GDC而显著降低(800 ℃下Rp为0.23 Ω·cm2)。采用HE-GBO和HE-GBO-GDC阴极组装树枝状微通道阳极支撑单电池,在800 ℃的最大功率密度分别达到972.12和1057.06 mW/cm2, 使用高熵阴极可以进一步提高电池性能。这些结果表明多尺度优化有助于开发高性能的IT-SOFC阴极材料。
高熵阴极 固体氧化物燃料电池 热相容性 树枝状微通道 high-entropy cathode solid oxide fuel cells thermal compatibility dendritic microchannels
1 华东理工大学 物理学院，上海 200237
2 华东理工大学 材料科学与工程学院，上海 200237
为了研究向列相液晶微流体在不同界面限制内拓扑缺陷的产生与演化，制备了不同表面锚定条件的微通道。通过采用不同表面特性的基板与聚二甲基硅氧烷制备的结构层键合，并合理利用氧等离子体对通道内壁化学特性的改变，最终制备出3种不同表面锚定条件的微流体通道。观察向列相液晶在其中的流动，总结了不同类型拓扑缺陷的出现规律。实验结果表明：平面取向的微通道内液晶分子排列连续，不会出现明显的缺陷结构。混合取向的微通道在界面锚定之间的竞争作用下，会在上表面附近形成稳定的相错线，相错线的数量与微通道的宽深比相关。正常情况下，垂直取向的微通道内指向场的变化具有良好的连续性，通过控制流速突变产生回流可以有效破坏微通道内指向场的连续性，从而产生动态的拓扑缺陷。缺陷的数量与流速相关。当流速恒定时，缺陷结构会维持短暂的动态平衡，随后会在通道内产生规律的波动。
微流体 向列相液晶 微通道 表面锚定 拓扑缺陷 microfluidics nematic liquid crystals microchannels surface anchoring topological defects
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西安工程大学 机电工程学院, 西安 710600
研制了一套微通道封装结构半导体激光器的低温测试表征系统, 实现了对高功率半导体激光器在－60℃~0℃低温范围内的输出功率、电光转换效率和光谱等关键参数稳定可靠的测试表征. 采用计算流体力学及数值传热学方法, 模拟了无水乙醇、三氯乙烯以及五氟丙烷三种载冷剂的散热性能. 模拟结果表明, 压降均为0.47 bar时, 采用无水乙醇作载冷剂的器件具有最低的热阻(热阻为0.73 K/W)和最好的温度均匀性(中心和边缘发光单元温差为1.45℃). 低温测试表征系统采用无水乙醇作为载冷剂, 最大可实现0.5 L/min的载冷液体流量, 最多能容纳5个半导体激光器巴条同时工作. 基于该低温测试表征系统, 对微通道封装结构976 nm半导体激光器巴条在6%占空比下的低温特性进行了研究. 测试结果表明, 载冷剂温度由0℃下降到－60℃, 半导体激光器的输出功率由388.37 W提升到458.37 W, 功率提升比为18.02%; 电光转换效率由60.99%提升到67.25%, 效率提升幅度为6.26%; 中心波长由969.68 nm蓝移到954.05 nm. 器件开启电压增加0.04 V, 阈值电流降低3.93 A, 串联电阻增加0.18 mΩ, 外微分量子效率提高11.84%. 分析表明, 阈值电流的减小及外微分量子效率的提高, 是促使半导体激光器在低温下功率、效率提升的主要因素. 研究表明, 采用液体微通道冷却的低温工作方式, 是实现半导体激光器高输出功率、高电光转换效率的一种有效手段.
半导体激光器 光电测量 低温冷却 微通道 输出功率 电光转换效率 Semiconductor lasers Photoelectricitymeasurements Cryogenic cooling Microchannels Output power Electrooptic conversion efficiency
西南科技大学 土木工程与建筑学院, 四川 绵阳 621010
引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器, 实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4 mm、宽2 mm、间距1 mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明: 在雷诺数Re为625～1125范围内, 潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度, 且存在最佳的质量分数值; 相同工况下, 潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水, 平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式, 最大偏差为16.9%, 可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性; 潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区, 且强化换热存在最佳的长度。
潜热型功能热流体 冷却 微针肋 强化传热 努谢尔数 latent functionally thermal fluid cooling pin-fin microchannels enhanced heat transfer Nusselt Number 强激光与粒子束
2018, 30(11): 111001
北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100022
为了提高玻璃微通道的加工效率及质量, 采用248nm准分子激光加工玻璃微通道的新型加工方法进行了理论分析和实验验证, 取得了不同激光参量下玻璃微通道的加工工艺数据。结果表明, 激光加工玻璃微通道的刻蚀阈值为4.54×103mJ/mm2; 随着激光能量的增加, 刻蚀深度近似成对数增长, 经线性拟合得到刻蚀深度随激光能量变化的公式; 随着脉冲频率的增加, 刻蚀深度近似成线性增长, 经线性拟合得到刻蚀深度随频率变化的公式; 且通道底面粗糙度随激光能量及脉冲频率的增加, 呈增长趋势; 激光的能量在400mJ~600mJ、脉冲频率在4Hz~7Hz范围的组合激光参量可实现刻蚀率高、粗糙度小的微通道加工。这些结果对于合理选择激光参量、提高玻璃微通道的加工效率及质量是有帮助的。
激光技术 玻璃微通道 248nm激光 激光参量 刻蚀效率 刻蚀质量 laser technique glass microchannels 248nm laser laser parameters etching efficiency etching quality
贵州大学 贵州省光电子技术与应用重点实验室,贵阳 550025
为了具体测量细胞表面电荷量,设计了一种利用光镊、微通道和电泳测量细胞表面电荷的方法,并利用该方法测量得到酵母菌细胞表面电荷大约为10-10C。结果表明,可以利用该方法测量细胞表面电荷变化。对测量系统进一步开发,可做成测量细胞表面电荷的生物分析芯片。
医用光学与生物技术 细胞表面电荷 光镊 石英微通道 电泳 medical optics and biotechnology surface-charges of cells optical tweezers quartz microchannels electrophoresis
