基于液态金属的微环境下液滴及颗粒的电场操控方法研究的任务书.docx

基于液态金属的微环境下液滴及颗粒的电场操控方法研究的任务书
任务书
题目：基于液态金属的微环境下液滴及颗粒的电场操控方法研究
背景与意义
液态金属是一种近年来备受关注的新型材料，其具有导电性、热传导性、化学稳定性等多种特性，适合于应用于微纳加工领域。微纳加工领域的发展大大促进了微型芯片、生物芯片、纳米粒子等微纳结构与器件的应用和发展。在微纳加工过程中，如何精确地实现微米尺度下的粒子/液滴操控问题逐渐成为了一个研究热点。
电场操控作为微纳加工领域中常用的一种方法，其作用原理是通过外加电场控制小尺度粒子的运动轨迹和方向。目前，国内外已有很多液滴和颗粒的电场操控研究，但由于设备、技术等各方面的限制，很难实现对微米级或者更小尺度下的粒子/液滴的高精度控制。而液态金属具有极高的电导率，控制粒子/液滴的受力状况时可以用电场操控方式进行精确控制，因此液态金属的应用可以提供一种全新的、高精度的操控手段，对于微纳器件和纳米颗粒的制备和集成具有重要的意义。
研究内容
本研究拟以液态金属为工作介质，基于电场操控方法研究微纳尺度下液滴及颗粒的行为和运动规律，并探究电场操控下液滴及颗粒在微流体环境中的微纳流动特性，重点包括以下几个方面的研究内容：
1.制备液态金属作为微环境的工作介质，利用电极系统建立微小尺度下的电场，实现对液滴和颗粒的操控机制。
2.研究液态金属中液滴及颗粒的受力状况，探究液态金属中粒子的聚集、离散等运动规律。
3.分析液态金属中微纳颗粒的流动特性和输运过程，探究微纳流体力学机理及相关热物理学过程。
4.提出应用于微纳加工和生物检测等领域的电场操控液滴及颗粒的方法和技术，实现针对特定颗粒/液滴的高精度操控和集成。
研究方法
1.制备液态金属：通过熔化适量的金属材料、金属氧化物或金属间化合物，降低其熔点，合成液态金属。
2.设计电场操控系统：利用微型电极调节电压、电流等参数，建立一定的电场，实现对液态金属中液滴及颗粒的精确操控。
3.观察液滴及颗粒运动：使用显微镜、高速摄影等设备观察液态金属中的液滴及颗粒的运动，并通过数据处理和分析确定其运动规律及影响因素。
4.研究微纳流动特性：采用微纳尺度流体力学界面建模方法，研究液态金属中微纳颗粒的流动特性和输运过程。
5.拟定应用方案：基于研究成果，通过实验验证和仿真模拟，拟定应用于微纳加工和生物检测等领域的电场操控液滴及颗粒的方案与技术。
研究成果
1.成功制备液态金属，并设计出微小尺度电极操控系统，实现对微米或纳米级液滴及颗粒的高精度操纵。
2.探究并分析液态金属中微小颗粒的运动规律和受力状况，研究微纳流动特性及相关热物理学过程。
3.针对液态金属中液滴及颗粒的高精度操控技术，提出了应用方法和方案。
4.发表相关学术论文，并向相关领域开展技术转化、产业化等应用推广工作。
经费预算
本课题预计需要的经费预算为15万元，主要用于以下方面：
1.实验材料和设备及仪器购置费用：8万元。
2.研究人员工资及酬劳：4万元。
3.会议、差旅、印刷资料等费用：3万元。
预期成果及考核办法
1.发表SCI论文1篇以上，申请专利1项以上，获得科研成果奖励1项以上。
2.参加相关国内外学术会议，并做专题报告或展示成果。
3.撰写研究报告，内容包括研究背景、研究方法、研究成果、应用前景、展望等。
4.按要求编写验收材料及验收报告。
5.任务完成后，对研究人员进行综合考核，达到优秀水平者予以表扬，未达到任务要求的进行问责处理。
参考文献
[1]Li,Y.,Jin,M.,Liu,A.,etal.Experimentalstudyoftheelectrowettingbehaviorofdropletsinliquidmetal[J].Microsystems&Nanoengineering,2018,4:1.
[2]Jia,W.,Yang,Y.,Liu,J.,etal.Influenceofelectricfieldondropletsofliquidmetal[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2019,619(1):012016.
[3]Guo,B.,Yu,Y.,Shen,G.,etal.TheElectrowettingBehaviorofDropletsinLiquidMetal[J].JournalofElectronicMaterials,2019,48(9):5730-5736.
[4]Vahidkhah,K.,Duan,W.,Chen,Y.,etal.ConsiderationofElectricFieldEffectontheMotionEquationofaDropletinLiquidMetal[J].JournalofNa