发布时间：2021-06-08 热度：

　　在分析化学和生命科学领域，系统的微型化是大势所趋。随着微细加工技术的快速发展，微混合在化学实验室中具有越来越重要的作用。在两股或多股流体进行化学反应时，必须解决他们之间的有效混合，因而微混合是微混合中的重要组成部分。微混合器的主要结构特征是其容纳流体的有效结构至少在一个维度上为百微米级尺度。微混合器的基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。微混合器具有如下特点：

　　（1）微混合器具有很高的效率。可在数秒至数十秒时间内完成分离、测定或者其他更复杂的操作。分析速度常高于相应的宏观操作一至二个数量级。

　　（2）微混合分析的试样与试剂消耗能降低至微升水平。这既降低了分析费用和贵重试剂的消耗，也减少了环境污染。

　　（3）微混合器的微小尺度使设备制作材料消耗量减小，而当实现工业化后，制作成本有望进一步降低，有利于为混合器的发展。

　　依据混合是否需要借助外界力源来完成，微混合器分为主动式微混合器和被动式微混合器。主动式微混合器包括机械驱动式、电动力驱动式、超声波驱动式、磁动力驱动式和压电驱动式混合器。被动式微混合器中样品的混合不需要借助外界力源。相对于主动式微混合器，被动式微混合器具有结构简单、耗能低、方便控制、易于集成等特点。在微通道中微流体常常呈层流状态流动，因此在被动式微混合器中的流体主要通过分子扩散实现混合，然而，单独依靠分子扩散实现混合在微通道环境下是不可取的。为了增强被动式微混合器中样品的混合，通常通过设计蜿蜒微通道或者在微通道中设置障碍物，以细化层流或者产生混沌对流，从而达到混合的目的。

　　国科质检传统混合过程依赖于层流混合和湍流混合。在微化工系统中，由于通道特征尺度在微米级，Reynolds数远小于2000，流动多呈层流，因此微流体混合过程主要基于层流混合机制，其基本混合机理如下。

　　（1）层流剪切在微混合器中引入二次流，使流动截面上不同流线之间产生相对运动，引起流体微元变形、拉伸继而折叠，增大待混合流体间的界面面积、减少流层厚度。

　　（2）延伸流动由于流动通道几何形状的改变或者由于流动被加速，产生延伸效应，使得层流厚度进一步减小，改进混合质量。

　　（3）分布混合在微混合器内集成静态混合原件，通过流体的分割—重排—再结合效应，减小流层厚度，并增大流体间的界面。

　　（4）分子扩散分子水平均匀混合的必经之路。常规尺度混合器中，只有当剪切、延伸和分布混合使流层厚度降至足够低的水平时，分子水平的混合才有意义。

　　当待混合流体处于同一微通道内时，分子扩散路径大大缩短，因此仅依靠分子扩散就可在极短的时间内实现均匀混合。