Wetting and Spreading Dynamics (Surfactant Science)

Wetting and Spreading Dynamics (Surfactant Science) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:CRC Press
作者:Victor M. Starov
出品人:
页数:515
译者:
出版时间:2007-04-02
价格:USD 185.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781574445404
丛书系列:
图书标签:
  • Wetting
  • Spreading
  • Surfactants
  • Surface Chemistry
  • Colloids
  • Interfacial Phenomena
  • Fluid Dynamics
  • Capillary Phenomena
  • Thin Films
  • Surface Tension
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具体描述

好的,这是一本关于微流控芯片中的多相流体行为的图书简介,旨在深入探讨在微小尺度下,流体、界面和物质传输的复杂动力学。 --- 微流控芯片中的多相流体行为:界面、传输与反应动力学 图书概述 在微米尺度上,流体的行为与宏观世界截然不同。表面张力、粘滞力和扩散效应占据主导地位,而重力则几乎可以忽略不计。这种独特的物理环境催生了微流控技术——一个集成了流体输运、化学反应、生物学分析与先进材料制备于一体的强大平台。 本书《微流控芯片中的多相流体行为:界面、传输与反应动力学》聚焦于在微流控通道和反应器内部,不同相流体(如液体-液体、液体-气体、或液滴在连续相中)相互作用的底层物理机制、界面现象及其对反应速率和产物分布的影响。本书旨在为材料科学、化学工程、生物工程以及物理学领域的科研人员和工程师提供一个全面、深入的理论框架与实验指导。 内容深度与结构 本书内容翔实,逻辑严谨,共分为七个核心部分,层层递进地剖析了微流控系统中的关键动力学过程。 第一部分:微尺度流体力学的基本原理与挑战 本部分首先确立了微流控系统的基础物理图像。我们详细阐述了雷诺数(Re)、韦伯数(We)和傅汝德数(Fr)在微流体环境中的修正意义。重点讨论了非零马赫数效应对低速流动的潜在影响,以及在微尺度下惯性力如何被粘滞力完全压制。此外,本部分深入分析了微通道壁面与流体间的接触线动力学的复杂性,这是理解液滴生成与流体分界面的先决条件。 第二部分:微流控中的界面张力与表面能 虽然表面活性剂是调控界面行为的关键,但本书首先将焦点放在纯净流体界面。我们详细回顾了杨-拉普拉斯方程在微曲率界面上的应用,并引入了曲率驱动的毛细流动(Marangoni/Laplace 效应)的数学模型。特别关注了动态表面张力的概念,即表面性能如何随时间变化,这对于快速成型过程至关重要。引入了先进的界面表征技术在微流控平台上的实现方法,包括高分辨率光学技术对界面形貌的实时追踪。 第三部分:液滴生成与流体破碎动力学 液滴是微流控中最常见的离散相单元,其精确生成是实现高通量筛选和单颗粒分析的基础。本部分深入探讨了T形结、流股破碎(Jet Break-up)和侧流注入等主流液滴生成模式的流体力学机制。我们利用瞬态数值模拟方法,揭示了剪切速率、流速比和通道几何形状如何协同决定液滴的大小、尺寸分散性(PDI)以及生成频率。详细分析了液滴在不同流型(如栓流、离散液滴流)之间的相图转变。 第四部分:微通道内的复杂传质现象 在微流控系统中,扩散是决定反应时间尺度的主要因素。本部分详细考察了对流-扩散耦合问题。对于溶质在连续相和离散相之间的跨界面传输,我们应用了菲克第二定律的修正形式,并结合边界元法(BEM)和有限元法(FEM)来模拟瞬态浓度梯度场的演变。重点讨论了微混合的效率,包括层流下的静态混合器(如螺旋通道、锯齿通道)如何通过诱导二次流来增强传质,并量化了混合时间与通道长度的关系。 第五部分:液滴内部的反应与相分离 液滴不仅是物质的载体,更是微型反应器。本书探讨了液滴内部的微反应动力学。在液滴内部,由于缺乏宏观对流,传质主要依赖于布朗运动扩散和表面扩散效应。我们分析了液滴形变对内部流场和反应速率的影响。此外,深入研究了在液滴合并或分离过程中,相分离的临界条件,这对于制备具有特定核壳结构的微球至关重要。 第六部分:固-液界面行为与微颗粒的组装 除了流体-流体相互作用,本部分关注固-液界面。讨论了微流控环境中颗粒的非平衡沉积与组装。重点分析了电泳力、介电泳力(DEP)与流体剪切力之间的竞争,如何导致颗粒在通道壁面或液滴界面上选择性捕获和有序排列。同时,探讨了微凝胶和微球在流体剪切场中的形变和各向异性生长机制。 第七部分:先进微流控系统中的多场耦合 最后,本书将视野拓展到多场耦合系统,这是现代微流控研究的前沿。我们讨论了热-流体耦合(如局部加热对界面张力的动态影响)、电-流体耦合(如电润湿效应在流体操控中的应用),以及磁力驱动在无创液滴操控中的潜力。通过系统化的分析,读者将能设计出能够精确控制多种物理场以实现复杂功能集的微流控器件。 目标读者 本书适合于具备流体力学和基础物理化学知识的研究生、博士后研究人员、高校教师以及在微纳加工、生物分析、药物递送和先进材料领域工作的工程师。它既可作为高级研究生课程的教材,也是专业研究人员案头的必备参考手册。通过本书的学习,读者将能够从第一性原理出发,深入理解微流控芯片中复杂流体行为的内在驱动力。

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