實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：功率放大器在磁性微納米顆粒微流體操控研究中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一套精準(zhǔn)的磁場(chǎng)操控平臺(tái)，并制備兩種不同類(lèi)型磁性顆粒；研究了均勻型磁性顆粒在磁場(chǎng)下的成鏈的機(jī)理，給出成鏈模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了不同因素對(duì)成鏈的影響。探索了一種新的流場(chǎng)顯示方法，利用磁性納米鏈對(duì)微尺度下氣泡潰滅時(shí)的流場(chǎng)進(jìn)行顯示;還通過(guò)氣泡驅(qū)動(dòng)-磁場(chǎng)導(dǎo)航的方式，對(duì)非均勻型磁性顆粒進(jìn)行精準(zhǔn)操控，實(shí)現(xiàn)了微尺度下微納米磁性顆粒的定向?qū)Ш竭\(yùn)動(dòng)，并對(duì)微尺度下操控磁性顆粒在顆粒加載方面的應(yīng)用進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究。

磁場(chǎng)平臺(tái)控制系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：高速相機(jī)-倒置顯微鏡系統(tǒng)、均勻型微米Fe3O4磁性顆粒，兩臺(tái)信號(hào)發(fā)生器及其自帶的軟件、三維亥姆霍茲線圈、三臺(tái)ATA-309放大器等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：設(shè)計(jì)了微納米顆粒的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)控制平臺(tái)，通過(guò)電生磁的方式，由信號(hào)源輸出不同的電壓及頻率，經(jīng)功率放大器進(jìn)行信號(hào)放大，由亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，高速CCD-倒置熒光顯微鏡系統(tǒng)觀察記錄磁性顆粒的運(yùn)動(dòng)行為。同時(shí)介紹了數(shù)據(jù)處理方法，包括磁性顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡及速度分析，及磁性顆粒形成磁鏈后的磁鏈數(shù)計(jì)算等。

選用的功率放大器作用是將電信號(hào)放大，傳遞到線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，主要有以下特點(diǎn):(1）可以將信號(hào)最大放大至30倍，支持單通道輸出;(2）可以方便控制信號(hào)的輸入或切斷，并保存上次設(shè)置的參數(shù)，輸入?yún)?shù)方便;(3）具有散熱及自我保護(hù)系統(tǒng)，保證實(shí)驗(yàn)安全。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

（1）頻率對(duì)磁鏈的影響；

同一時(shí)刻內(nèi)不同頻率成鏈情況

不同頻率下數(shù)密度隨時(shí)間的變化

（2）電壓對(duì)于磁鏈的影響

同一時(shí)間下顆粒在不同電壓下的成鏈情況

各電壓下顆粒隨時(shí)間變化的成鏈情況

其他條件相同時(shí)，隨著頻率的增大，外部磁場(chǎng)方向的改變會(huì)變快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，使得成鏈速度變慢，相對(duì)更不易成鏈;隨著電壓的增大，磁感應(yīng)密度會(huì)變大,顆粒與顆粒間作用力會(huì)變強(qiáng),磁鏈更容易形成;另外,隨著顆粒濃度的增加，磁鏈的長(zhǎng)度也會(huì)邊長(zhǎng)，由于顆粒間距離的變小，磁性顆粒更容易吸引到一起。

實(shí)驗(yàn)中用到的ATA-309功率放大器參數(shù)指標(biāo)：

最大輸出電壓90Vp-p（±45Vp），最大輸出電流 18Ap，帶寬（-3dB）高達(dá)DC~30KHz，最大輸出功率810Wp，壓擺率≥6V/μs。

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審核編輯：湯梓紅