液态金属微流体学(液态金属物质科学与技术研究丛书)

液态金属作为一种特殊的流体从引入微流体领域的那一天起，就开始给微流体赋予了很多不寻常的含义。
液态金属的流动性给微流体的电极制造带来诸多可能性，人们可以通过注射液态金属的方式在传统的微流控芯片上加入高精度的电极，使得之前极难在流道两侧加入金属电极的技术变得水到渠 成。
液态金属电阻率随温度变化的特性被运用到微流体领域，催生出一种特殊的微流体的温度测量方法。同样，在液态金属灌注的加持下，微观的温度测量点的布置也变得更加多样化。液态金属的塞贝克效应（Seebeck effect）虽然和铜康铜相比还有很大差距，但是液态金属热电偶很容易在微观范围内通过灌注的方式进行热电偶的精准布置却是传统热电偶难以做到的。
液态金属由于同时具有大尺度变形效应和导电效应，意味着它可以在诸多领域内作为高精度传感材料而存在，在微观领域，特别是微流体领域也必然有着一番其他传感材料不能企及的作为。
在驱动领域，液态金属可以很容易在流道内精确布置电极，让电渗和电泳的实现变得更为容易和高效，为片上集成驱动掀开了新的篇章。用液态金属电极加持的电渗泵可以让电渗驱动电压更低，泵的体积更小，同时电泳的控制更为灵活，不管是粒子群还是单个粒子，液态金属微电极都有非常灵活的方式对其进行精确的操控。
液态金属这种特殊的材质使得其液滴在微流道中，不管是产生方式还是控制方式都会和常规液滴有很大的不同。
本书总结了笔者从 2011年回国以后实验室近 9年来在液态金属和微流体领域的相关工作，对上述液态金属引入微流体领域所带来的各种效应进行了较为细致的分析。其中实验室许多同志为此做出了大量贡献，包括│高猛、李雷、叶子、田露、周旭艳、张仁昌、张伦嘉、王荣航、詹士会、王启富、刘冰心、高畅、龚佳豪、洪洁、张攀等，其中高猛、叶子参与第 6章撰写，李雷参与编撰第8章。另外，邓中山老师在本书的写作中提供了很多有益的建议。本书提到的相关研究先后得到中国科学院百人计划择优启动项目、中国科学院理化技术研究所所长基金、国家自然科学基金面上项目（51276189）、中国科学院重点部署项目（KJZD-EW-TZ-L03）、国家自然科学重大科学仪器专项（31427801）、国家电网科技项目（5700-201955318A-0-0-00）、科技部重点研发计划（2019YFB2204903）的资助。在此谨一并致谢!
限于时间，加之作者水平有限，本书不足和错漏之处敬请读者批评指正。
桂林 2020年8月

液态金属微流体是一门新兴的前沿交叉学科，本书集中阐述了作者团队近十年来将液态金属引入微流控领域所取得的一系列研究成果，包括液态金属微流体芯片技术、液态金属微流体测温、液态金属微流体压力传感器、液态金属电渗流微泵、液态金属微流体容性流体检测、液态金属辅助粒子电学微操控，以及液态金属微液滴的生成及应用等，这些成果在植入式医疗、人工智能等众多领域有着广阔的应用前景和重要的科研参考价值。本书既有理论基础概述，又有实际应用环节介绍，是国内外该领域***著作。

桂林：中国科学院理化技术研究所百人计划特聘研究员，兼任中国科学院大学教授。在微流控芯片技术、液态金属在微流控芯片中的应用、微传感器、微流体器械及植入式微器械等领域做了大量工作，取得了很多重要成果，相关科研论文发表于多家国际知名刊物，并为多家学术刊物评审人。目前致力于扩展液态技术微流控技术在植入式医疗方面的应用。高猛：北京大学信息技术高等研究院植入式微纳集成系统实验室主任、研究员。主要从事微流控、微纳执行器、微纳传感器技术，以及医疗用微纳系统集成、封装与制造技术研究。发表SCI收录论文10余篇，申请发明专利30余项，参与国家重点研发计划、国家自然基金等项目10余项。叶子：中科院理化所进行博士后，任特别研究助理，进行微流控方向研究，主要包括微泵、微阀及微传感器的设计、制作与应用。李雷：中国科学院理化技术研究所，副研究员，主要从事微流控芯片技术的研究，原创性地提出了一系列基于微流控芯片的新平台和新技术，并将其应用于生物学和医学领域。研究成果涉及微流控芯片的多个分支方向。以或通讯作者在多家国际知名期刊发表多篇学术论文，承担多项科研项目。目前着重于生物微流体技术与液态金属材料、微纳加工技术、微生物学、组织工程学的结合，通过多学科的交叉融合碰撞出新的火花。

第1 章 概论 ………………………………………………………………… 1
1.1引言 ………………………………………………………… 1 
1.2微流体………………………………………………………… 1 
1.3常温液态金属……………………………………………………9
参考文献………………………………………………………… 15
第 2 章 液态金属微流体芯片及其电极制作技术 ………17
2.1 引言 ………………………………………………………17 
2.2 液态金属微流控芯片制作技术 ……………………………………… 17 
2.3 液态金属微电极制作技术……………………………………………… 22 
2.4 液态金属电极稳定性探讨……………………………………28 
2.5 液态金属柔性微加热器高温断裂机理探究……………………………………30
参考文献………………………………………………………………… 36
第 3 章 液态金属微流体温度测量 ……………
3.1 引言…...……………………………………… 40 
3.2 热电偶测温 …………………………………………………… 40 
3.3 薄膜热电阻测温 ………………………………………………… 42 
3.4 布朗运动测温 ………………………….………………… 43 
3. 5 红外测温 …………………………………………………………………… 43 
3.6 热敏荧光测温 ………………………………………………… 43
3.7 热色液晶测温 ………………………………………………… 44 
3. 8 核磁、拉曼光谱测温……………………………………………………… 44
3.9 激光界面测温 ……………………………………………………………… 45 
3.10 超声波测温 ……………………………………………………………… 45 
3.11 液态金属微流体测温技术 ………………………………………………………………46

参考文献…………………………………64
第 4章 液态金属微流体压力传感器 …………………………………67
4.1 引言 ………………………………………………………………… 67 
4.2 基于液态金属的用于常规空间的压力传感器…………………………… 68 
4.3 基于液态金属的用于微小空间的压力传感器………………………… 97
参考文献 ..…………………………………………………………… 133
第 5 章 液态金属微流体容性流体检测 …………………………………… 138
5.1 引言….……………………………………………………………………… 138 
5.2 双侧布置式液态金属容性流体检测 ………………………………………… 139 
5.3 共面布置式液态金属容性流体检测 ……………………………………148
参考文献 …………………………………………………………………………………179
第6章液态金属电渗流微泵 …………………………………………… 181 
6.1 引言……………………………………………………………………………… 181 
6.2 液态金属微电极电渗流微泵结构及原理 ………………………………… 182 
6.3 液态金属微电极结构形式及布置方式的数值优化设计 …………… 186 
6.4 液态金属微电极电渗流微泵驱动性能的实验测试…………………… 191 
6.5 液态金属微电极电渗流微泵驱动性能的测试结果……………………… 193 
6.6 液态金属电渗流微泵的扩展方法………………………………………………… 197 
6.7 液态金属电渗流微泵的横向扩展……………………………………………… 200 
6.8 液态金属电渗流微泵的纵向扩展……………………………………… 203 
6.9 液态金属电渗流微泵展望………………………………………………… 204
参考文献……………………………………………………………………… 205
......

液态金属微流体是一门新兴的前沿交叉学科，本书集中阐述了作者团队近十年来将液态金属引入微流控领域所取得的一系列研究成果，包括液态金属微流体芯片技术、液态金属微流体测温、液态金属微流体压力传感器、液态金属电渗流微泵、液态金属微流体容性流体检测、液态金属辅助粒子电学微操控，以及液态金属微液滴的生成及应用等，这些成果在植入式医疗、人工智能等众多领域有着广阔的应用前景和重要的科研参考