介電微桿在圓極化電場中的可控電旋轉(zhuǎn)行為

在交流電動力學現(xiàn)象中,介電泳(DEP)、電旋轉(zhuǎn)(ER)和電定向(EO)已被廣泛用于描述和處理時變交流電場的粒子樣本

。文獻[4-5]提出在非均勻電場作用下粒子電極化的應力不平衡,因此正或負介電泳會使目標粒子在增加或減小的外加交變電場梯度中運動;文獻[6-7]介紹了粒子在旋轉(zhuǎn)電場驅(qū)動下的異步旋轉(zhuǎn)運動和無相位變化的正弦穩(wěn)態(tài)下非球形粒子的定向行為。文獻[8-9]根據(jù)經(jīng)典電偶極矩法和Maxwell應力張量法關于介電泳力的物理描述,通過實驗觀測以及粒子運動軌跡和拓撲形態(tài)的仿真結(jié)果,得出粒子在多電極陣列微流控芯片上運動的可行性和優(yōu)勢。文獻[10]給出可極化粒子的電動行為在很大程度上取決于等效感應電偶極子,由粒子和電解質(zhì)交界面處的介電特性突然躍變與外加電場相互作用而產(chǎn)生,且隨粒子極化率變化而變化,粒子極化率包括介電常數(shù)和彎曲表面的表面電導率。

從當前的數(shù)學建模和仿真分析來看,粒子承受介電泳力作用的動力學研究仍然存在一些問題需要進一步解決,僅通過Maxwell-Wagner界面結(jié)構(gòu)極化難以改變介電桿的旋轉(zhuǎn)方式

。為了解決該問題并實現(xiàn)對介電桿旋轉(zhuǎn)方向的靈活控制,本文提出在旋轉(zhuǎn)電場中充分利用在結(jié)構(gòu)化的懸浮微電極上方的誘導電荷電滲的優(yōu)勢。旋轉(zhuǎn)誘導電荷電滲流場(ROT-ICEO)的動態(tài)流動停滯線(FSL)導致粒子始終在雙層擴散頻率周圍以-10(°)/s數(shù)量級的角速度在原點沿共場方向旋轉(zhuǎn),與以相同角速度在標準電旋轉(zhuǎn)的反場驅(qū)動方式形成良好的互補關系。……