流体混合技术新进展
微流控技术的最新进展和应用
微流控技术的最新进展和应用微流控技术是在微米尺度下控制流体的运动和混合的技术，因其具有高效、高通量、高精度、低成本等优势，在生命科学、化学、物理学等领域得到了广泛应用。
本文将介绍微流控技术的最新进展和应用。
一、微流控技术的发展历程微流控技术的发展可以追溯到20世纪90年代初。
当时，生物芯片和分析系统的发展需要对微小量液体进行处理和分析，而微纳加工技术的快速发展为微流控技术的实现提供了可能。
最初的微流控芯片是由双层玻璃或聚酯薄膜制成，通过特殊加工方法形成了微型通道和微型反应器。
由于技术极为复杂，很少有人能够掌握这项技术。
但随着科学技术的不断进步，微型化技术和微电子加工技术的不断发展，微流控技术被越来越多的科学家和工程师应用于生物、医学、化学等领域，同时得到了广泛的关注和研究。
微流控技术发展到现在，已不仅限于微通道芯片的制备，而更注重技术的改进和创新，有效地延长了芯片功能的寿命和复杂度。
二、微流控技术的基本原理微流控技术的主要原理是将液体通过微型通道进行微型化处理。
将流体储存在一个微型通道中，通过微压泵或电动力以低速推进，并在通道中混合和反应，实现采集样品、生成检测信号和数据解析的过程。
当通道的尺寸与被测物的大小接近或相等时，通道中的流体运动受底部和壁面的影响较大，可以形成微流体的稳定运动。
微流控技术中通道的大小和形状以及液体的流速均对代表化和分离效果产生影响。
三、微流控技术的应用微流控技术在多个领域得到了广泛应用，尤其是在蛋白质、药物、基因和细胞等生物体系中。
下面将就不同领域先进的微流控技术进行介绍，以及它们在实际应用中的重要意义。
1. 细胞研究细胞，生命活动的基本单位，对研究生命科学、药物研究以及疾病预防有着重要的意义。
在细胞和生物学研究中，微流控技术得到了广泛的应用。
微流控芯片可以充当细胞培养室、细胞筛选室、细胞管道等多个角色，可以有效地控制细胞数量、培养时间和细胞分离等操作。
通过针对细胞和细胞物质在不同尺寸和数量水平的微流控分析，可以对有关生物和细胞的不同响应作出解释并进行研究。
小尺度流体力学微流体和纳米流体的研究现状
小尺度流体力学微流体和纳米流体的研究现状小尺度流体力学是研究微观尺度流体行为的学科领域，主要关注微尺度下的流体运动、传热和质量传递等问题。
而微流体和纳米流体则是小尺度流体力学领域的两个重要分支，它们在生物医学、能源、环境等领域中有着广泛的应用。
本文将对微流体和纳米流体的研究现状进行综述。
一、微流体的研究现状微流体是指在微观尺度下流体的行为和性质，常用于研究微小通道中的流动、混合和反应等。
近年来，微流体领域的研究发展迅速，涉及到许多重要的技术和应用。
1.1 微流体的制备技术为了实现微流体的制备和控制，研究人员开发了各种微流体制备技术。
其中，微流控芯片是一种常见的制备工具，通过对微通道的设计和制备，可以实现对流体的精确调节和操控。
此外，还有基于纳米材料制备的微流体系统，如纳米孔阵列、纳米管道等，这些技术为微流体研究提供了更多的选择和可能性。
1.2 微流体的应用领域微流体技术在许多领域中都有着广泛的应用。
在生物医学领域，微流体技术可以用于细胞培养、药物筛选、基因测序等方面；在化学分析领域，微流体技术可以实现对微量样品的快速分析和检测；在环境监测领域，微流体技术可以用于水污染监测、大气分析等方面。
此外，微流体技术还在能源、材料科学等领域得到了广泛应用。
二、纳米流体的研究现状纳米流体是指纳米颗粒或纳米结构相互作用下的流体行为，它的研究对于传统流体力学的发展具有重要意义。
纳米流体的研究充满了挑战，但也带来了许多新的机遇。
2.1 液体纳米流体液体纳米流体是指纳米颗粒悬浮在液体介质中的流体体系。
研究人员通过调控纳米颗粒的浓度、尺寸和形状等因素，成功实现了对液体纳米流体的调控和控制。
在此基础上，液体纳米流体被广泛应用于催化、能源存储等领域。
2.2 气体纳米流体气体纳米流体是指纳米尺度下气体的流动行为，研究气体纳米流体对于理解纳米尺度下气体的传输和输运行为具有重要意义。
目前，研究人员通过模拟和实验等手段，对气体纳米流体的性质和行为进行了深入研究，并在气体分离、气体传感等方面取得了一定的进展。
纳米流体强化气液传质的研究进展
第20卷 第9期 中 国 水 运 Vol.20 No.9 2020年 9月 China Water Transport September 2020收稿日期：2020-05-03作者简介：陈鹏飞，昆明理工大学 冶金与能源工程学院。
通讯作者：黄晓艳，女，昆明理工大学 冶金与能源工程学院。
纳米流体强化气液传质的研究进展陈鹏飞，卿 山，黄晓艳，刘艺琴（昆明理工大学 冶金与能源工程学院，云南 昆明 650093）摘 要：气液传质广泛存在于气体分离等化工过程中，强化气液传质有助于实现高效率低能耗的生产。
向气液两相体系中加入第三分散相固体颗粒可以显著强化气液传质过程。
纳米流体是指，将纳米级金属或非金属氧化物粒子以一定方式和比例添加至液体工质中而形成的稳定的固、液悬浮液。
加入的纳米颗粒具有良好的换热性能，不仅可以增强基液内的热量传递过程，而且因为颗粒的微扰动也可以显著强化传质过程。
本文主要对纳米流体在强化气液传质的实验、理论研究成果进行了总结归纳，并对目前的纳米流体在气液传质领域中的应用不足之处提出展望。
关键词：纳米流体；强化传质；混合纳米流体中图分类号：TQ021 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）09-0082-02一、引言热量、质量的传递和利用问题广泛存在于各类生产、生活之中，对纳米流体强化传热、传质的深入研究，将在涉及能量与资源利用、蒸发冷凝、脱硫脱碳、吸放热反应等领域形成新的关注点。
不仅对低温余热资源的高效利用和节能环保系统的优化有着重要意义，而且对多相反应系统中的温度不稳定、气液界面吸收速率低等问题的解决也有一定的借鉴意义。
纳米流体是指，以一定的分散方式将纳米级金属或非金属氧化物添加至基液中而形成的稳定的新型换热、传质介质 [1]。
纳米流体因为其纳米颗粒的微扰动对传质有着很大的强化效果[2]，强化传质过程主要是靠对流传质来实现的。
气液传质是指物质在气、液两相间的转移过程，广泛存在于气体分离等化工过程中。
复合集流体国外文献
复合集流体国外文献全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：复合集流体（Compound channel flow）是指在水流运动方向上既有河道流动又有洪水淹没的情况。
它是一种非常特殊的河流流动形态，具有较高的复杂性和变化性。
在国外的研究中，复合集流体的研究一直备受关注，不仅涉及到水文水资源、水力学等领域，同时也对河道工程和水资源环境管理等方面具有重要的指导意义。
复合集流体在国外的研究早在20世纪初就已经开始，当时主要集中在对淹没河道流动、泥沙输移等方面的研究。
近些年来，随着计算机仿真技术的发展，复合集流体的研究逐渐成为一个热点领域。
目前，国外关于复合集流体的研究主要集中在以下几个方面：复合集流体的水文水资源特性。
复合集流体的水文水资源特性是指其在水文学和水资源管理中的表现。
国外学者通过实地观测和数值模拟等方法，研究了复合集流体的洪水发生规律、洪水过程特征、洪水灾害风险评估等问题。
研究表明，复合集流体在洪水过程中泥沙和水混合在一起，对于水库的容积计算和泥沙淤积分析等方面有着重要影响。
复合集流体的水力学特性。
复合集流体的水力学特性主要包括河道流速、流态、流场分布等方面。
国外学者通过实验室试验、数值模拟等手段研究了复合集流体的流速、流态、流场特性，揭示了复合集流体的非定常性和复杂性。
这为设计和维护复合集流体中的水利工程提供了重要参考。
复合集流体的河道工程问题。
复合集流体中既有河流流动又有洪水淹没，这给河道工程带来了一定的挑战。
国外学者通过对复合集流体的结构、水力学特性等进行分析研究，探讨了复合集流体河道工程的优化设计、灌溉农田水利涵养、生态环境保护等方面的问题。
这对于提高河道工程的抗洪能力和水资源利用效率具有重要意义。
国外学者对复合集流体的研究已经取得了一定的进展，各个领域之间相互交叉，形成了一个完整的研究体系。
未来，随着科技的不断发展，复合集流体的研究将继续深入，为水文水资源、水力学、河道工程等领域的发展提供更多的理论支持和实践指导。
湍流研究的现状和进展
湍流研究的现状和进展湍流（Turbulence）在自然界中是一种普遍存在的现象，比如水、空气、尤其是太阳系中天体运动活动等，湍流发挥着重要作用。
由于湍流具有复杂的运动性质和多变的影响因素，因此，人们对湍流的研究也不断进行，在这些研究中，湍流已经成为当今物理学领域研究最深入和最规模最大的一个问题。
湍流研究历史悠久，可以追溯至18世纪，早在1783年，英国著名科学家韦伯（Leonard Euler）就提出了湍流流体运动的基本方程，这是开启湍流研究的一大突破，在19世纪末期，爱因斯坦（Albert Einstein）又提出了湍流方程，许多人因此而贡献出宝贵的研究成果。
20世纪初期，由于科学技术的进步，许多湍流理论的发展也得到了一定的突破。
比如在1920年，湍流特性的研究者林奈（L.F. Richardson）提出了一种新的理论，他指出湍流流体的混合过程可以用一个叫做“级数混合”的方法来模拟，而这一理论在过去的90多年里一直是湍流研究的重要参照物。
20世纪40年代，湍流研究又迎来了一次重要突破，即近似动态子网格技术（Dynamic Subgrid Model），它允许人们用计算机来模拟湍流使其变得更易于理解和操作。
此外，由于空间和时间分辨率不断提高，磁摆式技术（Magnetic Momentum Method）也发展出来，它结合了积分方程和分流技术，从而可以模拟更加复杂的湍流。
《孤立圆柱的湍流结构与稳定性》是20世纪50年代湍流研究的一次重要发展。
有关研究者发现，当流体以一定的速度流过一个垂直的圆柱时，湍流的漩涡结构会呈现出特定的稳定态，并且周围的空气流动会影响其稳定性，从而揭示了湍流及其稳定性的本质特性。
20世纪80年代以来，随着大计算机技术的发展，湍流研究进入了一个新的阶段，开展了大规模的实验测量和计算机模拟研究，用实验和计算机模拟研究的结果来检验理论模型。
在近30年的研究中，许多新的湍流理论也得到了发展，比如湍流与风洞、燃烧和内部流动机理等，都有了进一步深入的研究。
超临界流体萃取技术+冷冻干燥
303K）
超临界流体 (T=TC，P=PC)
(T=TC， P=4PC）
200～500 400～900
（1～3） ×10-4
（3～9） ×10-4
（0.2～2） ×10-9
0.7×10-7 0.2×10-7
2.超临界流体对固体或液体具有溶解能力 超临界流体的传递性质导致物质在其中的溶解度远远大于常态下的
（二）超临界流体的性质 1．超临界流体具有传递性质
表3-2列出了超临界流体的传递性质，并与气体、液体做了比较。由 表3-可见，超临界流体分子的传递性质具有以下特点：（1）密度接近
于液体密度；（2）粘度介于气体、液体之间，更接近于气体；（3）扩 散系数介于气体、液体之间，更接近于气体，自扩散能力比液体大约 100倍。很明显，超临界流体的传递性能优于正常的液体，因此，与液 体萃取相比，超临界流体萃取可以更快的完成传质，达到平衡，促进高 效分离过程的实现。
超临界流体萃取技术
超临界流体萃取(Supercritical fluid extraction,简写SFE)是一种新型的 萃取分离技术。该技术是利用流体（溶剂）在临界点附近某一区域内 （超临界区内），它与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传 递性能，且它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变 动这一特性而达到溶质分离的一项技术。因此利用这种所谓超临界流体 作为溶剂，可从多种液态或固态混合物中萃取出待分离的组分。
我国对超临界流体萃取技术的研究始于八十年代初，与国外相比， 虽起步较晚，但进展较快。目前此项技术的研究与应用方兴未艾，已建 成100l以上的超临界萃取装置10多套，规模最大的达到500l，生产的产 品有沙棘籽油、小麦胚芽油、卵磷脂、辣椒红色素、青蒿素等。
多相流动力学领域新进展
多相流动力学领域新进展多相流动力学领域是流体力学中一个重要的分支，研究的是在多组分流体中两种或两种以上不同相态之间的相互作用和运动规律。
近年来，随着理论模型的不断发展和技术手段的不断进步，多相流动力学领域出现了一些新的研究进展。
一、基于人工智能的多相流模拟方法多相流模拟是多相流动力学领域一项核心研究工作，旨在预测多组分流体不同相态之间的相互作用和运动规律，促进多相流体领域的研究和应用。
传统的多相流模拟方法需要进行大量的数值计算，计算复杂度高，模拟精度不高，限制了多相流模拟的发展。
随着人工智能技术的发展，基于人工智能的多相流模拟方法逐渐受到学术界和工业界的关注。
这种新型的多相流模拟方法将机器学习技术应用于多相流动力学中，通过训练神经网络、支持向量机等人工智能工具，实现了对多组分流体不同相态之间的相互作用和运动规律进行更加准确的预测。
二、基于微观模型的多相流模拟理论研究在分析和预测多相流体的性质和行为时，传统的宏观模型往往只能提供基本的能量、质量和动量方程，并无法准确描述多组分流体不同相态之间的相互作用和运动规律。
因此，为了提高多相流模拟的精度和可靠性，学术界和工业界开始采用微观模型来解释多组分流体的性质和行为。
微观模型是一种建立在微观颗粒层面上的多相流模拟理论，通过建立微观粒子之间的相互作用关系，可以更加准确地预测多组分流体不同相态之间的相互作用和运动规律。
微观模型在多相流动力学领域中的研究已经取得了一定的进展，并在化工、生物医学等领域中得到了广泛的应用。
三、功能微米颗粒的设计和制备技术功能微米颗粒是一种新型的固-液或固-气相多相流体系统，具有多种功能性和应用性，如超分子自组装、生物传感、纳米复合材料等。
为了深入研究功能微米颗粒的性质和行为，需要借助多相流动力学的理论和实验手段来进行分析和预测。
随着功能微米颗粒研究的不断深入，设计和制备功能微米颗粒的技术也得到了很大的发展。
例如，利用化学方法制备具有特定结构和功能的微米颗粒，以及利用生物学方法设计和制备高效的生物传感器和医疗设备。
连续介质力学的最新进展
连续介质力学的最新进展连续介质力学是一门研究流体、气体和固体等连续介质属性和运动规律的学科。
在工程和物理学等领域中应用广泛。
这门学科的研究难度较大，需要深入理解微观粒子行为和宏观物质性质之间的联系。
最近，在连续介质力学的领域中涌现出了一些有趣的进展，本文将介绍其中的一些研究成果。
1. 基于深度学习的流体模拟流体模拟一直是连续介质力学的重点研究领域。
传统的流体模拟方法虽然得到了广泛应用，但是其精度和效率均存在着一定的局限性。
近年来，深度学习技术的崛起为流体模拟的研究带来了全新的思路。
研究者们通过对神经网络进行训练，可以构建出高度精确的流体模拟模型。
这种方法在自然现象模拟、工程设计以及电影制作等领域中有广泛的应用。
2. 弱可压缩流体模拟在过去的流体模拟中，研究者们通常采用了强可压缩性假设。
但是，这种假设无法涵盖某些实际应用场景，比如说空气动力学等。
最近，一些研究表明，使用弱可压缩性条件可以有效提高流体模拟的精度。
这种方法要求研究者采用更为精细的算法和模型，但是能够更好地模拟出实际复杂系统的运动和变形。
3. 分形结构流体的研究分形结构是一种自相似的结构模式，可以广泛应用于物理学、生物学、化学等领域。
最近，一些研究者开始将分形结构应用到流体力学领域中。
他们发现，一些分形结构的流体具有非常有趣的性质，比如说在流动过程中出现的普适行为。
这些研究成果为我们提供了理解分形结构流体的新思路，并且可能为我们提供一些全新的工程应用。
4. 多相流体模拟多相流体是指流体中存在多个不同物理性质的物质。
它们在很多情况下都有着重要的应用，比如说石油工业中的油水混合物流动。
最近，一些研究者开始探究多相流体的特性和运动规律。
他们采用了多种数值方法和实验方法，进行了一系列的模拟和实验研究。
这些研究成果为我们深入理解多相流体的性质提供了有力的支持。
总之，连续介质力学的研究仍然是一个非常活跃的领域。
未来，我们可以期待更为高效和准确的流体模拟方法的出现。
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１ 电子过 程 断 层成 像 技术 Ｅ Ｔ （ ｌｃ ｉ ｌ ｒｃｓ Ｐ Ｅｅｔｃ ｏｅｓ ｒａ Ｐ Ｔ ｍ ｇ ｐ ｙ ｏ ｏｒ ｈ ） ａ
１１ 过 程 断层 成像 技术 腻 理 ．
辐射断层成像技术在医学测试仪器 中得到了广
泛 应 用 ，如 ｃ （ ｏ ｐｔｄ Ｔｍ ｇ ｐｙ 和 Ｐ ＿ Ｔ Ｃ ｍ ｕｅ ｏ ｏｒ ｈ ） ａ Ｅｒ
基金项 目：浙 省 自 科学基金资助项 Ｈ （９ ０ ３ 然 ２７２ ） 作者简介 ：冯连劳 ．男 ． 副教授 ．研究方向为 聚台反成工程 ，潍体混台、过程仿真。
维普资讯
冯连芳 等
流体混合技术新进展
像 ，则可在图像重建技术 的辅助下 ，建立槽或管道 的三维 图像 和实体 造型 。
巨额的资金和大量的人力 物力，而且设计周期很 长，据统计美国的化学工业 由于搅拌反应器设计不
合理所 造成 的损 失每 年约 为 ｌ—１０亿美 元 。因 ０ ０ 此从更 微观 更本 质 的角度 ，例 如采用先 进 的测试手 段 和建 立合 理 的 数 学 模 型 ，获 取 搅 拌 槽 中 的 速 度 场 、温 度场 和浓 度 场 ＋不 仅对 混合设 备 的优 化设 计 具有 十分 重要 的经 济意义 ，而且 对放 大和混 合 的基 础 研究具 有 现实 的理论意 义。近些 年来 ，脒 了激光 多普 勒测 速仪 Ｌ Ｖ和计 算 流体 力学 Ｃ Ｄ模 拟技 术 Ｄ Ｆ 的应用 外 ，混 合 技 术 的进 展 还集 中在 以下 几 个 方
维普资讯
化学工程
２０ ０ ２年第 ３ ０卷第 ２期
流 体 混 合 技 术 新 进 展
冯连 芳 ，王 嘉骏 ，王 凯 ，顾 雪萍
（ 浙江大学 材料化工学院聚合 反应工程 国家重 点实验室 ，浙江 杭州 ３ ｏｚ ） ｔｏ ７ 摘 要 ：介绍 了电子过程 断层成像系统这一先进测量技术的原理 及其在流体混合技７ 中的应用 ；并从多 层桨 ｌ 芒 体 系的简单混合模 型到 复杂 的区域 网格模型 ，综述 了计算流体 混合 技术 的进展 和应 用 ；最后介绍 了新 型高
备所要 求 的传质 、传热 和 混合 。这 种方 法不但 耗 费
（ｏｉｏ ｍ ｓｏ ｏ ｏｒ ｈ ）分别采用 Ｘ射线和 Ｐｓｒ Ｅ ｉｉ Ｔｍ ｇ ｐｙ ｔｎ ｓｎ ａ 射线对患者身体进行断层扫描，获得病灶处的详 细信息，如肿瘤的准确位置和尺寸等 ，为医生准确 诊断和确定手术治疗方案提供保证 。有人曾经设想 将 此技术应 用 到化工 过程 中的反应 器 、槽 、管线 等 设备上 ，获取它们内部复杂的现象和特征 ， 由于 但
感 器为长 方形不 锈钢 电极片 ，既是 发 射器又是 接 收 器 。槽或 管 道 内要 有 两 种 具有 不 同 电 性 能 （ 导 电
率 、电容率等）的物料 （ 不同 电导率 的液体 、气 体和固体 、液体和固体 ） ，然后在有规律 的电脉冲 作用下 ，所有可能的相邻传感器组合的电压通过数 据采集单元传送回计算机 计算机将记录所有电极 的信号 和先 后次序 ，并采 用 图像 重 建技术还 原 出槽 或管道横截 面的图像 ，每秒可获得高达 １ ０ ０帧 图 像 如果采用多组传感器对不 同高度 进行断层成
前沿主题会议。我国天津大学 目前已开展了此方面 的研究 和开 发 。
２ 计 算 流 体 混 台 模 型 Ｃ Ｍ （ ｏ ｕ ｔｎｌＦｕ Ｆ Ｃｍｐｔ ｏａ ｌｉ ａ ｉ ｄ
Ｍｉ ｎ 】 ｘ ｇ ｉ
Ｓ … ０ １ｔｒ ｄ ｒ ｌ ￣ ｎ ｔ
２ １ 传统多层桨混合模型 ．
效搅拌桨 的开发和混合设备设计 的智能化流体 混合
中 图 分 类 号 ：Ｔ ０ ７ ｑ ２ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ － ５ （０ ２ ２０７ ＿５ ０ ５９ ４ ２０ ）０ —０ ００ ９
搅拌与混合是化学工业 中最常见的关键单元操 作之一。流体混合技术在 ６ 到 ８ ０ Ｏ年代期 间得到了 迅猛 发展 ，其重 点 主要是对 于常规搅 拌桨在 低粘 和 高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均 相体 系 中的搅 拌功耗 、混合 时间等宏 观量 进行实 验 研究 。长期 以来，虽然有大量设计经验和关联式可 用于分析 和 预测混舍 体 系 ，但 将搅拌 反应 器从实验 室规模直接放大到工业规模 ，仍是十分危险和毫无 把握 的 ，至今 仍然 需要通 过 逐级放 大来达 到搅拌 设
面
和电磁断层成像 系统 Ｅ Ｔ （ ｌ ｔ ｍ ｇｅｃＴｍ — Ｍ Ｅｅ ｒ ａｎｔ ｏ ｏ ｃｏ ｉ ｇ ｐｙ ｒ ｈ ）三类 。它们避免 了辐射危 险、价格便宜 、 ａ 易 于制造 ，响应 速度 比 Ｃ Ｔ快 且可 以满 足工 业实 时 过程要求 ，但图像解析度比 Ｃ Ｔ要低“ 。 Ｅ Ｔ的原 理与 Ｃ Ｐ Ｔ相 差不 多。在 被 测 槽 或 管 道 外壁等距离贴附一组 ８到 ｌ ６只传感器一周 ，此传
Ｄａ ａ ｔ Ａｃ ｕ ｓ一 ｑ ｌ］
ｌｏ ｉｎ
多层桨以前研究不多 ，但在生物发酵领域有大 量 的应 用 。国 内外 目前对 多层 搅拌 桨反应 釜 内的混 合模 型可 分为三类 ，分别 为轴向对 流扩 散模型 、分
昂贵的价格 和同位素的辐射安全问题 ，使此技术在
工 业过 程 中难 以得 到应 用 。
直到 ８ ０年代后期 ，英国 Ｕ Ｉ ＭＳ Ｔ大学开发 了电 子过程断层成像技术 Ｅ ，包括电阻断层成像系统
Ｅ Ｔ （ ｌ ｔｃｌ ｅｉａｃ ｏ ｏｒ ｈ ） 电容 断 层 Ｒ Ｅｅ ｒ ａ Ｒ ｓ ｔ ｅＴｍ ｇａ ｙ 、 ｃ ｉ ｓｎ ｐ 成像 系统 Ｅ Ｔ （ ｌ ｔｃｌ ａａｉｎｅＴｍｏｒｐｙ Ｃ Ｅｅ ｒ ａ Ｃ ｐｃａｃ ｏ ｇａｈ ） ｃｉ ｔ