微流控制备纳米功能材料设计—西南交通大学
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近 10 年来，微流控技术发展迅速，并在最近几年又发展了另一个崭新的技 术平台，即纳米功能材料的制备。
1.2 制作微流控器件的常用材料
基底材料是微流控器件的基础，是生化反应的载体，大部分微结构都是在芯 片固体基底上加工而成的。目前制作微流控器件的基底材料主要为硅晶片、玻璃 和聚合物材料。此外，不锈钢和陶瓷也可用作微流控器件的基材。
第三章 微流控技术制备纳米功能材料的研究成果...................... 6 3.1 微反应器技术制备纳米材料...............................................6 3.1.1 微反应器中 LaPO4: Ce3+, Tb3+纳米发光颗粒的制备 ........................................................................................................6 3.1.2 微反应器制备纳米碱式碳酸锌.................................7 3.1.2 膜分散微反应器制备纳米 ZnO 颗粒....................... 7 3.2 微通道技术制备纳米材料...................................................8 3.2.1 微通道合成半导体纳米粒子.....................................8 3.2.2 微通道技术制备有机一无机纳米复合材料微球.... 9
2.2 微设备结构与微尺度分散
利用微设备制备功能材料一般可以分为两种方法:一是先将一相分散到另一 相中，然后对分散相进行固化，即分散固化;二是仅在微设备中引入一种流体， 并直接对连续相进行固化，即模板固化。后一种方法通常用于制备形貌多样的非 球形颗粒。
第二章 微流控技术制备功能材料的研究进展.............................. 2 2.1 引言....................................................................................... 2 2.2 微设备结构与微尺度分散...................................................2 2.3 固化方法............................................................................... 3 2.4 通过微流控技术制备功能材料...........................................3 2.4.1 Janus 微球.................................................................... 3 2.4.2 多种形貌材料............................................................. 4 2.4.3 大规模制备微球......................................................... 4 2.4.4 其他功能材料............................................................. 5
第四章 微流控制备纳米功能材料的想法与设计.......................................... 11 4.1 微流控制备纳米材料各种方法的优缺点.........................11
4.2 设计想法的提出................................................................. 12 4.3 直接沉淀法在微生物反应器内制备纳米功能材料........ 12
Key words: Microfluidic technology ; Micro reactor ; Nano functional material
目录
第一章 绪论....................................................................................... 1 1.1 引言....................................................................................... 1 1.2 制作微流控器件的常用材料...............................................1 1.3 纳米材料与纳米技术........................................................... 1
1.3 纳米材料与纳米技术
纳米材料不同于传统的固体材料，它具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸 效应和宏观量子隧道等特殊效应。在微电子、光学器件、传感器件、能源等方面 显示出了巨大的应用前景。
1991 年碳纳米管(CNTs)的发现为一维纳米结构的研究与应用开辟了新的方 向。随着纳米技术的发展，各种非碳一维纳米材料，特别是无机氧化物一维纳米 材料相继被合成出来。
课程设计报告
题目：微流控制备纳米功能材料设计
学院 专业 班级 姓名 学号 指导教师
2012 年 7 月 15 日
摘要
微流控技术作为当今世界上最前沿的科技领域之一，凭借其高通量、低消耗 的技术优势，在生命科学和工业合成等领域显示出了巨大的应用前景。目前，微 流控技术制备纳米功能材料主要是借助微反应器、微通道等进行生产合成。本文 综述了目前国内外在微流控技术制备纳米材料领域的研究所取得的成果和研究 进展；并结合所查阅和了解的相关知识，对微流控制备纳米功能材料提出自己的 新想法和设计。
4.3.1 平行竞争.................................................................... 12 4.3.2 CCD 摄像系统来考察微通道反应器内的微观混合 效果..............................................................................................14 4.3.3 制备工艺设计简述................................................... 14 结 论............................................................................................. 15 参考文献........................................................................................... 16 致 谢........................................................................................... 19 课程设计实习总结（心得体会）...................................................20
指导教师： 2012 年 7 月 1 日
1.1 引言
第一章 绪论
近 20 年来，生物和化学等领域越来越注重微型化，而微流控(Microtluidics) 技术在这方而的发展尤为值得重视。“微流控”既是一门科学也是一种技术，是 一门在微电子、微制作、生物工程和纳米技术等基础上发展起来的全新的交叉学 科，它利用微流控装置(Microtluidic device)中的微通道(孔径 5—500μm)对微量 液体或样品(体积一般为 10-6—10-15 L)在微观尺度上进行操纵、处理与控制。
关键词： 微流控技术，微反应器，纳米功能材料
Abstract
As one of the most advanced areas of science and technology, microfluidic technology have been found many applications in various fields, ranging from life sciences to industrial chemical synthesis due to their advantages such as high-throughput and low-consumption. At present, the main way of producing the nano functional materials is by the use of micro reactor, micro-channel. This thesis summarizes the achievements and the developments of microfluidic technology in producing nano functional materials. To sum up all the references that have been collected, I propose my own idea and design that can be used in producing nano functional materials by microfluidic technology.
课程设计任务书
学院 姓名
课程设计题 目
专业班级 学号
微流控技术制备纳米功能材料的设计
完成时间
2012 年 6 月 30 日 至 2012 年 7 月 15 日，共2周
设计内容 及要求
工作计划 及进度
（包括课程设计说明书、工程工艺计算、图纸等的技术要求、图 表要求以及工作要求等。 1) 设计工作量要求：设计说明书的字数要求（不少于8000 字） 以及要完成的图纸数量要求。 2) 设计成果形式及要求：设计成果即应完成的主要技术文件，包 括编制设计说明书和绘制平面布置图、工艺流程图或设备图等 （图纸利用计算机用AUTOCAD 软件绘制，设备简装图应标明 其主要结构与尺寸）。 3) 按要求将设计成果等内容按顺序装订成册，成为完整的课程设 计报告。） 工作计划分为如下5个阶段： 1）2012年6月30日至2012年7月1日，查找资料以了解微流控技术 的发展情况以及在制备纳米功能材料方面的应用的主要技术手 段和方法； 2）2012年7月2日至2012年7月3日，根据初步掌握的材料确定设 计索要包含的内容及文章的整体构架； 3）2012年7月4日至2012年7月7日，根据确定的设计内容，大量 查询相关材料并进行整理； 4）2012年7月8日至2012年7月10日，根据所找寻到的大量材料， 初步拟定和撰写设计书，并将设计初稿发送孟涛老师请求指点； 5）2012年7月11日至2012年7月14日，根据孟老师反馈信息，将 文章中所存在的问题和不足进行修正并完成最终定稿。
纳米材料的合成是纳米技术应用和发展的基础。结构决定性能，研究一维纳 米材料的合成技术，特别是不同形貌纳米材料的可控合成，决定了材料的不同性 能和应用领域。
第二章 微流控技术制备功能材料的研究进展
2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 引言
本章针对采用微流控技术制备功能材料这一新兴领域，将制备过程分为微设 备中的液液微分散与后续的固化两方面，分别对这两方面的内容进行了综述介 绍。特别针对错流剪切型、水力学聚焦型和同轴环管型 3 种微通道结构和不同的 功能材料，系统介绍了近年来利用微流控技术取得的研究进展。对微流控技术制 备功能材料这一新兴领域进行了展望，指出了今后研究的发展方向。
1.2 制作微流控器件的常用材料
基底材料是微流控器件的基础，是生化反应的载体，大部分微结构都是在芯 片固体基底上加工而成的。目前制作微流控器件的基底材料主要为硅晶片、玻璃 和聚合物材料。此外，不锈钢和陶瓷也可用作微流控器件的基材。
第三章 微流控技术制备纳米功能材料的研究成果...................... 6 3.1 微反应器技术制备纳米材料...............................................6 3.1.1 微反应器中 LaPO4: Ce3+, Tb3+纳米发光颗粒的制备 ........................................................................................................6 3.1.2 微反应器制备纳米碱式碳酸锌.................................7 3.1.2 膜分散微反应器制备纳米 ZnO 颗粒....................... 7 3.2 微通道技术制备纳米材料...................................................8 3.2.1 微通道合成半导体纳米粒子.....................................8 3.2.2 微通道技术制备有机一无机纳米复合材料微球.... 9
2.2 微设备结构与微尺度分散
利用微设备制备功能材料一般可以分为两种方法:一是先将一相分散到另一 相中，然后对分散相进行固化，即分散固化;二是仅在微设备中引入一种流体， 并直接对连续相进行固化，即模板固化。后一种方法通常用于制备形貌多样的非 球形颗粒。
第二章 微流控技术制备功能材料的研究进展.............................. 2 2.1 引言....................................................................................... 2 2.2 微设备结构与微尺度分散...................................................2 2.3 固化方法............................................................................... 3 2.4 通过微流控技术制备功能材料...........................................3 2.4.1 Janus 微球.................................................................... 3 2.4.2 多种形貌材料............................................................. 4 2.4.3 大规模制备微球......................................................... 4 2.4.4 其他功能材料............................................................. 5
第四章 微流控制备纳米功能材料的想法与设计.......................................... 11 4.1 微流控制备纳米材料各种方法的优缺点.........................11
4.2 设计想法的提出................................................................. 12 4.3 直接沉淀法在微生物反应器内制备纳米功能材料........ 12
Key words: Microfluidic technology ; Micro reactor ; Nano functional material
目录
第一章 绪论....................................................................................... 1 1.1 引言....................................................................................... 1 1.2 制作微流控器件的常用材料...............................................1 1.3 纳米材料与纳米技术........................................................... 1
1.3 纳米材料与纳米技术
纳米材料不同于传统的固体材料，它具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸 效应和宏观量子隧道等特殊效应。在微电子、光学器件、传感器件、能源等方面 显示出了巨大的应用前景。
1991 年碳纳米管(CNTs)的发现为一维纳米结构的研究与应用开辟了新的方 向。随着纳米技术的发展，各种非碳一维纳米材料，特别是无机氧化物一维纳米 材料相继被合成出来。
课程设计报告
题目：微流控制备纳米功能材料设计
学院 专业 班级 姓名 学号 指导教师
2012 年 7 月 15 日
摘要
微流控技术作为当今世界上最前沿的科技领域之一，凭借其高通量、低消耗 的技术优势，在生命科学和工业合成等领域显示出了巨大的应用前景。目前，微 流控技术制备纳米功能材料主要是借助微反应器、微通道等进行生产合成。本文 综述了目前国内外在微流控技术制备纳米材料领域的研究所取得的成果和研究 进展；并结合所查阅和了解的相关知识，对微流控制备纳米功能材料提出自己的 新想法和设计。
4.3.1 平行竞争.................................................................... 12 4.3.2 CCD 摄像系统来考察微通道反应器内的微观混合 效果..............................................................................................14 4.3.3 制备工艺设计简述................................................... 14 结 论............................................................................................. 15 参考文献........................................................................................... 16 致 谢........................................................................................... 19 课程设计实习总结（心得体会）...................................................20
指导教师： 2012 年 7 月 1 日
1.1 引言
第一章 绪论
近 20 年来，生物和化学等领域越来越注重微型化，而微流控(Microtluidics) 技术在这方而的发展尤为值得重视。“微流控”既是一门科学也是一种技术，是 一门在微电子、微制作、生物工程和纳米技术等基础上发展起来的全新的交叉学 科，它利用微流控装置(Microtluidic device)中的微通道(孔径 5—500μm)对微量 液体或样品(体积一般为 10-6—10-15 L)在微观尺度上进行操纵、处理与控制。
关键词： 微流控技术，微反应器，纳米功能材料
Abstract
As one of the most advanced areas of science and technology, microfluidic technology have been found many applications in various fields, ranging from life sciences to industrial chemical synthesis due to their advantages such as high-throughput and low-consumption. At present, the main way of producing the nano functional materials is by the use of micro reactor, micro-channel. This thesis summarizes the achievements and the developments of microfluidic technology in producing nano functional materials. To sum up all the references that have been collected, I propose my own idea and design that can be used in producing nano functional materials by microfluidic technology.
课程设计任务书
学院 姓名
课程设计题 目
专业班级 学号
微流控技术制备纳米功能材料的设计
完成时间
2012 年 6 月 30 日 至 2012 年 7 月 15 日，共2周
设计内容 及要求
工作计划 及进度
（包括课程设计说明书、工程工艺计算、图纸等的技术要求、图 表要求以及工作要求等。 1) 设计工作量要求：设计说明书的字数要求（不少于8000 字） 以及要完成的图纸数量要求。 2) 设计成果形式及要求：设计成果即应完成的主要技术文件，包 括编制设计说明书和绘制平面布置图、工艺流程图或设备图等 （图纸利用计算机用AUTOCAD 软件绘制，设备简装图应标明 其主要结构与尺寸）。 3) 按要求将设计成果等内容按顺序装订成册，成为完整的课程设 计报告。） 工作计划分为如下5个阶段： 1）2012年6月30日至2012年7月1日，查找资料以了解微流控技术 的发展情况以及在制备纳米功能材料方面的应用的主要技术手 段和方法； 2）2012年7月2日至2012年7月3日，根据初步掌握的材料确定设 计索要包含的内容及文章的整体构架； 3）2012年7月4日至2012年7月7日，根据确定的设计内容，大量 查询相关材料并进行整理； 4）2012年7月8日至2012年7月10日，根据所找寻到的大量材料， 初步拟定和撰写设计书，并将设计初稿发送孟涛老师请求指点； 5）2012年7月11日至2012年7月14日，根据孟老师反馈信息，将 文章中所存在的问题和不足进行修正并完成最终定稿。
纳米材料的合成是纳米技术应用和发展的基础。结构决定性能，研究一维纳 米材料的合成技术，特别是不同形貌纳米材料的可控合成，决定了材料的不同性 能和应用领域。
第二章 微流控技术制备功能材料的研究进展
2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 引言
本章针对采用微流控技术制备功能材料这一新兴领域，将制备过程分为微设 备中的液液微分散与后续的固化两方面，分别对这两方面的内容进行了综述介 绍。特别针对错流剪切型、水力学聚焦型和同轴环管型 3 种微通道结构和不同的 功能材料，系统介绍了近年来利用微流控技术取得的研究进展。对微流控技术制 备功能材料这一新兴领域进行了展望，指出了今后研究的发展方向。