Диссертация (1143641), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Литературныеисточники и экспериментальные результаты использовались для проверки применяемыхмоделей. Полученные данные и формулируемые выводы подтверждаются известными сегоднянаучными представлениями.Апробация работы.Результаты работ по теме диссертационного исследования представлены на 10всероссийских и международных конференциях: I Международная научно-практическаяконференция «Sensorica – 2013», (Санкт-Петербург, 2013 г.); II Международная научнопрактическая конференция «Sensorica – 2014», (Санкт-Петербург, 2014 г.); 3rd InternationalConference on Mathematical Modeling in Physical Sciences (Испания, Мадрид, 2014 г.);International Conference on Computer Simulation in Physics and Beyond 2015, (Москва, 2015 г.);5th International Conference on Mathematical Modeling in Physical Sciences (Греция, Афины, 2016г.); 3rd International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering andNanostructures, (Санкт-Петербург, 2016 г.); 6-й международный МЭМС-Форум 2016: Индустрия4.0, (Курск, 2016 г.); 5th International Young Scientists Conference in HPC and Simulation,(Польша, Краков, 2016 г.); VII Научно-техническая конференция СПбГТИ(ТУ) молодыхученых «Неделя науки – 2017», (Санкт-Петербург, 2017 г.); 4th International School andConference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures, (Санкт-Петербург,2017 г.).Во время подготовки к выполнению диссертационной работы проведена стажировка винституте «Физика ионных пучков и исследования материалов» («Institute of Ion Beam Physicsand Materials Research») научно-исследовательского центра «Гельмгольц-Центр ДрезденРоссендорф»(«Helmholtz-ZentrumDresden-Rossendorf»),Германияинакафедре«Материаловедение и нанотехнологии» («Materials science and nanotechnology») в Техническомуниверситете Дрездена («Dresden University of Technology»), Германия.Публикации.По материалам диссертационного исследования всего опубликовано 14 работ, в том числе12 статей в ведущих научных журналах из перечня ВАК и Scopus.
Получено 3 патента РФ.11Личный вклад автора.Диссертацияявляетсязавершеннойработой,вкоторойобобщенырезультатыисследований, полученные лично автором и в соавторстве. Автору принадлежит определяющаяроль в выборе объекта и методик исследования, постановке цели и задач, получениирезультатов, формулировании выводов и рекомендаций по практическому использованию.Часть работ выполнена совместно с сотрудниками Санкт-Петербургского политехническогоуниверситета Петра Великого и Санкт-Петербургского национального исследовательскогоуниверситета информационных технологий, механики и оптики.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы (159наименований). Работа изложена на 240 страницах, содержит 167 рисунков и 38 таблиц.12Глава 1.
Аналитический обзор химических микрореакторов1.1. Используемая терминологияНастоящее исследование посвящено микрореакторам, поэтому начинать обсуждатьвопрос о современном состоянии микрореакторной химической технологии необходимо сопределения микрореактора. В [1] дано определение микрореактору, которое можно перевестиследующим образом:Микрореактор – миниатюрная система для проведения химических процессов,изготовленная полностью или частично с применением технологий микросистемной техникиили высокоточной механики. В таком понимании мы будем использовать термин микрореакторв настоящей диссертационной работе.Поскольку микрореакторы работают с веществами, которые находятся в жидком илигазообразномсостоянии,микрофлюиднымможноустройством.Вобоснованнолитературесчитать,можночтомикрореакторвстретитьразныеявляетсяопределениямикрофлюидики.
В [2] сказано, что микрофлюидика – это область науки и техники,рассматривающая системы, которые работают с малым объемомвещества (10-9 - 10-18 л),используя каналы с характерным размером от десятков до сотен микрон. В обзоре [3]предлагается следующее определение: «Микрофлюидика – это термин, который используетсядля описания поведения потоков в устройствах, которые имеют размеры от миллиметра домикрон и способные работать с объемами вещества от нано- до микролитров».Несмотря на некоторое противоречия, определения подчеркивают главное.
Терминмикрофлюидика используется для ссылки на общую ситуацию, в которой уменьшение размеровприводит к изменению поведения потока жидкости. В таком значении мы будем использоватьтермин микрофлюидика во всей работе.Чтобы понять основные тенденции развития современной технологии микрореакторов,обратимся к краткому обзору основных исторических событий, которые привели к зарождениюэтой отрасли и позволили ей стать тем новым мощным трендом в химической технологии,которым она сегодня является.1.2. Краткий исторический обзор развития микрофлюидной техники имикрореакторовПоследняя треть XX века ознаменовалась главным научным и технологическим трендомпод названием миниатюризация, а человечество было свидетелем наиболее быстрого развитиятехнологии во всей своей истории. Все началось с микроэлектроники, когда Д. Килби и Р.
Нойсв 1959 году практически одновременно реализовали конструкцию интегральной микросхемы13[4]. С этого начался бурный прогресс в этой области. Движущей силой стала мысль вместить вменьший объем пространства большее число элементов, чтобы повысить скорость вычисленийи сократить энергопотребление. Ученые, разработчики и технологи стали искать путипроведения миниатюризацию электронных систем на практике. Одновременно в декабре тогоже года Р.
Фейман на ежегодном собрании членов американского физического общества вКалифорнийском университете выступил с речью под названием «Там внизу много места» [5],где высказал идею о том, что он не видит физических причин, почему 50 томов ЭнциклопедииБритании не могут быть написаны на кончике иглы. Его программная речь выразила всю сутьстремления к всеобщей миниатюризации.Микроэлектроника была наиболее перспективной областью последнего века. Споявлением интегральных схем и прогресса в информационных технологиях, она измениласпособ нашей работы и жизни.
Не вдаваясь в историю и современное состояние микро- инаноэлектроники, важно отметить, что быстрый прогресс в этой области стал мощным толчкомдля развития многих фундаментальных и прикладных наук. Речь идет в первую очередь офизике твердого тела, химии поверхности, вакуумной технике, физике плазмы, оптике и др.В период развития микроэлектроники обращали внимание только на одно свойствокремния – быть полупроводником. Другие его особенности не принимались во внимание.Прозрению способствовала пионерская работа [6], где впервые рассматривались механическиесвойства кремния, как конструкционного материала в микромире.
Это положило начало новойэры,которуюсегодняназываютМЭМС(микроэлектромеханической)революцией.Идеологическая сила еѐ в том, что если изготовленный по технологиям микроэлектроникипроцессор представляет собой «мозги» системы, то изготавливаемые по технологияммикромеханики датчики перемещения, ускорения, давления, вращения, наклона, температуры идр. параметров являются чувствительными органами системы и позволяют оперативно узнаватьинформацию об окружающем еѐ мире. При этом, с учетом малых размеров какмикропроцессоров, так и МЭМС датчиков, такие «чувствующие и думающие» системы могутиметь миниатюрные размеры.
МЭМС технологии уже сейчас имеют очень большое влияние навсю сферу техники и присутствуют почти в каждом высокотехнологичном устройстве. Вбудущем эта тенденция будет только усиливаться.МЭМСы показали на сколько сильно была расширена область разработок и исследованийпри рассмотрении одного дополнительного свойствау кремния в добавок к егоэлектропроводности. Идея МЭМС имела все необходимое для того, чтобы родитьсяодновременно с интегральной микросхемой, но мы видим, какой глубокий историческийразрыв был между ними.14После открытия МЭМС исследователи стали рассматривать разнообразные свойствакремния и других материалов с точки зрения их применения в микромире. Другими словами,если микроэлектронике соответствовали только электрические физические явления, то МЭМСтехнологии добавили механику.
Далее следуют оптические явления, которые непременновозникли в виде оптических МЭМС, называемыхМОЭМС.Развивая возможностиминиатюризации для различных типов явлений природы, на очереди после микроэлектроники,МЭМС и МОЭМС были устройства для работы с веществом. Здесь есть две опорные точки вистории техники.Первая – это головка печатающего струйного принтера. Функциональное назначениеустройства – формирование микрокапель чернил размером порядка 50 мкм. Классификацияэтого устройства к МЭМСам может вызвать вопросы, поскольку оно может и не содержатьдвижущихся компонентов.
Кроме того, основной процесс сводится к манипулированию сжидкими чернилами, что, по сути, является прерогативой микрофлюидики [7].Технология струйной печати и соответствующие конструкции устройств могут бытьразделены на две большие группы. Согласно [8], способ формирования капель с применениемпьезоэффекта был изобретен Свитом в 1964 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
