Magnetic Non‐Spherical Particles Inducing Vortices in Microchannel for Effective Mixing

微尺度化学 混合(物理) 微通道 涡流 混合器 微流控 混沌混合 机械 材料科学 粒子图像测速 测速 流量(数学) 物理 光学 纳米技术 湍流 量子力学 数学教育 数学
作者
Feng Shi,Cunliang Pan,Hongfei Ye,Wendong Liu,Wenbo Yang,Yingdi Lv,Shengyang Tao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (19): e2207383-e2207383 被引量:11
标识
DOI:10.1002/smll.202207383
摘要

Abstract Mixing in microfluidic channels is dominated by diffusion owing to the absence of chaotic flow. However, high‐efficiency microscale mixing over short distances is desired for the development of lab‐on‐chip systems. Here, enhanced mixing in microchannels achieved using magnetic nonspherical particles (MNSPs), is reported. Benefiting from the nonspherical shape of the MNSPs, secondary vortices exhibiting cyclical characteristics appear in microchannels when the MNSPs rotate under an external magnetic field. Increasing the rotation rate enlarges the secondary vortices, expanding the mixing zone and enhancing the mixing, resulting in a mixing efficiency exceeding 0.9 at Re of 0.069–0.69. Complementary micro‐particle image velocimetry (µPIV) for flow field analysis clarifies the mixing mechanism. In addition, a chaotic vortex area is generated in the presence of two MNSPs, which shortens the distance required for achieving an appropriate mixing efficiency. This study demonstrates the potential of employing MNSPs as efficient mixers in lab‐on‐chip devices.
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