论文总字数：20042字

摘 要

基于电润湿的微器件具有体积小、功耗低、响应速度快等特点，在生物医学工程、微电子技术、光学透镜及光学显示器件等领域表现出良好的应用前景。本文基于COMSOL建立了双液界面的电润湿器件模型，采用相位相差为180度的交流电压驱动，研究了其在电压驱动情况下的液滴振动情况，并研究了各种不同参数变化情况下液滴的振动情况。首先在理论模型的基础上，利用COMSOL软件在层流两相流，移动网络的物理场下建立电润湿液滴模型，通过几何设置调整模型的结构大小，并且设置初始参数和变量。然后进行数值仿真，通过计算结果观察液滴的振动情况，并分析原因。并且通过控制变量法逐一调整影响液滴振动机制的参数，观察计算结果中的动态图，找到使得液滴达到最佳振动时的条件和参数的规律。研究结果表明，基于电润湿效应的液滴的振动状态受很多因素影响，其中包括电压频率、电压大小、液滴大小、填充介质和介质层厚度，因此要进行更深一步地研究，就必须保证这些参数达到合适的值，以达到所需要的振动状态，为光束的偏转研究做准备。

关键词：电润湿效应，接触角，COMSOL软件，影响因素

ABSTRACT

Electrowetting-based micro devices have small size, low power consumption, fast response characteristics, exhibiting good prospects in the field of biomedical engineering, microelectronics, optical lenses and optical display components. Based on COMSOL software, two-liquid interface model was established, drived by the phase AC voltage of 180 degrees. Its vibration drops in voltage driving situation and the changes in various parameters vibration droplet were studied. First, based on the theoretical model, COMSOL software was used to build electro-wetting liquid drop model under laminar flow. The physical field of mobile networks, the geometric size of the structure adjustment model and the initial parameters and variables were set firstly. Then numerical simulations can help analyze the vibration of the droplet and the variation reasons. And by controlling the variable method individually， parameters affecting droplet vibration mechanism were adjusted to observe the dynamic map, to find the law of the optimum droplet vibration conditions. The results indicated that the electrowetting effect of the droplet is affected by many factors, including voltage and frequency, voltage size, droplet size, and dielectric thickness. For deeper research, we must ensure these parameters to achieve the appropriate value in order to achieve the desired vibrating state, to prepare for the study of beam deflection.

Keywords: electrowetting effect, the contact angle, COMSOL software, factors

目录

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2文献综述

1.3研究内容

第二章 理论基础

2.1电润湿概念

2.2电润湿基本原理

2.2.1接触角

2.2.2表面张力

2.2.3Young-Lippmann方程

2.3技术难题

第三章 COMSOL软件数值仿真

3.1COMSOL软件简介

3.2电润湿模型建立

3.2.1几何模型建立

3.2.2参数设置

3.2.3网格划分

3.2.4计算

3.3结果分析

第四章 液滴振镜参数优化

4.1电压相关参数对液滴振动的影响

4.1.1电压频率对液滴振动的影响

4.1.2电压大小对液滴振动的影响

4.2液滴大小对液滴振动的影响

4.3填充介质对液滴振动的研究

4.4介质层厚度对工作电压的影响

第五章 结论

致谢

参考文献

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

生活中常见的传统光学棱镜基本上都是玻璃或者透明材料制成的，这种棱镜在某些方面可以满足工作需求，但很难得到推广使用，因为它存在着体积大、质量大、性能单一的缺陷。随着近些年电子产品的快速发展，特别是显示屏、电子设备镜头方面的发展，人们逐渐对液体光学棱镜有了初步的研究。谈到液体光学棱镜，有必要了解下它的核心原理——电润湿效应。电润湿是一种微流体现象，它是通过改变电压来调整接触角的大小，从而使得电润湿液滴产生位移和形变的现象。

液体光学棱镜实际上就是利用液滴的电润湿效应，通过电压控制液滴形变，进而控制液体光学棱镜的焦距，从而达到变焦的目的，满足器件的性能需求。因此，液体光学棱镜相比于传统光学棱镜有着不可替代的优点，如体积小、结构简单、功耗小、可操作性强等。而液体光学棱镜要实现它的功能，制作前的性能优化是非常重要的，也就是选择液滴振动合理的电润湿模型。因此，基于电润湿效应的液滴振动状态的研究有着很大的价值和意义，它将是一个既复杂而又严谨的过程，为液体光学棱镜的进一步发展提供良好的理论基础。

1.2文献综述

近年来，电润湿的研究越来越受到重视，它的研究方向也逐渐明确起来。但电润湿现在仍然处于实验阶段，它存在一些限制因素，比如接触角滞后和饱和，材料的选取，电润湿模型的优化等等。同时，电润湿在液体棱镜方面的研究也越来越得到重视，基于电润湿效应的液体微透镜有着传统光学透镜无法替代的优势，从单透镜到透镜阵列，电润湿的研究范围也逐渐扩展起来^[1]。

国内外学者对于电润湿及其相关的研究做了大量的工作，从近些年发表的文献来看，关于电润湿的研究主要集中在以下四个方面：

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