微纳电动流体在能源环境、材料加工以及生物检测等领域有非常重要的应用背景，对其机理及规律的研究是当前流体力学与传热传质方向的研究前沿。与常规尺度电动流体相比，微纳电动流体面临的主要挑战在于界面处的多物理化学效应、结构及物理过程的多尺度效应以及非线性效应等。针对这些难点，本书针对微纳通道中，电动力驱动流体输运的理论和数值实现进行了探讨，重点阐述了微纳尺度下，双电层基本理论、电渗电泳基本知识及案例，可作为研究生和相关研究学者参考资料。

与常规尺度电动流体相比，微纳电动流体研究面临的主要挑战在于界面处的多物理化学效应、多尺度效应以及强非线性等挑战。从流体力学的角度看，一方面这些器件使我们获得了操控微量流体以及流体中微纳颗粒输运的前所未有能力，而在另一方面，微纳流体呈现出不同于宏观尺度下的流动特征及规律，深入探索与之相关的流动机理是实现微纳流动及输运控制的前提和基础。

本书针对微纳通道中的流体以及颗粒在电驱动下的电泳、电渗等现象进行了讨论，重点阐述了微纳尺度下的颗粒、流体相关的数值模拟。相关的数值模拟均采用COMSOL Multiphysics 有限元软件完成，通过求解偏微分方程或偏微分方程组来实现实际物理现象的仿真，进而达到使用数学方法求解物理现象的目的。通过数值计算能够将宏观与微观相连接，能够对实验结果进行补充解释，并验证实验的正确性。微流控芯片技术已发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。部分研究者并不擅长数值模拟的COMSOL程序的构建，本书在提供案例的同时还附带程序构建的具体步骤，读者在使用时可以根据需求对程序进行拓展以加深研究，获得更深入的思考。本书的正文部分包括了微纳流体力学基础知识（第1章）、纳米通道中双电层的流体特性（第2章）、交流电场中胶体粒子之间的相互作用（第3章）、光诱导介电泳原理下的微颗粒运动机理（第4章）、一种二维拓扑优化混合器（第5章）、功能基团修饰的纳米颗粒刷层电荷特性（第6章）、纳米颗粒在聚电解质刷层修饰纳米孔内的电动输运（第7章），以及纳米尺度受限空间中表面电荷调节的非对称离子输运（第8章）。值得注意的是，本书并不是对微纳芯片的研究综述，主要是针对微纳尺度下流体以及颗粒在电驱动下的数值模拟研究，不涉及相关的微纳尺度加工技术和材料制备。

周腾，海南大学机电工程学院副教授，博士研究生。学习经历：1. 2009/09-2014/06，中国科学院大学，长春光学精密机械与物理研究所机械制造及其自动化专业，博士，导师：刘震宇；2. 2005/09-2009/06，山东理工大学，机械工程学院机械设计制造及其自动化专业，学士。工作经历：1.2017/12-至今，海南大学，机电工程学院，副教授；2.2015/08-2017/12，海南大学，机电工程学院，讲师；3.2014/09-2015/08，韩国岭南大学，机械工程系，博士后，合作导师：Sang Woo Joo院士/Shizhi Qian(钱诗智)教授。科研成果：1.国家自然科学基金委员会，面上项目，52075138，惯性效应与电场协同微藻操控芯片机理研究，2021-01至2024-12，58万，在研，主持；2.国家自然科学基金委员会，青年科学基金项目，51605124，非牛顿流介电泳微流控芯片通道内可变形颗粒运动机理研究，2017-01至2019-12，17万元，已结题，主持。主要著作：钱诗智(Shizhi Qian)，周腾，史留勇，袁成宇，微纳通道内颗粒在电动力驱动下的运动机理，北京邮电大学出版社，520千字，2017。

1 微纳流体力学基础知识

1.1 微纳流体简介

1.2 电动力学基础知识



2 纳米通道中双电层的流体特性

2.1 引言

2.2 数学模型

2.3 数值实现

2.4 本章小结



3 交流电场中胶体粒子之间的相互作用

3.1 引言

3.2 数学模型

3.3 数值实现

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结





4 光诱导介电泳原理下的微颗粒运动机理

4.1 引言

4.2 数学模型

4.3 数值实现

4.4 结果与讨论



5 一种二维拓扑优化混合器

5.1 引言

5.2 数学模型

5.3 模型建立

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结



6 功能基团修饰的纳米颗粒刷层电荷特性

6.1 引言

6.2 数学模型

6.3 数值实现

6.4 结果与讨论

6.5 本章小结



7 纳米颗粒在聚电解质刷层修饰纳米孔内的电动输运

7.1 引言

7.2 数学模型

7.3 数值实现

7.4 结果与讨论

7.5 本章小结



8 纳米尺度受限空间中表面电荷调节的非对称离子输运

8.1 引言

8.2 数学模型

8.3 数值实现

8.4 结果与讨论

8.5 本章小结