摘要：交流電熱效應(yīng)對(duì)實(shí)現(xiàn)微流體的驅(qū)動(dòng)和微流體中粒子的操控具有便捷高效等優(yōu)勢(shì)。采用對(duì)稱、非對(duì)稱平面電極、對(duì)稱雙面電極及螺旋叉指電極，利用有限元方法對(duì)其電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和粒子濃度場(chǎng)進(jìn)行了強(qiáng)耦合仿真計(jì)算，并分析了所施加電壓和電導(dǎo)率對(duì)局部流速及溫度梯度的影響。

進(jìn)而，比較了不同幾何類型叉指電極在相同激勵(lì)下對(duì)微流體的驅(qū)動(dòng)能力。

結(jié)果表明，在只改變電壓或電導(dǎo)率的情況下，電壓與局部流速及溫度梯度的平方成正比，電導(dǎo)率與局部流速及溫度梯度呈線性關(guān)系;在相同激勵(lì)下，四種叉指電極的局部流速和溫度梯度大小依次為非對(duì)稱電極、對(duì)稱電極、雙面電極和螺旋電極。實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種典型幾何形式微電極的交流電熱效應(yīng)仿真分析，可為優(yōu)化利用該效應(yīng)及相關(guān)的生物傳感器設(shè)計(jì)提供參考。

由于交流動(dòng)電效應(yīng)具有激勵(lì)電壓低、易于誘導(dǎo)等優(yōu)點(diǎn)，其對(duì)微流體操縱的應(yīng)用在近二十年引起了廣泛關(guān)注，交流動(dòng)電效應(yīng)主要包括介電泳（DEP）、交流電滲（ACEO）和交流電熱（ACET）效應(yīng)，較低的激勵(lì)電壓和不依賴外部裝置的微流體直接誘導(dǎo)方式對(duì)實(shí)現(xiàn)集成化、低功耗和低成本的生物傳感器具有較高的應(yīng)用價(jià)值。例如：Zhang等運(yùn)用DEP效應(yīng)，并通過微電極芯片對(duì)冷鏈?zhǔn)称分械腟ARS-CoV-2刺突蛋白進(jìn)行實(shí)時(shí)、選擇性、低成本的檢測(cè)，張磊等通過在微通道壁面布置微電極陣列產(chǎn)生交變電場(chǎng)，提出了利用交流電滲（ACEO）增強(qiáng)流體混合的方法，Selmi等將ACET應(yīng)用于微流體通道中蛋白質(zhì)的檢測(cè)，說明ACET可以在微流體通道內(nèi)誘發(fā)渦流場(chǎng)，適用于混合和泵注應(yīng)用。

DEP被廣泛應(yīng)用于捕獲DNA,細(xì)胞分離等領(lǐng)域，其大小正比于粒子體積，適合對(duì)大分子的驅(qū)動(dòng)與富集，ACEO常被用于實(shí)現(xiàn)低頻下的粒子驅(qū)動(dòng)與混合的微流控芯片，ACEO適用電導(dǎo)率低于0.085S/m的流體，較高的電導(dǎo)率會(huì)壓縮雙電層厚。