题目：基于微生物模板的功能微粒定向排布研究

    生物约束成形技术可以在具有特殊形体结构的微生物表面沉积包覆功能材质来制造生物基功能微粒，目前已实现了多种优势功能材质（铁氧体、羰基铁等）在微生物细胞表面的沉积包覆，展现出了在制备轻质、高强电磁防护微粒方面的巨大潜力。目前采用的微粒形体排布混乱和分布结构可控性差，对于微粒的调控需要进一步拓展，功能微粒的有序化分布制造是未来发展的必然趋势。本文对基于螺旋藻模板的功能微粒定向排布工艺以及排布机理展开研究，主要内容包括：

    （1）通过梯度磁场对具有磁性的螺旋形颗粒进行了定向排布，得到了初步的排布效果。依据静磁场理论，分析了螺旋形的颗粒在磁场和粘结剂中的受力情况；设计搭建了一种生成梯度静磁场的装置，并根据磁标势法建立了磁路的仿真模型，通过有限元方法分析了磁路中磁场的大小；对包覆CoNiP的螺旋藻颗粒在不同粘度的粘结剂中的排布情况进行了实验，结果显示颗粒沿磁力线方向排布，在粘度比较小的粘结剂中颗粒之间勾连比较严重，而提高粘度可以一定程度上降低磁性颗粒的团聚。

    （2）采用交变电场对于导电性能优异但是没有磁性的螺旋形功能微粒进行了排布，分析了螺旋形颗粒在交变电场中的定向排布规律。首先推导螺旋颗粒的介电泳力的表达式，分析了螺旋形颗粒在加有电场的粘结剂中的受力情况；然后根据实际情况简化了颗粒的受力模型，通过模拟仿真确定介电力的大小和方向；最后对包覆Ag的螺旋藻颗粒在不同频率和不同电压的情况下进行了排布实验，结果表明螺旋颗粒沿垂直于平行电极的方向排布。

（3）为了便于螺旋颗粒的大面积排布以及降低对功能材质的要求，通过流场对螺旋颗粒进行了取向排布研究。首先针对具体的螺旋颗粒的排布的情况，把流体简化成Stokes流，分析了螺旋颗粒的受力以及运动情况；然后通过旋涂和单向剪切流动对螺旋藻颗粒进行了定向排布，与磁场和电场的排布相比，排布更加均匀、范围更广；最后对于旋涂和单向流动的排布结果进行了分析，分析了不同初始位置，不同长径比的螺旋颗粒主轴轨道，与实验结果基本吻合。

    本文通过磁场、交变电场和流场对螺旋藻的功能微粒进行了定向排布研究，三种方法都得到了一定的排布效果。为后期实现特殊形体结构在粘结剂中的排布奠定了基础，有助于达到降低微粒比重的目的，从而进一步提高功能微粒综合性能。