雙腔并聯(lián)壓電驅(qū)動無閥微泵的研究.pdf

1、微流控系統(tǒng)在航空航天、生物芯片等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是目前MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)，Micro-Electro-Machanical System)研究的熱點(diǎn)。微泵在微流控系統(tǒng)中驅(qū)動液體流動，是微流控系統(tǒng)中的核心部件之一。實(shí)現(xiàn)微泵的小型化、集成化，提高微泵的泵送性能，是微流控系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵問題之一。基于收縮/擴(kuò)散管的無閥微泵，以具有整流作用的收縮/擴(kuò)散管代替單向閥，利用流道的不對稱性實(shí)現(xiàn)流體的定向泵送，具有結(jié)構(gòu)及工藝簡單、不易堵塞、

2、對泵送樣品無限制等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)階段微泵研究的熱點(diǎn)。
　　 本文分析了大角度收縮/擴(kuò)散管的流動特性和壓電驅(qū)動器的工作原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并制作了并聯(lián)式雙腔壓電微泵。首先，利用ANSYS軟件對壓電驅(qū)動器的振動模式進(jìn)行了仿真分析，研究了壓電振子金屬層的半徑、厚度對振子諧振頻率、中心位移的影響；利用ANSYSFLOTRAN和CFX對微泵內(nèi)流體流動特性進(jìn)行了仿真分析，優(yōu)化了收縮/擴(kuò)散管的尺寸，得到了不同壓強(qiáng)下流體流動的特性參數(shù)，如雷諾數(shù)、

3、流速、管內(nèi)壓強(qiáng)分布等。利用MEMS技術(shù)，在<100>晶向的硅片上腐蝕出收縮/擴(kuò)散管，在玻璃基片上腐蝕出圓形空腔作為泵腔，并將其與壓電振子粘貼在一起，制作出單腔壓電無閥微泵和雙腔壓電無閥微泵。采用渦流位移計(jì)測試了不同電壓、頻率下壓電振子的振動特性；搭建了流量測試系統(tǒng)，分別測試了單腔、雙腔壓電微泵的流動特性，并進(jìn)行了對比分析。測試結(jié)果表明：長度為4001.μm的收縮/擴(kuò)散管的大口最佳口徑為8001μm。單腔微泵的最佳工作頻率為2600Hz，