基于MEMS技術(shù)的自吸微泵的研制.pdf

1、微型泵是微流體控制系統(tǒng)的重要組成部件，在生化分析、藥物輸送、芯片冷卻等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景，已成為MEMS研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)課題之一。本文利用MEMS加工技術(shù)，成功地研制出一種可實(shí)用化的微型泵。 本文首先對(duì)各種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了分析，確定以壓電雙晶片作為主要的致動(dòng)方式，并根據(jù)壓電雙晶片的懸臂梁模型，推導(dǎo)出壓電雙晶片的自由端位移公式。提出了泵膜的力學(xué)模型——邊緣固支的等厚彈性薄板，分析了均布載荷和集中載荷下的大撓度變形和小撓度變形。

2、 本文在對(duì)擴(kuò)散口/噴口結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出使用擴(kuò)散口/噴口作為流向控制結(jié)構(gòu)，進(jìn)而設(shè)計(jì)和制作了一種無(wú)閥壓電微泵。該微泵利用壓電雙晶片作為致動(dòng)器，以PDMS膜作為泵膜，以各向異性體硅腐蝕形成的錐形孔作為擴(kuò)散口/噴口結(jié)構(gòu)。該無(wú)閥微泵工作穩(wěn)定，但不能實(shí)現(xiàn)自吸。 為了使微型泵更有效地控制流體的流向，本文利用雙面體硅腐蝕工藝制作懸臂梁型硅被動(dòng)閥，并利用該被動(dòng)閥制成了一種被動(dòng)閥微泵和一種復(fù)合閥微泵。兩種有閥微泵均能夠穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)液

3、體，但由于閥片之間存在粘結(jié)劑間隙，因而存在一定的反向滲漏，導(dǎo)致微泵無(wú)法自吸。 采用彈性模量較小的SU-8膠制作被動(dòng)閥，可以消除粘結(jié)劑層的影響。SU-8被動(dòng)閥不但可以有效防止流體的反向泄漏，而且具有更大的正向過流能力。本文利用SU-8膠被動(dòng)閥制作出改進(jìn)型的DF-05型微泵，該微泵可以實(shí)現(xiàn)自吸進(jìn)樣，對(duì)水的最大流量為3.1mL/min，最大氣體流量達(dá)到29.5mL/min，最大輸出壓力達(dá)到16kPa，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，而且工作穩(wěn)定