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当微型泵的加工技术及应用

发布时间:2021-09-11 04:10:32 阅读: 来源:皂液器厂家
当微型泵的加工技术及应用

微型泵的加工技术及应用

摘要:微型泵是微流体系统中的重要执行元件,标志着微流体系统的发展水平。详细介绍了微型泵的种类、加工技术、应用前景以及国内在该领域的研究状况。 关键词:微流体系统;微型泵;驱动;流量;DRE技术 中图分类号:TH1137.51;1TP71 文献标识码:A 作者简介:陆峰(1972-) 男,博士研究生。

通讯地址:110168 辽宁沈阳市沈阳建筑大学交通与机械工程学院。

谢里阳:东北大学,辽宁沈阳 110006

l、引言 从20世所以又称作高性能工程塑料或耐热工程塑料纪80年代开始,微机电系统已逐步从实验室探索阶段进入工业应用时期。微流体系统是微机电系统中的一个主要研究方向,它具有微型化、自动化、集成化以及能批量生产等特点,并且由于尺寸小,能减小流动系统中的无效体积,降低能耗和试剂用量,而且响应快。因此,近年来它在医疗保健、环境控制、化学分析和生物工程等领域中具有巨大的市场应用前景。 微型泵作为微流体系统中的主要执行器件,是表征微流体系统发展水平的重要标志。最早的微型泵是荷兰Twente大学研制的热气动薄膜泵(日本东北大学在同一时期也研制出压电致动薄膜泵[1 )。目前,微型泵的研究无论是从工作原理等理论角度,还是从加工工艺等实践方面都已经有了较大进步。为了更全面地了解国内外有关微型泵的研究动态,本文主要讨论微型泵种类及应用情况,并对微型泵的加工技术做详细介绍。 2、微型泵的分类 微型泵根据其有无可动阀片分为有阀型微型泵和无阀型微型泵两大类。有阀型微型泵往往基于机械驱动,原理简单,制造工艺成熟,易于控制;而无阀型微型泵则常常利用流体在微尺下的新特性,原理新颖,更适于微型化,具有更大的发展前景。 2.1、有阀型微型泵 有阀型微型泵通常由进、出口阀和泵腔三部分组成,这类泵一般采用薄膜型结构,其工作原理是由薄膜驱动导致泵腔容积周期性的变化和单向阀门来实现输运工作液的目的,通常采用压电、静电、电磁以及形状记忆合金等形式来驱动微型泵的工作[2,3 。 压电驱动微型泵是通过晶体的压电特性来驱动薄膜振动,达到输送工作液体的目的。Ng1uyen等研制的压电驱动微型泵是由有机玻璃衬光刻胶组成[4,5 ,与硅材料相比,光刻胶较低的弹性常数使压电驱动电压低几个数量级,即几十伏的驱动电压就能满足泵的正常工作(其最大流量达1mL/min,最大背压达200mmH2O)。研究表明用不同的聚合体材料迭片加工微流体系统是可行的。 Zengerle 等研究的静电驱动微型泵是以硅为主体材料[6 ,整个泵体由驱动膜和两个被动控制阀组成,泵的驱动动作是通过静电驱动来实现的。与普通的单向薄膜微型泵有所不同的是,阀的特殊设计能使泵实现双向输运的目的。这种双向输运主要是由于在不同的驱动频率下,由于两个阀片的周期振动响应存在相对移动,工作液在泵两侧产生的压差就有所改变,从而导致工作液能实现双向输运。这种双向输运突破了传统的单向阀门所产生的弊端,更容易在微流体系统中实现液体的混合。 用形状记忆薄膜驱动微型泵具有能量输出密度大、应变大、驱动力大的优点,被公认为是比较理想的驱动方式之一。而热驱动微型泵利用的是泵腔内气体的受热膨胀和冷却收缩的原理来驱动膜片,达到输运液体的目的。 2.2、无阀型微型泵 由于有阀型微型泵工作频率受制于泵腔的动作频率,因此这类微型泵的流量变化是间歇式的,其性能难以得到保证。另外,由于单向阀门的存在,阀片的频繁开关必然影响泵的可靠性和使用寿命,同时流体回流现象也是不可避免的。相比之下,无阀型微型泵由于其结构相对简单、制造工艺要求不高,而成为21世纪微流体系统微型化、集成化、控制精准化程度进一步提高的突破口。 收缩.扩张型微型泵是比较典型的无阀型微型泵,也是近年研究的热点。它以收缩和扩张的不同形状通道代替了单向阀,利用因流道不对称所引起的压力损失的不对称性来实现流体的输运,但这类泵的反向止流性能较差。收缩.扩张型微型泵薄膜的驱动一般由压电晶体驱动;驱动频率可达几百赫兹,驱动功率在几十毫瓦,最大流量能达到几十μL/min。而用气泡来驱动收缩-扩张型微型泵的微搅拌系统,搅拌槽尺寸宽为200μm,深为50μm,搅拌速率为6.5μl/min,当驱动频率为200HZ,能达到最佳的搅拌效果[7 。 磁液动力微型泵的工作原理是利用洛伦兹力,当导电溶液被通电以后,在垂直的磁场作用下产生洛伦兹力,在洛伦兹力作用下,带电的溶液获得了向前运动的能量,因此,当电流持续施加在导电溶液上时,溶液就1般来讲源源不断地向前流动,达到抽液的目的。Jang等研制的磁液动力微型泵的工作液为海水[8 ,其磁感应强度为0.44T时,当电流为38mA,最大压差为18mm,当电流为1.8mm,最大流量为63μL/min。Lemoff等研究用磁液动力微泵驱动不同溶液的性能[9 ,得出在1mol NaCl溶液中,能获得最大的流速为18.3μL/min。 电渗微型泵的工作原理:液、固界面发生电化学反应产生了电荷,电荷从液。固界面向液体内部扩散,在直流电场的作用下¥电荷扩散层将移动同时驱动流体运动,从而达到泵液的作 因此各厂只能为用户提供该厂所生产塑料的收缩率范围用。电液动力泵的原理也从而改良病人生活质量是通过液体中的电荷运动产生动量,带动流体运动。这种泵的驱动电压可以平行电极施加直流电压,也

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