基于MEMS技术的压电微喷的研制

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1、中文摘要微喷是微流量控制系统中重要的执行器件，它可喷射多种介质(墨、聚合物、固体等)，能够实现DNA微细排列、微量药品精确供给、微推进以及喷墨打印等多种功能，在医药、生物、化学领域有着广阔的应用前景，是MEMS技术最典型的应用之一。本论文建立了剪式微喷的结构理论模型，分析了在动态电压作用下端部的变形；利用有限元分析方法优化设计了微喷的结构几何参数，模拟其振动模态：研制出可双向快速充、放电的微喷专用驱动电源，能够并行驱动微喷阵列；对工作在纯剪切模式的微喷结构进行改进，引入了机械增益，大大提高了微喷的驱动能力。本论文完成了亚纳升级剪式压电微喷的研制以及性能测试，探索最佳结构、最佳工艺流

2、程和最优工艺参数，提高稳定性和成品率。研究驱动方法，开发驱动电源，为国内压电微喷的实用化打下了坚实的基础。本论文研制的微喷，单次喷射体积在亚纳升量级，可连续喷射；喷射液滴体积和数量可由驱动脉冲控制；集成性能良好，可制成一维微喷阵列。提出了三种结构的微喷，电场方向是垂直于极化方向加载的。当驱动电压为50V时，单次喷射液滴体积约为0．1纳升，最大喷射距离为30rnm。研制出微喷专用驱动电源，申请了专利。该电源具有以下特点：可以进行正、反双方向充电，使致动壁能做正、反两个方向的运动；能够进行双向快速放电，频率响应范围宽；输出电压高，非线性失真小：输出阻抗很小，电流负载能力大，响应速度快；

3、控制信号的频率和脉宽可调；各部件驱动信号之间的时序关系可通过计算机编程控制。关键词：MEMS，微喷，压电，剪式，阵列AbstractAsanimportantactuatorinthemicrofluidicsystem，themicrojetcouldejectmanykindsofsubstances(ink，polymer，solid)．ItcouldrealizeDNAmicroarray，minimreagentsupply，micropropulsionandinkjetprinting．Thedeviceshaveawonderfulapplicationfuture

4、inthemedical，biologJicalandchemicalfields．Thetheoreticalmodelofshearmodemicrojetisestablishedandtheedgedisplacementunderdynamicdrivingvoltageisanalyzed．Thegeometricalparametersofthemicrojetareoptimizedbyfiniteelementanalysisandthemodalofvibrationissimulated．Aspecialdrivingpower，whichcandrivemi

5、crojetarray，isdevelopedandthespeedofchargeordischargeisveryfast．Thestructureofthemicrojet，whichworksinthepureshearmode，isimproveduponbyintroducingmechanicalplusandconsequentlythedrivingabilityisheightened．Thesub-nanolitrelevelshearmodepiezoelectricmicrojetisdevelopedandtested．Theoptimalstructu

6、re，processflow，technicalparametersareexploredandthestabilityaswellastherateoffinishedproductareimprovedThedrivingmethodisalsostudiedandwelaygoodfoundationoftheapplicationofpiezoelectricmicrojetinteriorly．Thedropletproducedbythemicrojetissub—nanotitreinvotumeandthemicrojet渤e扣ctdropletsinseries．

7、Thevolumeandtheamountofthedropletsarecontrolledbythedrivingpulse．Applyingonedrivingpulse，themicrojetejectsonedropletanditiseasytoformonedimensionalmicrojetarray．Theproblemofhowtoconnecttheelectrodeonthecliffsideoftheactuatingwall．whenth