基于微振动马达的无阀微泵的研究.pdf

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1、12传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第9期基于微振动马达的无阀微泵的研究苏波，张桔，韩雪(首都师范大学物理系。北京100048)摘要：研制了一种可在低电压下工作的新型无阀微泵，该微泵利用有机玻璃(PMMA)制作泵腔，采用了扩散El／喷口的结构，以PDMS作为振动膜，利用微振动马达作为驱动部件。采用ANSYS软件进行有限元分析得到微泵扩散I=I／喷口的最佳尺寸。对微泵的振动频率和输出流量进行了测试，结果显示：电压为1．0～1．8V时，微泵的输出流量随着电压的升高而增加，当电压为1．8-3．3V时，微泵输出的流量保持稳定

2、，达到150；xL／min。该无阀微泵结构简单，驱动电压低，具有良好的性能和低廉的成本。关键词：微振动马达；无阀微泵；PDMS振动模；扩散I：I／喷口中图分类号：TM383文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)09--0012-03Studyonvalvelessmicropumpbasedonmicro．vibrationmotorSUBo，ZHANGJu，HANXue(DepartmentofPhysics，CapitalNormalUniversity，Beijing100048，China)Abstract：Anovellowvoltageactuatedvalvel

3、essmicropumpispresented．ThePMMAisusedtofabricatethecavity，andthestructureofdiffuserandnozzleisadoptedinthemicropump．Themicro—vibrationmotorisuseda8theactuator．andtheflexiblepolydimethylsiloxane(PDMS)iSusedasthevibrationmembrane．ThebestsizeofthediffuserandnozzleiSobtainedbymeansoffiniteelementanalys

4、ismethod．Thevibrationfrequencyandtheflowrateofthemicropumparemeasured，andtheresultshowsthatthevoltagehavesignificantinfluenceonthem．Whenthevoltagerangesbetween1．0—1．8V，theflowratehassignificantincrease；butwhenthevoltagechangesbetween1．8—3．3V，theflowratehassmallchange．ThemaximumflowrateiS150L／min．Th

5、evalvelessmicmpumphassimplestructure，lowdrivingvoltage，lowcostandgoodperformance．Keywords：micro-vibrationmotor；valvelessmicropump；PDMSvibrationmembrane；diffuser／nozzle0引言T等人制作出了更小的无阀微泵(7mm×7mm×1mm)。目前，国内外已经对微流体系统进行了很多研究，目的微泵的驱动方式有多种，主要包括压电式。、热气动是获得微米级的全分析系统(一TAS)，微泵是微流体系统式、热机械驱动式、静电驱动式以及超声波驱动式等。中的关

6、键的部件之一。依据工作原理，微泵可分为机械式其中，压电驱动式主要采用压电圆片或者压电双晶片作为微泵和非机械式微泵。机械式微泵通常都有一机械阀片进驱动器，采用压电圆片作为驱动器，由于压电圆片的振动幅行流体流向的控制，由于存在机械可动部件，机械微泵的驱度较小，所以驱动力有限；采用压电双晶片作为驱动器，由动频率受到限制。无阀微泵为非机械式微泵，它的研究开于压电双晶片的振动臂较长，制成的微泵体积较大。对于始于20世纪90年代初期，1992年，德国的GerlachT等人微泵的泵腔，很多研究人员以硅基为材料，采用MEMS技首次提出在微泵设计中采用无阀结构的设想；1993年，术进行制作，这种方法需要特殊的

7、微细加工设备，制作周期瑞典的StemmedE等人成功地采用扩散口／喷口结构制作较长，制作成本较高。对于振动膜，有人采用体硅加工的方了微泵J，微泵尺寸只有几厘米，扩散H／喷El的形状为锥法刻蚀出振动膜，由于硅的弹性模量较高(190GPa)，竖直形，可用来输送液体和气体；1994年，他们研制了第一个硅方向的形变只能达到十几微米，制成的微泵的驱动力非常基无阀微泵，横向尺寸为1cm，在(100)硅片上采用各向异有限J