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基于MEMS的微泵研究进展
作者:管理员    发布于:2016-06-25 10:37:51    文字:【】【】【

  微电子机械系统(MEMS)是20世纪末兴起并得到迅猛发展的军民两用的交叉性的高技术领域,欧美及日本等发达国家对此都投入了相当多的人力和财力进行研究。具体来说,MEMS是指基于(但不限于)IC工艺设计并制造、可批量生产、集电子元件与机械器件于一体的微小系统。

  MEMS主要具有如下的优点:尺寸小,质量轻,响应快;准确度高,性能好;可以集成控制、感应和执行等多种功能;生产成本低,生产周期短,能耗低;对环境的损害小等。基于以上优点,MEMS在发展不到20年的时间里已经广泛应用于化工工业、能源动力、信息通讯、国防产业、航空航天和医药及生物工程等领域而且在家庭服务、人体研究及环境治理等方面也有巨大的应用前景,因此甚至有人把MEMS称为“机械复兴”。

  微流动系统是MEMS的一个重要分支,近年来已经成为热门的研究领域。微泵作为一个重要的微流动系统的执行器件,是其发展水平的重要标志。

  微型泵根据其有无可动阀片可分为有阀型微泵和无阀型微泵。有阀型微泵往往基于机械驱动,原理简单,制造工艺成熟,易于控制,是目前应用的主流;无阀型微泵则常常利用流体在微尺度下的新特性,原理比较新颖,更适于微型化,具有更大的发展前景。

  1有阀型微泵有阀型微泵一般是利用腔体容积的周期性变化和单向阀门的作用进行工作的,典型的往复式薄膜泵的基本原理性结构如所示。

  *基金项目:国家重大自然科学基金项目(9995550-2)传感器技术往复式薄膜泵基本结构通常情况下,体积变化是通过压电振动薄膜产生的,泵的大输出压力取决于所用驱动器的驱动能力。根据驱动薄膜振动方式的不同,有阀型微泵可以分为压电驱动微泵、静电驱动微泵等。

  1.1压电驱动微泵压电驱动器有压电片式和压电块式两种,其原理是基于晶体的压电特性来驱动薄膜振动的。例如,荷兰Twente大学研制的压电片驱动微型泵。

  ▲吸收模式泵送模式10mm,大流量为40Ml/min,高背压为1mHO,驱动电压约为100V.其它比较典型的还有球形阀的压电片驱动微型泵和压电驱动的蠕动泵等。(注压电驱动微型泵的结构简单,易于实现,但后续装配工艺不利于微型化和批量生产,而且驱动电压偏高,限制了其应用范围。

  1.2静电驱动微型泵静电驱动是微驱动的一种有效方式。静电驱动微泵的制作工艺与IC工艺的兼容性好,但电极间距一般较小,驱动电压较高,不利于应用。

  1.3热驱动微泵热气驱动微型泵利用气体腔内气体的膨胀和收缩来驱动膜片。例如,荷兰Twente大学研制的热气驱动微泵、超声波驱动微型泵、磁动力微泵(MHD)、电润湿微泵、离子动力微泵等。

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