基于声表面波技术数字微流体微混合器研究

报道了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微混合器.它由压电基片上叉指换能器和反射栅组成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,它激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波驱动微流体,使其与同一路径上的另一微流体合并,在反射栅反射回的声表面波共同作用下,加速微流体内分子扩散运动,提高了微流体混合效率.采用1 μL的水和1 μL红墨水以及1 μL的红墨水和1 μL甘油各自进行混合实验,结果表明:在声表面波作用下,微混合器能快速混合微流体.为片上实验室提供了廉价、易集成的微混合单元,具有潜在的应用价值.     

一种新型压电驱动微流体混合器

设计了一种新型的压电驱动微流体混合器(micromixer)，采用计算流体力学(CFD)的方法对其性能进行了仿真研究。结果显示，该混合器可在很大程度上提高微量流体的混合效率，在雷诺数为16、悬臂梁振动频率为200Hz时，充分混合两微量流体仅需0．158，对应的最小混合长度仅为0．9mm，这基本可以满足目前大多数微流体系统应用的需要。     

基于声表面波技术实现微通道内微流体的融合

提出了一种新的油相微通道内微流体融合方法.在128°YX-LiNbO3基片上光刻叉指换能器(IDT)和反射栅,模塑法制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微通道贴合于压电基片的声路径上,在PDMS微通道内采用微量进样器注入石蜡油和待融合微流体.经功率放大器放大后的射频(RF)电信号加到IDT上,激发声表面波(SAW),驱动微通道内的待融合微流体,实现其融合.实验结果表明,在SAW作用下,微通道内微流体的融合决定于加到IDT上RF信号功率、待融合微流体直径和待融合微流体间距.     

基于声表面波技术的数字微流体微加热器研究

设计了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微加热器。它由压电基片上两个叉指换能器构成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,其激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波,并辐射入微流体达到加温效果。停止加电信号后,微流体能量向外界辐射迅速降温。采用2μL的甘油微液滴进行升温实验,结果表明:微流体温度变化由外加电信号强度和持续时间决定,在电信号强度为19V时,微流体的温度上升速率为1.5℃/s,与理论6.2℃/s结果基本相符。     

声表面波跨越式输运数字微流体

研究了声表面波实现数字微流体在压电基片上跨越障碍物的方法。在128°-YX-LiNbO3压电基片上采用微电子工艺制作了中心频率为25.5 MHz的叉指换能器和反射栅,在声传播路径上涂覆Teflon AF 1600疏水薄膜,聚二甲基硅氧烷垫块贴合于压电基片上。经功率放大器放大的射频信号加于叉指换能器激发声表面波,并作用在声路径上的数字微流体,在其内产生声流,当瞬间减少射频信号功率,部分液体因惯性力大于表面张力而飞离微流体,跃过聚二甲基硅氧烷障碍物,实现在压电基片上跨跃障碍输运。采用油包红色染料溶液微流体进行了实验,结果表明,当射频信号功率从12.3 dBm瞬间下降到-3.98 dBm时,油包红色染料溶液微流体可跃过高度1 mm的障碍物。     

基于MEMS技术的微流体混合器及相关技术

介绍了基于MEMS技术的微流体混合器及相关技术,给出了各种微流体混合器的结构、原理和特点,同时对微管道中流体混合的仿真、实验技术以及微管道中微量流体混合程度的评价方法等作了概述。     

基于声表面波技术实现微流体数字化

微流体的数字化是压电微流控芯片进行微流分析的前提,提出了采用声表面波(SAW)实现微流体数 字化的方法.在128°YX-LiNbO3基片上研制了中心频率为27.7 MHz的叉指换能器,在压电基片上方固定一细针,它经由Teflon软管与注射泵相连,注射泵提供恒定流量的微流体到达细针孔端并聚集,当聚集的微流体高度达到细针孔端与压电基片间距时,叉指换能器激发的声表面波驱动微流体实现微流体数字化.提出了计算细针孔端与压电基片间距的方法和微流体实现数字化的条件.以水为实验对象进行数字化实验,结果表明,声表面波作用下能实现微流体数字化,为压电微流控芯片提供了一种新的微流体引入方法.     

基于双压电基片油包微液滴微反应器研究

提出了以声表面波为能量源的微反应器.它由两个128°YX-LiNbO3压电基片和弧形聚合物组成,基片A中反应物Ⅰ由其上声表面波驱动经弧形聚合物输运到基片B,并与基片B中的反应物Ⅱ混合,混合反应物在基片B中的声表面波作用下实现反应.实验结果表明,油包封反应物可减少反应物的蒸发速率;声表面波可提高化学反应速率,并随之增大而增大.     

基于PDMS的静态微流体混合器的制作与仿真

通过采用模塑法制成一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的静态微流体混合器.根据流体动力学理论对其进行了理论分析,并给出了两种流体混合的仿真分析结果.对以数值模拟为依据制作的微流体混合器进行了水与红墨水的混合实验,获得了相吻合的结果.     

基于声表面波的液冷微通道设计研究

在传统常规冷板的理论研究基础上,为解决微小元器件散热,设计了以声表面波为辅助的微米级微通道,并利用微机电系统(MEMS)技术制作了微通道与声表面波叉指换能器集成的微型结构,对声表面波破坏液体层流结构、加速液体混合的功能进行了验证.     

基于声表面波纸基微流器件研究

研制了压电基片上能实现样品前处理的纸基微流器件.在128°YX-LiNbO3基片上制作了1个叉指换能器和1个反射栅;亲水性纸用来制作微流器件的微通道,浸有指示剂滤纸作为微反应器,一同粘附于透明胶带上,并采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)贴合于压电基片上.叉指换能器激发的声表面波驱动压电基片上的样品,使其输运到纸基微通道,并在纸基微反应器进行微流分析.在研制的纸基微流器件上实现了NO2-浓度的快速检测.     

一种用于端面泵浦DPL的微通道热沉设计方案

讨论了在大功率泵浦条件下,有效控制固体激光器晶体的工作温度,介绍了串接扇形喷射式微通道散热系统,并对端面二级管泵浦固体激光器冷却系统进行了设计,该散热系统是半圆形金属中刻有微通道槽道,将传导冷却与流体冷却紧密结合的一种新型制冷器件。理论分析证明,该器件加强了热传导能力,提高了固体激光器的工作效率。     

压电基片上微流分析器件研究

该文提出了一种新的、低成本微流器件制作方法。采用138℃熔点、直径?的低熔点焊锡丝构建微流器件图案,放入盛有聚二甲基硅氧烷(PDMS)的小槽中,在80℃恒温箱内固化,接着在200℃恒温箱内采用注射管气压挤出熔融焊锡丝,一次成型微通道。将微流器件和测试纸基片集成于128°YX-LiNbO₃压电基片上,在声表面波能量辐射辅助作用下,微流器件输运的反应液可在测试纸基片上实现生化反应。采用所研制的压电微流器件实现了红墨水溶液输运及淀粉显色反应,验证了微流分析器件的功能。     

基于柔性衬底的磁声表面波谐振器

针对在柔性衬底上制备非晶软磁薄膜的技术难题,该文研究并制作了一种基于柔性聚酰亚胺(PI)衬底的磁声表面波(MSAW)谐振器。通过在柔性PI衬底上溅射沉积了非晶FeCoSiB磁致伸缩薄膜和ScAlN压电薄膜,光刻制备了叉指电极,并形成IDT/ScAlN/FeCoSiB/PI层状结构,成功获得了柔性MSAW谐振器。采用X线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的结构和表面形貌及利用振动样品磁强计(VSM)和短路微带线法测试了FeCoSiB薄膜的静态磁性和高频磁谱特性,最后在探针台上利用矢量网络分析仪对器件进行测试,并与COMSOL仿真结果进行对比。实验结果表明,该MSAW器件有两个谐振峰,其中瑞利波出现在28.32 MHz,兰姆波出现在93.69 MHz。     

基于石英基片的应变灵敏度分析

给出了一种声表面波(SAW)应变传感器石英基片各切向灵敏度的分析方法,以微扰理论为基础构建有限元模型计算应变量,并以此计算出SAW频率相对偏移量,分析计算不同切向下石英基片的应变灵敏度,并选取了应变灵敏度较高且温度灵敏度较低的ST-X切石英进行实验。实验测得应变灵敏度为0.382kHz/με,与理论计算结果(0.590kHz/με)基本一致,验证了理论分析方法的正确性。     

压电基片上微液滴沿球形表面输运特性研究

研究了声表面波驱动压电基片上微液滴沿球形表面输运特性。球珠底部采用聚二甲基硅氧烷点粘在128°YX LiNbO3压电基片上,并放在恒温箱中固化。压电基片上微液滴在声表面波驱动力和球珠阻力的共同作用下沿球珠表面输运。为便于观察,采用红墨水溶液为实验对象,对球形表面微液滴声表面波作用下输运特性进行了研究。结果表明,微液滴在球形表面上输运特性取决于激发声表面波的电信号功率、球珠直径和微液滴体积。3 μL微液滴在28.7 dBm电信号功率下,可以输运到直径2 mm的球珠顶端。