基于MEMS的微泵研究进展

基于微加工技术的微流体系统是微机电系统(MEMS)的一个重要分支,可广泛应用于航空航天、生物、医学、化工、电子等领域。本文主要综述了微流体系统中的微型泵结构、工作原理以及国内外研究现状。     

微泵

日本电信电话公司(NTT),研制出具有宽为0.4mm,长约10mm,深为0.1mm加压槽的微泵。在槽中以梳式并列18对直径为0.015mm,高为0.1mm的柱形微电极,正负为一对,间距为0.04mm,另外,在长度方向重叠20段。槽中的液体随正负电极间的静电     

基于磁流体的微泵的研究进展

首先介绍了基于磁流体微泵的工作原理,并且根据Navier-Stokes公式推导出了磁流体在梯度磁场中所产生的驱动力大小。然后,回顾了磁流体微泵的发展历程,对各阶段磁流体微泵的产生进行了研究,梳理出了各磁流体微泵的发展脉络,并且详细描述了各微泵的结构特点以及优缺点。最后,简单展望了磁流体微泵的发展趋势,指出磁流体微泵发展中存在的问题,例如磁流体的制备、磁流体微致动理论体系不完善和新型磁流体微泵的设计等,并针对这些问题提出了有效的解决方案。     

基于X光移动光刻技术的PMMA微透镜阵列制备

微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶,在PMMA基板上制造了微透镜阵列,并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形,并通过掩膜图形模拟仿真,预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后,理论上会得到半圆柱状三维结构;第一次光刻后将掩膜板旋转90,进行第二次移动曝光光刻,最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm10 mm的3030个微透镜阵列,阵列中每个微透镜的直径约248m、厚度约82m。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。     

PMMA微结构件激光融化成型实验

为了满足聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构件的高效率和高质量成型加工,提出了激光融化成型新方法,设计和研制实验装置,采用CO2激光扫描辐照方式进行融化成型实验,依据热物理和能量守恒原理,理论计算和模拟分析试样在激光扫描过程中的温度场变化,并通过正交实验设计和实验,分析工艺参数对微结构复制精度的影响。结果表明:熔体温度是影响成型质量的主要因素,温度高则成型精度好;工艺参数对微结构复制精度的影响程度分别是:激光功率对提高复制精度起决定性作用,其次是扫描时间和模具温度,最后是成型压力。采用优化后的工艺参数进行实验,获得较好的微结构复制精度,表明了PMMA微结构件的激光融化成型具有可行性。     

基于微模塑复制技术的聚合物微悬臂梁的研制

首先用电火花技术制作出不锈钢基座和悬臂梁,然后利用PDMS良好的柔性、弹性、复制分辨率以及良好的透气性能制作了过渡模版,通过二次复制的图形转移技术,制作了聚合物微悬臂梁.测试表明,所制作的聚合物悬臂梁基本满足悬臂梁工作的要求,利用该微模塑复制技术制备聚合物微悬臂梁的方法工艺简单、成本低、可批量生产.同时避免了刚性脱模带来的难题.根据实验,还给出了中温注射、低温固化、高温后固化的最佳工艺方法.     

激光驱动的微泵

随着微机械技术的灵活运用,现在积极进行着可以将极微量液体高精度输液的微泵的研究开发。在过去,微量泵作为医疗用,是用来连续注入胰岛素、镇痛剂等。另外,通过阀门、流体通路等同时被微小化,可以期待检查、分析血液、药品类等仪器的市场将扩大。但是在流体器件,尤其是液体处理器件的微型化中,流体管路的阻力大大影响泵的性能。另外,还有伴随小型化的驱动能量方法等课题。本文介绍激光作驱动能量的微泵。     

基于MC34063控制的压电陶瓷泵电源研制

针对应用于输出电压较小(12～18 V)的燃料电池系统中压电陶瓷泵的驱动问题,在建立压电陶瓷泵的数学模型的基础上提出并研发了一种新的压电陶瓷泵驱动电源.该电源采用MC34063控制芯片控制Boost变换器升压和全桥变换器功率放大,给压电陶瓷泵提供±150 V方波电压,并使陶瓷泵工作在很宽的频率范围(10～100 Hz).对一压电陶瓷泵的特性实验的研究表明此新型驱动电源输出精度高,响应速度较快,驱动能力强.     

CO_2激光刻蚀PMMA制备微流道的研究

介绍了采用CO2激光器对聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)板进行刻蚀制备微流道的工艺实验。通过实验分析工艺参数对微流道深度和宽度的影响及其中变化规律。结果表明,激光线能量密度与刻蚀微流道宽度两者关系呈指数增长,得到了线能量密度和微流道宽度的数学拟合公式,曲线和数据点拟合决定系数R2=0.96。当线能量密度小于300 J/m时,微流道深度与线能量密度呈近似线性关系;当线能量密度大于300 J/m时,偏离线性关系。通过理论计算得到在低线能量密度下微流道深度的变化曲线图,并与实际测量值吻合较好。最后,通过优化工艺参数,制备出微流道宽度为170μm,深度为180μm的生物芯片。     

基于FIB技术的微纳单元的研制

利用碳纳米管表面气相生长技术和聚焦离子束(FIB)加工等微纳加工技术,开展了微纳单元的工艺方法研究,探索了基于碳纳米管的微纳结构单元的实验制备工艺.结构表征和电学特性测试结果表明,这种制备工艺可以加工出具有欧姆接触或肖特基接触的微纳单元,为基于碳纳米管的微纳单元的制作提供了一定的思路.     

微通道板的研制

通道式电子倍增器矩阵(CEMA)又称微通道板(MCP)是由特殊玻璃制成的单通道电子倍增器平行排列成的。MCP是多种带能粒子和光子的探测器,它可以提供一个增益高和均匀性好的大的工作面。 本文概述了MCP的工作原理,介绍了制造MCP的主要工艺,简要讨论了MCP的基本参数和应用。     

双层泵腔压电无阀微泵结构设计与优化

面向植入式微泵在生物医疗领域的应用需求,为了提高低电压及微型化条件下微泵的输出流量,该文设计了一种双层泵腔压电无阀植入式微泵。基于压电振子的压电耦合仿真以及微泵的电-固-液三相耦合仿真,验证了双层泵腔微泵设计的有效性,并优化了结构及驱动参数。通过实验验证了耦合仿真结果的正确性,并测试了微泵的流量范围。结果表明,微泵最优设计参数：扩散角为30°,颈宽为300μm,上层泵腔高度为100μm。微泵的净流量随电压的增大而增大,且适用于低频驱动。实验结果表明,双层泵腔压电无阀微泵的输出流量是传统压电无阀微泵的5.38倍。     

LNB500型冷凝泵的研制

一、概述随着空间技术的发展,受控热核反应的研究、大型低压风洞真空校准装置的制造,提出了要有极大的抽速或极高真空度的真空获得设备。冷凝真空泵无论是真空度,还是抽速,都能满足这些装置的要求,冷凝泵,有人称其为低温泵或深冷泵。从我国普冷,深冷、低温的温度划分范围来分,称为冷凝泵还是比较确切的。冷凝泵是利用极低温度的气体或液体(一     

微泵的结构与流体分析

利用扩散阀/喷嘴的流体特性设计了一种无活动阀压电式微泵;应用小挠度弹性弯曲理论,导出圆形压电复合层薄板的弹性曲面微分方程和复合层薄板的中性面位置方程;应用压电理论导出压电薄膜的边缘电场分布;应用微流体力学理论导出微泵单次循环的净流量。结合华盛顿大学的压电式微泵模型理论算出其最大流量为958μl/min,与其试验结果相吻合。     

微流路生物芯片的研制

运用光刻、刻蚀技术在载玻片上刻蚀出条宽70 μm、深30 μm、长7 cm的沟槽,与另一载玻片键合,形成一微流路沟道,研制出了用于生物电泳技术的微流路生物芯片.在该芯片的研制中,克服了湿法腐蚀、断线、键合等技术难题.该芯片已经交付合作单位使用,能够满足应用中的基本性能要求.     

真空微电子管的研制

本文介绍了采用硅的各向异性腐蚀、氧化削尖技术制成了发射性能较好的硅尖阴极阵列，并应用硅键合技术研制成真空微电子二极管。测试结果表明，起始发射电压为５－６伏，反向击穿电压大于５０伏，平均单尖发射电流在阳极电压２０伏时为０．０５μＡ。     

微流路生物芯片的研制

运用光刻、刻蚀技术在载玻片上刻蚀出条宽70μm、深30μm、长7cm的沟槽，与另一载玻片键合，形成一微流路沟道，研制出了用于生物电泳技术的微流路生物芯片。在该芯片的研制中，克服了湿法腐蚀、断线、键合等技术难题。该芯片已经交付合作单位使用，能够满足应用中的基本性能要求。     

微流路生物芯片的研制

运用光刻、刻蚀技术在载玻片上刻蚀出条宽 70 μm、深 30 μm、长 7cm的沟槽 ,与另一载玻片键合 ,形成一微流路沟道 ,研制出了用于生物电泳技术的微流路生物芯片。在该芯片的研制中 ,克服了湿法腐蚀、断线、键合等技术难题。该芯片已经交付合作单位使用 ,能够满足应用中的基本性能要求     

移动X射线光刻制备等腰三角形结构的PMMA微通道

利用移动X射线光刻工艺,制备了六种不同深宽比的等腰三角形结构的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微通道。基于毛细管原理,将PMMA微通道与老鼠血液接触,对血液进行了微量采集。该PMMA微通道是中间带有凹槽结构的等腰三角形结构,凹槽结构的宽度为10μm、长度为6.7~39.4μm。将32个高度为35 mm的PMMA微通道的基板垂直插入老鼠血液样品中,通过实验测定了六种不同等腰三角形结构的PMMA微通道的接触角、表面张力及血液上升高度。结果表明,在一定范围内,PMMA微通道的深宽比越大,血液上升越容易,液体提取量也越多。对于通道横截面长度为39.4μm的微通道,样品血液在15 s时的上升高度可达到20.45 mm,达到最终30 s时上升高度的89.9%以上。