基于MEMS的无阀泵研究进展

微流体控制系统是微机电集成系统(MEMS)一个主要分支,微泵作为微流体控制系统的重要组成部分,根据其有无阀片可分为有阀型微泵和无阀型微泵.无阀型微泵由于其结构相对简单、制造工艺要求不高,因而有着独特的发展优势.主要介绍了基于MEMS的扩张管/收缩管型无阀泵几年来在结构设计、制作工艺等方面的研究成果、现状和发展前景.     

平板式无阀压电流体泵的初步研究

介绍了一种新型平板式无阀压电泵,给出了此种无阀压电泵的基本结构.通过对所制样机的测试分析,认为决定这种无阀压电泵性能的因素主要有锥形角度、工作频率和驱动电压等.锥形角在5°～12°之间,工作在19Hz下,所制作的压电泵具有较佳的工作性能,当锥形角为11.3°,工作频率为19Hz,驱动电压为120V时,泵的进、出水口处的压力差为235.2Pa.     

PZT压电薄膜无阀微泵的制备工艺及实验研究

介绍了一种基于PZT薄膜的无阀压电微泵。该微泵利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜,自制的压电圆型薄膜片作为驱动部件,采用收缩管/扩张管结构,压电圆型致动片和PDMS泵膜的组合可产生较大的泵腔体积改变。在对微泵制备工艺研究的基础上,对其性能进行了实验研究,结果表明:电压和频率对流速均有显著影响。在7.5 V1、80 Hz的正弦电压驱动下,该压电微泵的最大输出流速为2.05μL/min。该文制作的微泵具有流量稳定,驱动电压较低,性能稳定可靠和易控制等优点,可满足微流体系统的使用要求。     

无阀压电微泵的动态特性研究

微泵作为微流控系统中的核心控制元件已成为MEMS研究的热点，现主要研究了无阀式压电微泵的工作原理及其动态工作特性。实验表明，无阀压电微泵的流速随频率呈抛物线关系变化，最佳工作频率为1250Hz。在频率固定时，微泵流速随驱动电压的升高而增加。泵膜的厚度对于微泵的性能影响很大，相同条件下，较薄的泵膜具有更高的流速，且泵膜越薄，其性能对于频率的变化越敏感。电压为50V时，微泵最大流量可达1．695μL/min。总体看来，无阀压电微泵结构简单，驱动电压较低，性能稳定可靠。     

一种改进的平板式无阀压电流体泵

通过对带有缓冲腔和不带有缓冲腔的平板式无阀压电泵的对比实验,发现前者的性能大大优于后者,其输出能力提高了近4倍.由于带有缓冲腔的无阀压电泵的最佳工作频率高于不带有缓冲腔的同类型无阀压电泵,使其可以获得比较平稳的流量输出.当锥形角为6.4°,驱动电压为120V,工作频率为73Hz时,所制作的带有缓冲腔的压电泵具有最佳的工作性能,其进、出水口处的压力差达到8.53×102Pa.     

一种无阀压电微泵的研究

介绍了一种适用于微流体系统的无阀微泵。该微泵利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜,利用硅各向异性腐蚀形成扩散口/喷口结构,并利用压电双晶片作为驱动部件。该微泵的制作工艺简单,使用寿命长,具有良好的液体驱动性能。对于使用15 mm长的压电双晶片作为驱动器的压电无阀微泵,在100 V6、0 Hz、占空比为1的方波驱动下,最大流速可达151μL/min。     

双腔并联式无阀压电微泵的设计及制作

为了实现微流控芯片的小型化、集成化,设计并制作了一种可定量连续输送微量液体的无阀压电微泵.该微泵采用双腔并联式结构,利用微机电系统(MEMS)技术在硅基片上制作了具有扩散口/喷口无阀结构的出入水口,采用压电双晶片作为驱动部件,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜.测试结果表明,泵膜的厚度、工作频率和电压对微泵的输出流速均有明显的影响,在频率1100 Hz及电压80 V时,双腔体并联式无阀压电微泵的最大流速为210μL/min,约为相同结构单腔体微泵流速的1.5倍.     

电磁驱动柔性振动膜无阀微泵

提出了一种新型微泵设计方案和制作工艺，将电磁驱动器与大振幅振动膜相结合，得到流量大、易于控制的新型微泵。该微泵结构简单，由硅橡胶(聚二甲基硅氧烷PDMS橡胶)振动膜和无阀泵泵体组成，将硅加工工艺和非硅加工工艺(电镀)相结合。采用电镀和硅橡胶加工方法将振动膜直接制作在一个硅片上；用电镀和体硅加工工艺将驱动线圈和无阀泵泵体制作在另一块硅片上，然后将两个硅片键合在一起。对该微泵的性能特点正进行着更深入的研究。     

基于MEMS的无阀泵的数值仿真与参数设计

扩张管和收缩管的流量和效率是无阀泵工作性能的决定因素,运用有限元分析软件Ansys/Flotran,对扩张管和收缩管的结构对流量和效率的影响进行了数值分析,计算结果表明,入口修圆的扩张管和收缩管的流动特性优于常规结构的扩张管和收缩管,随着最小宽度的增加,流量逐渐增大,但效率存在一个最大值点。较小的压差下大一些的扩张角有利于流量和效率的提高,随着压差的增大,就要选择小一些的扩张角,以避免扩张管中发生边界分离现象。较大的深度有利于提高流量和效率,而长度对流量、效率的影响不大。     

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。     

收缩管/扩张管型无阀压电泵的工作原理

介绍了收缩管／扩张管型无阀压电泵的一种典型结构,分别分析了收缩管和扩张管管内流动特性,认为收缩管／扩张管在无阀压电泵中起动态阀的作用,共主要结构参数有锥形角和扩散比等,这些参数对泵的性能起决定性的影响,推导了此类无阀压电泵的流量计算公式及效率公式。     

压电锥形流管无阀泵的研究——气穴现象

分析了压电锥形流管无阀泵的气穴现象,首先发生在高速吸入过程的振动子中心区域;同时利用气穴现象阐述了流体温度变化对泵流量影响的原因;最后通过实例说明了增加流量减少气穴现象发生的具体方法,为 泵的应用设计提供了依据。     

压电锥形流管无阀泵的研究--振动解析及泵体容积变化量

压电锥形流管无间泵是容积型往复式泵的一种新形式,其动力源振动子的振动与活塞式的振动截然不同。文章着重分析了这种泵的振动及泵体容积变化量,同时用实验证明了理论分析的正确性。为进一步分析压电锥形流管无间泵流动原理打下了基础。     

压电锥形流管无阀泵的研究—单向流动原理及泵流量

利用流体在收缩与扩张流管中流动能耗不同的原理。借助流阻系数，具体分析了压电锥形流管无阀泵在无阀状态下，产生单向流动的原因，并解析了泵流量。同时，把上述结果与实验进行了比较，证明了理论分析的正确性。     

锥管坡面腔底无阀压电泵流场分析

针对坡面腔底无阀压电泵流量小的问题,提出并研制了一种锥管坡面腔底无阀压电泵,即将锥管与坡面腔底组合式新结构作为其无移动部件阀。首先,提出了锥管坡面腔底无阀压电泵结构并分析其工作原理,对泵流量进行理论分析;同时,运用Fluent软件的动网格功能对其内部流场模拟分析。仿真结果表明,该泵具有单向流动特性,在泵腔内部产生漩涡利于液体的混合搅拌。最后,加工制作了锥管坡面腔底无阀压电泵样机,并对该泵进行了流量试验。试验结果表明,驱动电压峰值为250V,频率为5 Hz时,最大流量为25.9mL/min,证明了锥管坡面腔底无阀压电泵的有效性。     

半导体器件模拟中的有限元三角网格误差分析

本文阐述了半导体器件模拟中的有限元三角网格误差分析的基本原理,在分析比较了几种误差估计方法之后,选择了一种比较优秀的方法作为自适应网格生成的误差指示器。     

多芯片组件的三维温场有限元模拟与分析

针对双列直插封装的大功率MCM，建立了简化的热学模型；利用有限元数值方法，在ANSYS软件平台下，对其三维温场进行了稳态模拟和分析。模拟结果与测量值的误差为4．5％，表明设定的模型与实际情况符合较好。模拟结果表明，对于金属DIP封装的MCM，内热通路主要沿芯片背面向外壳底表面传递。     

BGA焊点的有限元模拟仿真分析

首先建立了BGA单个焊点的模型,然后对其加载温度循环载荷、设定边界条件,并利用有限元分析工具ANSYS进行计算,得出了应力应变的分布云图。根据计算后从各关键部位提取的应力应变随时间的变化关系对焊点可能发生失效的位置进行了讨论,研究结果对焊点的可靠性评估有一定的指导意义。     

压电微泵驱动信号及流量影响因素分析

压电微泵的泵出流量由微泵结构、压电振子特性及驱动系统驱动信号的形式决定。在机械结构及材料特性确定的条件下,压电振子的驱动信号决定着微泵输出微流量的可靠性和稳定性。在分析压电微泵驱动基理的基础上,通过Ansys对驱动压电振子有效振动的一、二阶频率进行有限元模拟分析,确定了驱动信号电压幅值、频率对微泵流量的影响。以此为基础搭建压电微泵流量测试实验平台,在相同电压和频率条件下,研究了3种不同脉冲信号（正弦波、三角波、矩形波）对输出流量的影响。通过实验对理论模型进行修正,得到了压电微泵输出流量简化模型。实验验证了所得模型在正弦波、三角波、矩形波3种不同波形驱动下最大误差不超过4%,控制范围内可靠性在99.0%以上。综合比较可知,方波脉冲信号为压电微泵最佳驱动信号。