基于微振动马达的无阀微泵的研究

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,采用了扩散口/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口/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1.0～1.8 V时,微泵的输出流量随着电压的升高而增加,当电压为1.8～3.3 V时,微泵输出的流量保持稳定,达到150μL/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。     

磁力驱动微泵设计及优化

为提高收缩/扩散管无阀微泵的性能,设计了磁力驱动式无阀微泵,并利用ANSYS软件对微泵的整流部件收缩/扩散管和单腔微泵整体结构进行流体仿真,得到了微泵的结构优化参数.仿真和实验结果表明,流量随着管长、最小宽度、扩张角、泵腔半径的增大存在极大值.磁驱动微泵的流量在驱动电压12 V、驱动频率为25 Hz时达到最大值.     

磁力驱动串联式双腔微泵设计及性能测试

针对无阀微泵背压能力较弱等问题,采用MEMS技术制作出不同结构参数的双腔和单腔微泵体,构建了基于电机驱动的磁力式双腔串联无阀微泵测控系统.实验结果表明,泵腔面积相等的情况下,圆形泵腔的微泵流量大于椭圆形泵腔的流量;随着驱动频率的升高,双腔串联微泵的流量呈现高斯分布,并在20 Hz附近处出现流量峰值,微泵的最大流量可达1.5 mL/min,微泵的截止背压为170 mmH2O,双腔串联微泵比单腔微泵的流量增大约80％.     

硅基热流式微流量传感器研究

采用微电子技术和微机械加工技术,在硅衬底上设计制作了集微型加热器和温度传感器于一体的热流式微流量传感器.在恒功率的工作模式下,分析了微流量传感器的特性曲线.实验结果表明,硅基热流式微流量传感器的测量范围在10～800 μL/min之间.     

一种新型压电式双向无阀微泵的研制

采用氧化、光刻、腐蚀、键合等MEMS技术,研制了一种硅基压电式双向无阀微泵,泵的外形尺寸为30×14×3 mm3,泵腔体体积约10 mm3.通过大量试验测试,得到了泵压、流量与工作频率、波形、电压幅值之间的关系.当工作电压为110 V、频率为40 Hz时,微泵的正向最大泵压为120 mm水柱,频率为50-90 Hz时,最大流量70μl/min;当频率为35 Hz时,微泵的反向最大泵压为70 mm水柱,最大流量56μl/min.     

串联压电微泵特性研究

介绍了一种压电驱动的串联无阀微泵.基于收缩管/扩展管整流特性的分析,建立了微泵输出特性的表达公式.采用有限元仿真软件ANSYS对微泵内流体的流动过成进行了数值模拟,结果显示,在相同的驱动条件下,串联无阀微泵的工作性能优于单腔无阀微泵的工作性能.泵流量随着驱动电压的增加而增加.当固定的驱动电压下,存在最优的压电层厚度使得泵流量最大.研究结果为串联微泵的优化设计提供了依据.     

一种微腔型PCR集成芯片的设计及其热分析

设计了一种新型的硅微聚合酶链式反应(PCR)芯片.该芯片采用掺杂半导体作为加热电阻来提高加热效率,改善反应腔内的温度均匀性.集成在芯片底部的Pt温度传感器与微加热器组成温度控制单元,为PCR反应过程提供所需的三种特定温度.此外,为了便于温度校准,设计了敞开式的反应腔,其容积约1.78 μL.采用集总参数法计算了芯片在加...     

一种低成本压电无阀微泵的研制

提出了一种低成本的由压电材料驱动的平面扩张/收缩管无阀微泵的制作工艺.通过数值模拟确定了扩张/收缩管扩张角的最优值,在此基础上,采用光刻和湿法刻蚀工艺,刻蚀了300μm深的泵腔基片和100 μm深的盖片;使用等离子体清洗技术将其与PDMS薄膜键合,完成了可以实现单向泵送的压电无阀微泵样机制作.研究了该压电无阀微泵样机的...     

高热流微冷却器的换热性能研究

对以水为换热介质的微通道冷却器对模拟发热电子芯片进行冷却的换热性能进行了实验研究.通过测量流体的流量、进出口温度、发热片表面热流密度,获得了不同几何结构微通道冷却器在不同加热功率、不同Re数条件下的换热特性和冷却效果.结果表明,微通道冷却器可以有效地对表面热流密度高达5.34×105 W/m2的发热电子芯片进行冷却;微通道冷却器的换热性能随Re数的增大而提高,所提高的幅度随加热功率的增大而增大;微通道的几何结构对换热性能有显著影响,平均Nu数随微通道的宽深比增大而增大.     

集成毛细管电泳芯片的设计

利用ANSYS软件对集成毛细管电泳芯片微沟道内样品流动情况进行模拟,获得了不同进样模式下微沟道的结构与流体流速之间的关系,并以此为依据对芯片整体结构参数进行设计:毛细管沟道最终尺寸为宽度16μm,深度10μm,有效分离长度为3.5cm的圆角转弯形沟道,从而确定整个芯片设计。     

基于旋转谐振结构的单芯片二维电场传感器

提出并研制了一种二维电场检测传感芯片,将四个电场测量微型单元和旋转式驱动微结构集成在3. 5 mm ×3. 5 mm的敏感结构上,实现了单芯片的电场二维测量.介绍了传感器的工作原理、敏感结构的设计,以及基于绝缘体上硅( SOI)工艺的单芯片微型二维电场传感器制备工艺技术.成功研制出传感器原理样机,研究了微型二维电场传感器的标定方法,开发了用于电场二维标定的测试装置,并在室温常压下对传感器进行了二维标定.实验结果表明:该传感器能够有效减小电场的轴间耦合干扰,测量误差优于7. 04%,线性度可达到1. 25%.     

一种热温差式悬空结构气体流量传感器设计

基于热温差原理,利用MEMS技术加工制备出高灵敏度微型气体流量传感器。该流量传感器采用热敏电阻器悬空结构,其热隔离性能较好,并利用温度系数大的VO2制备热敏电阻器;同时,利用机械性能和密封性能好的SU—8胶制备气流沟道,工艺简单,稳定性好,且成本较低,适合批量生产。实验表明:当传感器处于适当偏压下时,在0～30 mL/min的流速范围内响应速度快,灵敏度高,而且具有良好的线性度,适合生化检测、医疗等领域的应用。     

A closed-loop mass flow controller based on static solid-state devices

A mass flow controller, based on an integrated flow sensor and a thermally actuated solid state regulator, is presented. The sensor is a miniaturized differential calorimeter obtained by postprocessing a silicon chip fabricated by a standard microelectronic process. The regulator consists in a microchannel etched into the surface of a silicon substrate and sealed with a glass plate, joined to the silicon die using anodic bonding. Flow regulation is achieved by varying the channel temperature by means of a chromium resistor. The two devices are connected in closed-loop through a low noise-low offset electronic circuit. Experimental data, demonstrating the effectiveness of the flow controller, are presented. Limitations of the proposed approach and possible improvements are discussed.     

基于MEMS工艺的SOI高温压力传感器设计

利用MEMS(微机电系统)工艺中的扩散,刻蚀,氧化,金属溅射等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,并通过静电键合工艺在SOI芯片背面和玻璃间形成真空参考腔,最后通过引线键合工艺完成敏感芯片与外部设备的电气连接.对封装的敏感芯片进行高温下的加压测试,高温压力测试结果表明,在21℃(常温)至300℃的温度范围内,传感器敏感芯片可在压力量程内正常工作,传感器敏感芯片的线性度从0.9 985下降为0.9 865,控制在较小的范围内.高温压力下的性能测试结果表明,该压力传感器可用于300℃恶劣环境下的压力测量,其高温下的稳定性能为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考.     

高于室温环境的热式气体微流量传感器性能分析

为了探索平板微热管的传热特性,了解微热管内不同温度区间的蒸汽传输特性,开展了热式气体微流量传感器及其检测系统的设计。设计了一种便于探索最佳温度测量点的热式微流量传感器结构,利用MEMS工艺进行加工制作,在不同环境温度下对其性能进行了测试,得到了环境温度与热式微流量传感器性能的关系。基于MSP430单片机和C＃语言自主开发了流量传感器检测系统,可对一定范围内的流量进行实时检测,并实时绘制流速随时间的变化曲线。研究表明,采用本文设计的热式微流量传感器结构,可以检测高于室温环境下的微流量气体,并可通过提高加热器温度或改变测温电阻对的测量位置来提高测量灵敏度。     

Swelling of SU-8 structure in Ni mold fabrication by UV-LIGA technique

UV-LIGA technique is used to fabricate hot embossing mold of PMMA microfluidic chip. Pre-polished Ni plate serves as electroforming substrate and the micro channel is the only structure to be electroformed in the fabricated mold. The precision of the micro channel strongly depends on the process parameters. Experiments show that the width of micro channel varies with the electroforming time. With the electroforming time of 108, 140 and 160 min, the width of micro channel reduces to 89, 86 and 82% of patterned SU-8 mold respectively, which is caused by swelling of SU-8 in acidic, high temperature electroforming solution. This swelling is the key answer to the slope of the sidewalls of the electroformed structure. This study is beneficial to optimizing microfluidic chip mold design.     

一种基于感声波纹结构的光学式声传感器

设计了一种基于硅MEMS敏感结构的光学式声传感器,其光学调制原理采用强度调制型,微敏感结构采用具有低应力波纹结构的感声薄膜芯片。对光纤与微敏感结构耦合技术进行实验研究,优化光学参数,并制作传感器样品。经实验测试,灵敏度达80mV/Pa。     

微管道内的剪应力传感器

制作了一个微管道内的剪应力传感器,该传感器通过热传递的原理工作.采用硅微加工技术制作微管道,在玻璃上通过溅射方法形成钛铂合金热膜,最后将两者键合封装,形成埋置了热膜的封闭微管道.测量了热膜的电阻温度系数,确定了热膜处于不同输入功率下的过热比.对该剪应力传感器进行了方波实验,确定其工作在不同过热比下的时间常数.对传感器进行实验标定,得到不同进出口压差下,微管道内的壁面剪应力大小.     

单硅片单面硅微机械加工的热温差流量传感器

在(111)硅片上研制了一种单硅片单面硅微机械加工的热温差式流量传感器.利用Comsol仿真软件对敏感结构参数进行优化设计,最大程度降低了传感器的热损耗,提高了传感器灵敏度和响应时间.此外,得益于MEMS微创手术MIS(Mi-cro-openings Inter-etch&Sealing)工艺技术使得加工后的芯片尺寸仅为0.7 mm×0.7 mm,测试结果表明:传感器灵敏度为107.88 mV/(m/s)W(无放大处理),检测响应时间仅为1.53 ms,综合精度为±4%.