无阀微泵多物理场耦合分析及实验研究

为了模拟微泵实际工作过程,需要找出微泵运动的控制方程。该文从压电振子作用力F及液体反作用力P入手,给出微泵压电-应力-流体多物理场耦合的控制方程组,根据控制方程模拟微泵实际工作过程。通过对压电振子耦合前后变形量进行对比发现,由于液体的反作用力阻碍压电振子运动,耦合后z方向位移比耦合前小;且频率越大,压电振子位移越大,其临界值为1000Hz;大于1000Hz压电振子位移将出现畸变,微泵运行不稳定,频率越大畸变越严重。微泵进出口处瞬时流量均随频率和电压的增加而增大,而锯齿型流道微泵瞬时流量大于同等条件下的锥型流道微泵。该文最后采用微系统加工方法及聚二甲基硅氧烷(PDMS)不可逆封装技术制作出两种微泵结构,并对两种微泵进行性能测试,结果证明微泵的最佳工作频率为100Hz~800Hz,在此频率范围内压力和流量均处于最大值,与数值分析结果相吻合。为了验证微泵自吸能力,对锯齿型流道微泵进出口存在压差情况进行测试,得出微泵流量最大为40#x003bc;l/min,最大压力头为1.25kPa。     

微型热导检测器温控模块研究

作为微型气相色谱仪(Micro GC)的关键部件的微型热导检测器(Micro TCD),其噪声主要来自于温度波动和气流抖动等因素.从理论上分析了Micro TCD噪声的主要来源,使用COMSOL仿真得到了温度波动对系统噪声的影响,并详述了Micro TCD加热模块的电路部分和算法部分.测试表明:Micro TCD的温度波动约为0.09℃,达到了商用GC控温精度的标准.     

锯齿型微流道微泵流动特性分析及性能测试

通过对新型锯齿型和传统扩张／收缩型两种微流道内部流场数值分析结果进行比较,得出微流道内流动状态随雷诺数的变化情况以及漩涡产生原因：锯齿型微流道由于侧面齿形角的存在．流动过程中较传统扩张／收缩型微流道易产生漩涡,正是由于漩涡的产生使流道压力损失降低．因而新型锯齿型微流道微泵性能优于传统扩张／收缩微流道微泵．最后采用先进的硅深反应刻蚀技术（DRIE）在硅片上加工制作出两种微流道及泵腔结构,并采用硅-玻璃阳极键合以及玻璃-聚二甲基硅氧烷（PDMS）紫外线键合的方法封装出三明治结构式微泵．通过对两种微泵分别在对称和电压偏置正弦波驱动下进行性能测试．得出电压正向偏置时微泵性能仅次于对称波形驱动下微泵性能,而电压负向偏置时最差．在对称波形驱动下,新型锯齿型微流道微泵最大流量（MFR）和最大压力头（MPH）值分别为扩张／收缩微流道微泵的1．4倍和1．9倍．因此采用新型锯齿型微流道结构将使微泵性能大大提高．     

一种封装后释放的准LIGA加工工艺研究

研究了一种准LIGA加工工艺.该工艺利用无氰电铸制作金结构层,采用PECVD制作的无定形硅作为牺牲层,利用二氟化氙(XeF2)干法腐蚀对材料选择性好的特点,采用先部分封装然后腐蚀牺牲层释放结构的工艺流程,避免了封装工艺对可动敏感结构造成的破坏.研究了无氰电铸结构中的应力梯度,发现应力梯度存在随时间缓慢释放的现象,利用热退火消除了结构中的应力梯度.同时还对厚胶光刻、类特氟隆防粘附层制备等关键工艺作了探讨.     

新型锯齿流道压电微泵加工制作及试验

以硅作为基底材料,采用深反应离子刻蚀（DRIE）技术加工出含有新型锯齿流道和传统锥形管的微泵,整个微泵结构为聚二甲基硅氧烷（PDMS）-玻璃-硅-PDMS式.采用阳极键合方法对硅和玻璃之间进行封装.PDMS和玻璃、PDMS和硅之间的封装采用紫外线照射方法,使PDMS表面改性,从而达到不可逆密封.分别对两种微泵在不同电压、频率以及波形驱动下的最大流量（MFR）和最大压力头（MPH）进行测试与比较,发现在固定频率下,两个微泵的最大流量和最大压力头均随驱动电压升高而升高,并且正弦波驱动下的效果要好于其他两种驱动波形;在固定电压下,最大流量随着频率升高在60Hz和200Hz两个频率点同时达到最大,最大压力头则在60～600Hz内一直处于最大值不变;锯齿流道微泵的最大流量和最大压力头明显高于传统锥形微泵.由于流道侧面环形面积的存在增加了流通面积,新形锯齿形流道微泵的效率明显高于传统锥形管微泵.