激光冲击波驱动无阀微泵的研制

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随着微流体系统的发展,人们越来越关注于微流体系统的核心动力元件——微泵。传统驱动方式下的微泵具有功耗高、制造难、不利于微型化等不足,为使微泵系统具有成本低廉、制造简单、可微型化等特点,本文设计制造了利用激光冲击波的力学效应进行驱动的微泵。首先,本文介绍了基于激光冲击波力学效应的无阀微泵的工作原理,推导了适用于激光冲击波驱动的“单向位移”型无阀微泵的流量、效率计算公式。其次,采用有限元软件ANSYS CFX模拟收缩/扩张管效率及出口质量流量随扩张角度、长度、最小宽度和深度的变化关系,并分析其变化原因;采用有限元软件ADINA对泵膜的湿模态进行仿真,探究最适合无阀微泵工作的一阶湿模态与泵腔深度的关系。在上述仿真基础上,设计了适用于激光冲击波驱动的平面型无阀微泵。然后,采用泵膜与泵体“一体化”的设计思想,以微机械加工工艺为基础制作了硅基无阀微泵泵体,并分别结合直接键合和阳极键合工艺制作了硅-硅和硅-玻璃结构的无阀微泵。为实现微泵的低成本、大批量制造,在微机械加工工艺基础上结合软刻蚀工艺制作了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基无阀微泵泵体,通过与硅和玻璃的键合,分别得到PDMS-硅和PDMS-玻璃两种结构的微泵。最后对制作出的无阀微泵进行了实验测试,并对实验结果进行了分析。
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