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《介電彈性材料驅(qū)動(dòng)的大流量無閥微泵研究》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、介電彈性材料驅(qū)動(dòng)的大流量無閥微泵研究第16卷第6期2010年12月功能材料與器件JOURNAL0FFUNCTIONALMATERIALSANDDEVICESV01.16.No.6Dec..2O10文章編號(hào):1007—4252(2010)06—0555—05介電彈性材料驅(qū)動(dòng)的大流量無閥微泵研究胡樹林,陳花玲,李博,強(qiáng)俊花(西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,西安710049)摘要:在對(duì)基于介電彈性材料的無閥微泵流量分析基礎(chǔ)上,從增加流量的角度出發(fā),分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流量的影響規(guī)律,并對(duì)微泵泵膜預(yù)拉伸率及封裝材料對(duì)微泵流量的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)
2、研究.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用參數(shù)優(yōu)選后的無閥微泵結(jié)構(gòu)可使微泵的流量大幅度增加,可達(dá)到500的流量.該類型無閥微泵在生物醫(yī)學(xué)等微流體系統(tǒng)中的應(yīng)用具有廣泛的前景.關(guān)鍵詞:無閥微泵;介電材料;振動(dòng)膜中圖分類號(hào):TB381文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AStudyofthevalvelessmicropumpdrivenbydielectricelastomerHUShu—lin,CHENHua—ling,LIBo,QIANGJun—hua(SchoolofMechanicalEngineering,XihnJiaotongUniversity,Xih
3、n710049,China)Abstract:Theeffectofstructuralparametersonthepumpingperformanceofakindofvalvelessmi—cropumpdrinvenbyakindofdielectricelastomerwasstudiedinthispaper.Theimprovementofdia—phragmspre——stretchedanddifferentsealmaterialswereinvestigatedinordertoachievelarg
4、erflowrate.Accordingtothesimulationandexperimentaldata,theflowrateupto500canbeobtainedbyparameteroptimizing.Thisvalvelessmicropumpisusefulforapplicationofmicroflnidicsysteminbiomedicalfields.Keywords:ValvelessMicropump;Dielectricelastomer;DiaphragmO引言目前微流體系統(tǒng)中使用的動(dòng)力
5、元件一般為振動(dòng)膜式微泵,但是驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜的許多驅(qū)動(dòng)元件常存在驅(qū)動(dòng)頻率低或沖程體積小等缺點(diǎn)而導(dǎo)致流量太小,從而大大限制了微流系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用.介電彈性體(DielectricElastomer,簡(jiǎn)稱DE)是被稱作"人工肌肉"一一EAP(ElectroactivePolymer)的一種材料,當(dāng)在其兩個(gè)表面覆蓋上柔性電極并施加高電壓(大于3000V)時(shí),彈性體可產(chǎn)生達(dá)300%的應(yīng)變uI2J.這類材料在電場(chǎng)作用下響應(yīng)快,可產(chǎn)生大幅變形,其變形幅度遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的壓電材料,將其應(yīng)用于微泵的驅(qū)動(dòng)元件,有望克服現(xiàn)有微泵存在流量小的缺點(diǎn).此外,
6、本研究提出的基于DE驅(qū)動(dòng)的無閥微泵采取uV—LIGA非硅工藝加工的SU一8材料作為微泵的基體,其加_r=工藝比傳統(tǒng)硅工藝簡(jiǎn)單,成本低,易于批量生產(chǎn)且生物兼容性好,在生物醫(yī)學(xué)微系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景.收稿日期:2009—11~30;修訂日期:2010—04—05基金項(xiàng)目:本項(xiàng)目得到國(guó)家863項(xiàng)目(2006AA04Z350)及國(guó)家自然科學(xué)基金(No.10972174)資助.作者簡(jiǎn)介:胡樹林(1984一),男,江西高安人,碩一卜研究生,研究方向:基于電致動(dòng)聚合物驅(qū)動(dòng)的大流量微流體系統(tǒng)研究556J』J能材料與器什16卷本課題組前
7、期已經(jīng)利用I)E材料作為微泵動(dòng)材料設(shè)計(jì)制作了無閥微泵結(jié)構(gòu),初步實(shí)現(xiàn)了微泵流量的定向流動(dòng)J.但由于基于DE材料的微泵結(jié)構(gòu)屬于一種新型智能材料的應(yīng)用,一些基本問題的研究尚不充分,導(dǎo)致其流量難以達(dá)到預(yù)期的500的目標(biāo)基于此狀況,本文主要從提高流量的角度出發(fā),詳細(xì)研究了微泵流量與結(jié)構(gòu)參數(shù)的一些基本關(guān)系,并通過實(shí)驗(yàn)方法確定了DE材料預(yù)拉伸量,封裝層材料等與流量的關(guān)系.在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了新的微泵結(jié)構(gòu),其性能實(shí)驗(yàn)表明,該微泵結(jié)構(gòu)達(dá)到了預(yù)定流量指標(biāo).本文的研究成果對(duì)于微泵的發(fā)展和應(yīng)用AP.Fig.1Sketchof(a)diffuser
8、&(b)nozzle圖1尤閥微泵(a)擴(kuò)散/(b)收縮管示意圖無閥微泵的擴(kuò)散管和收縮管示意如圖1所示.1作中,微泵在一個(gè)周期T內(nèi)的平均流量可用下式表示:,2Vll(J了ld】+1=[]=2](1)式中,為無閥微泵的腔體體積變化值,為微泵的T作周期廠為微泵的工作頻率,為收縮管的壓強(qiáng)損失系數(shù),為擴(kuò)散