专利名称：一种锯齿形流道单向压电微泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种锯齿型流道单向压电微型泵。
背景技术：
微泵和微阀是微流体系统的关键执行部件，其中无阀微泵由于减少了有阀微泵中可动部 件的摩擦磨损、疲劳破坏及阀门阻塞，因此近年来得到越来越广泛的研究和应用，成为微流 体系统研究中最为活跃的一个分支。无阀微泵的研究最早始于1993年，瑞典E. Sterame等人 成功地采用锥形扩张/收縮微阀结构制作第一个微泵，随后又有很多学者分别采用不同加工方 法、驱动方式、泵体材料、及封装方法制作类似微泵，其工作原理即靠扩张管/收縮管结构的 不对称性，对流体产生的阻力的不同，从而扩张/收縮管压力损失不同的原理来工作，瑞典 Olsson等人已对锥形扩散/收縮微阀结构及性能已经做了较为详细的研究，此种结构微泵由 于流体的同时从两个微阀流入和流出泵腔，导致流量损失较大，效率较低。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷提供一种锯齿形流道单向压电微泵，工作稳 定、效率高、便于批量生产。
本发明的目的是这样实现的 一种锯齿形流道单向压电微泵，包括泵体、泵盖和驱动装 置，其特征在于
所述泵体上开有一个进口腔、 一个泵腔和一个出口腔，所述泵腔与进口腔和出口腔之间 分别由一条进口锯齿形流道5和出口锯齿形流道沟通；
所述泵体与泵盖键合成一体，泵盖上有进口和出口分别接通泵体的进口腔和出口腔；
所述驱动装置的结构是 一片柔性薄膜粘贴在所述泵体的下面，所述柔性薄膜的下面正 对准所述泵腔的下方，粘贴一片压电陶瓷片。
微流道采用特殊的锯齿形流道，该锯齿形流道的深度、最小截面宽、锥角、扩张角以及 长度(节距)等结构参数存在一个最佳组合。
泵盖材料为Pyrex7740玻璃或厚膜光阻SU-8;
泵体材料为硅片或厚膜光阻SU-8;
柔性薄膜为聚二甲基硅氧垸(PDMS)柔性薄膜。
本发明具有如下显而易见的突出实质性特性和显著优点
本发明所提供的锯齿形无阀微泵结构简单，可采用MEMS技术批量化生产，易于在微流体系统中集成；与有阀微泵相比，无阀微泵由于没有可动的阀片部分，减少了阻塞现象发生， 可适用于各种液体和带有固体微粒的液体等，比有阀微泵更加耐用、可靠。与传统锥形扩散/ 收縮流道结构相比，锯齿形流道结构能使微泵性能有很大提高。工作电压可为对称或不对称 正弦波、方波、三角波等。本发明体积小，结构简单，操作方便，没有移动部件，寿命长， 可广泛用于仪器仪表，医疗器械、化学分析、药物食品及航天航空等领域。
图1是本发明的微泵结构示意图2是图1中A-A处剖面图3和图4是本发明的工作原理示意图。
图5是本发明的锯齿形流道结构图6是本发明的锯齿形流道三维结构图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例，结合附图进一步说明本发明的工作原理及结构参见图1，
本锯齿形流道单向压电微泵的组成包括泵体1、上层泵盖8、下层驱动装置的PDMS柔性薄膜 2和压电陶瓷片3，在泵体上开有泵腔4、进口腔6、出口腔IO、进口锯齿形流道5和出口锯 齿形流道ll;泵盖8上开有进口 7和出口 9;泵体1与泵盖8键合在一起，泵体1与PDMS薄 膜2采用不可逆粘贴法粘结在一起，压电陶瓷片3用粘结剂固定在PDMS圆形沉槽内，粘结剂 为液态PDMS。泵盖8材料为Pyrex7740玻璃或厚膜光阻SU-8。泵体1材料为硅片或厚膜光阻 SU-8。
参见图3、图5和图6，本实施例的锯齿形流道5、 ll主要结构参数包括深度H、宽度 B、锥角9、扩散角a和长度L等，此锯齿形流道在扩张方向(横截面面积在流体流动方向 上逐渐扩大)和收缩方向(横截面面积在流体流动方向上逐渐縮小)对流体阻力不同，造成 压力损失不同，当将此锯齿形流道不对称置于微泵泵腔4两侧，通过具体试验证明，微泵能 达到泵送目的。
参见图3和图4，本实施例的工作原理
当在压电陶瓷片导线两端施加一交流正弦波信号时，微泵能实现定向运送功能，可将微 泵分为两个半周期进行分析。当压电陶瓷片3向下运动时，带动PDMS薄膜2向下运动，此时 泵腔4体积增大，微泵进入"供给模式"，流体同时从锯齿形进、出口流道5、 ll流入泵腔， 但是，由于锯齿形进、出口流道5、 11在泵腔4两侧不对称设置，出口流道ll对流体产生的 阻力大些，因而通过进口流道5流入泵腔4的流量要大于通过出口流入的流量。当压电陶瓷片3向上运动时，带动PDMS薄膜2向上运动，此时泵腔4体积减小，微泵进入"泵模式"， 流体同时从锯齿形进、出口流道5、 11流出泵腔4，由于锯齿形进、出口流道5、 11在泵腔4 两侧不对称设置，进口流道5对流体产生的阻力大些，因而通过出口流道11流出泵腔4的流 量要大于通过进口流出的流量。
综上所述，微泵经过一个工作周期，流体自进口流道5流入泵腔4，从出口流道ll流出 泵腔4，实现了定向泵送。
权利要求
1. 一种锯齿形流道单向压电微泵，包括泵体(1)、泵盖(8)和驱动装置，其特征在于a. 所述泵体(1)上开有一个进口腔(6)、一个泵腔(4)和一个出口腔(10)，所述泵腔(4)与进口腔(6)和出口腔(10)之间分别由一条进口锯齿形流道(5)和出口锯齿形流道(11)沟通；b. 所述泵体(1)与泵盖(8)键合成一体，泵盖(8)上有进口(7)和出口(9)分别接通泵体(1)的进口腔(6)和出口腔(10)；c. 所述驱动装置的结构是一片柔性薄膜(2)粘贴在所述泵体(1)的下面，所述柔性薄膜(2)的下面正对准所述泵腔(4)的下方，粘贴一片压电陶瓷片(3)。
2. 根据权利要求1所述的锯齿形流道单向压电微泵，其特征在于所述进口锯齿形流道(5) 沿进口腔(6)至泵腔(4)方向呈扩散形状，而所述出口锯齿形流道(11)沿泵腔(4) 至出口腔(10)方向呈扩散形状。
3. 根据权利要求1所述的锯齿形流道单向压电微泵，其特征在于所述柔性薄膜(2)采用聚 二甲基硅氧烷薄膜。
4. 根据权利要求1所述的锯齿形流道单向压电微泵，其特征在于所述泵盖(8)的材料为Pyrex 7740玻璃或厚膜光阻SU-8。
5. 根据权利要求1所述的锯齿形流道单向压电微泵，其特征在于所述泵体(1)的材料为硅 片或厚膜光阻SU-8。
全文摘要
本发明提供的是一种锯齿形流道单向压电微泵。它包括泵体、泵盖和驱动装置，泵盖上开有泵腔、流体进、出口锯齿形流道等结构，泵盖上开有进口与出口，泵体与泵盖键合在一起，驱动装置由PDMS压电薄膜和压电陶瓷片粘结在一起，PDMS薄膜与泵体采用不可逆粘结法粘结在一起。本发明的微泵体积小、结构简单、操作方便，适合批量化生产，并且由于没有移动部件，微泵寿命相对较长。本发明的产品可广泛用于仪器仪表、医疗器械、化学分析、药物食品以及航空航天等领域。
文档编号F04B43/04GK101424262SQ20081020396
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者关炎芳, 张国贤 申请人:上海大学