电共轭流体微型泵的制作工艺优化和性能研究

摘要

电共轭流体微型泵采用特殊的电共轭流体作为工作液体，是基于电共轭效应，可无需机械运动机构直接将电能转化为流体动能的新型流体机械，具有结构简单紧凑，能量转化效率高，功率密度大，无噪声等诸多优点。具有数百微米特征尺寸的射流发生器是微型泵内发生电共轭效应，形成电共轭流体射流的核心部件，内置高度500um、深宽比超过2.5的三角柱-缝隙形电极对（阵列），运用蒸镀、UV-LIGA技术等MEMS制造工艺一体化制作完成。针对射流发生器的制作缺陷、三角柱-缝隙形电极对阵列的尺寸设计、微型泵小流量输出时存在压降等微型泵研究中亟待解决的问题，本文开展一系列研究工作:
　　(1)射流发生器MEMS制造工艺的优化。通过导电层表面镀镍，电极微电铸前加入RIE工艺，改进光刻胶涂胶、热处理等制作环节的工艺参数，升级KMPR1035光刻胶去胶方法，优化缝隙电极形状等手段，提高了缝隙电极在导电层上的附着率，解决了三角柱电极尖端的结构缺陷问题，完善了射流发生器的MEMS制造工艺，提高了射流发生器的制作精度和完好率。
　　(2)三角柱-缝隙形电极对阵列的尺寸参数优化。基于具有毫米级特征尺寸的单个电极对尺寸参数优化的研究经验，利用微型泵的输出能力测量对比实验，采用单因素实验法，研究了电极对阵列的各尺寸参数对微型泵输出能力的影响，实现了具有数百微米特征尺寸的电极对阵列的尺寸参数优化。此外，结合电共轭效应泵送的基本原理，理论上分析和验证了优化实验结果的合理性。
　　(3)带有旁路微流道的改进型射流发生器的设计。为了解决普通型微型泵小流量输出时存在较大压降的问题，基于离子拖曳泵送和传导泵送等电流体动力学泵送机理，理论上分析并验证了小流量输出对电共轭效应泵送强度的影响，基于此，提出了一种带有旁路微流道的改进型射流发生器，普通型和改进型微型泵输出性能对比试验证明了设计方案的有效性。
　　本文为国内首次开展有关电共轭流体微型泵的研究工作，通过理论分析和实验研究，解决了电共轭流体微型泵制作工艺、尺寸设计、输出性能等方面的若干关键问题，推进了电共轭流体微型泵及其他基于电共轭效应的各项应用研究的向前发展。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 电共轭流体泵的基础研究

1．2．2 基于MEMS制造工艺的电共轭流体微型泵

1．3 本文的主要研究内容

第2章 射流发生器MEMS制造工艺的优化

2．1 引言

2．2 射流发生器的制作缺陷

2．3 提高缝隙电极的附着率

2．3．1 优化UV-LIGA工艺流程

2．3．2 优化缝隙电极形状

2．4 提高三角柱电极尖端的制作精度

2．4．1 提高铸模质量

2．4．2 提高电铸质量

2．5 本章小结

第3章 三角柱-缝隙形电极对阵列的尺寸参数优化

3．1 引言

3．2 电共轭流体微型泵的优化结构

3．3 电极对尺寸参数优化实验

3．3．1 实验设计

3．3．2 实验装置

3．3．3 实验结果

3．4 理论分析

3．5 本章小结

第4章 带有旁路微流道的改进型射流发生器的设计

4．1 引言

4．2 压降问题的产生

4．3 理论分析

4．4 改进型射流发生器

4．5 本章小结

总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

1．项目

2．论文

3．专利