基于MEMS技术的自吸微泵的研制

摘要

微型泵是微流体控制系统的重要组成部件，在生化分析、药物输送、芯片冷却等领域都有着广泛的应用前景，已成为MEMS研究领域中的热点课题之一。本文利用MEMS加工技术，成功地研制出一种可实用化的微型泵。 本文首先对各种驱动方式进行了分析，确定以压电双晶片作为主要的致动方式，并根据压电双晶片的悬臂梁模型，推导出压电双晶片的自由端位移公式。提出了泵膜的力学模型——边缘固支的等厚弹性薄板，分析了均布载荷和集中载荷下的大挠度变形和小挠度变形。 本文在对扩散口/喷口结构进行分析的基础上，提出使用扩散口/喷口作为流向控制结构，进而设计和制作了一种无阀压电微泵。该微泵利用压电双晶片作为致动器，以PDMS膜作为泵膜，以各向异性体硅腐蚀形成的锥形孔作为扩散口/喷口结构。该无阀微泵工作稳定，但不能实现自吸。 为了使微型泵更有效地控制流体的流向，本文利用双面体硅腐蚀工艺制作悬臂梁型硅被动阀，并利用该被动阀制成了一种被动阀微泵和一种复合阀微泵。两种有阀微泵均能够稳定的驱动液体，但由于阀片之间存在粘结剂间隙，因而存在一定的反向渗漏，导致微泵无法自吸。 采用弹性模量较小的SU-8胶制作被动阀，可以消除粘结剂层的影响。SU-8被动阀不但可以有效防止流体的反向泄漏，而且具有更大的正向过流能力。本文利用SU-8胶被动阀制作出改进型的DF-05型微泵，该微泵可以实现自吸进样，对水的最大流量为3.1mL/min，最大气体流量达到29.5mL/min，最大输出压力达到16kPa，性能达到国际先进水平，而且工作稳定，初步具备了实用化要求。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章微型泵致动技术

第三章无阀压电微泵的设计与制作

第四章有阀型压电微泵的研制

第五章微泵的进一步优化

第六章结论

在学期间发表的学术论文

致谢