CN109248719A - 一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统，包括液滴摩擦发电装置及液滴水平驱动装置；液滴摩擦发电装置包括基板、感应电极板及疏水层；感应电极板包括上电极及下电极，上、下电极之间彼此分离；液滴水平驱动装置包括水平基板、驱动电极组件及驱动组件疏水层；驱动电极组件包括左电极及右电极，左、右电极之间彼此分离；液滴摩擦发电装置固定于倾斜支架上且使上电极高于下电极，液滴水平驱动装置置于水平面上，液滴摩擦发电装置的上电极和下电极分别与液滴水平驱动装置中的左电极、右电极相连。本发明可替代笨重而且耗电的电压源，不仅增加了便携性而且降低能耗，使便携式DMF平台成为可能。并且能够实现液滴的连续输送和合并。

Description

一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统
技术领域
本发明涉及液滴操控领域，尤其是一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统。
背景技术
在当前的液滴操控领域中，电润湿驱动技术是一门备受关注的技术。它能改变液滴的表面张力，因此它无需通道，泵或阀门。此外，电润湿能够驱动大范围的液滴体积。且电润湿液滴致动系统需要非常低的电流水平（<1nA）。基于这些优点，电润湿的液滴致动技术广泛用于生物医学应用的数字微流体（DMF）。在大多数DMF平台中，需要DC或AC电压源来提供稳定的偏置电压。然而，这种DC或AC电源体积大且耗电，这限制了DMF技术的普及，特别是对于便携式应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、可提供稳定的偏置电压的同时降低能耗且便于便携式应用的基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案：一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统，包括液滴摩擦发电装置及液滴水平驱动装置；液滴摩擦发电装置包括由下至上依次设置的基板、感应电极板及疏水层；感应电极板包括沿基板的轴向排列的上电极及下电极，上、下电极之间彼此分离；所述液滴水平驱动装置包括由下至上依次设置的水平基板、驱动电极组件及驱动组件疏水层；驱动电极组件包括沿水平基板的轴向排列的左电极及右电极，左、右电极之间彼此分离；所述左电极、右电极均由平行设置的电极齿组成，并使左电极与右电极的电极齿间交叉排列；液滴摩擦发电装置固定于倾斜支架的倾斜面上且使所述上电极高于下电极，液滴水平驱动装置置于水平面上；所述上电极和下电极通过导线分别与液滴水平驱动装置中的左电极、右电极相连，在液滴摩擦发电装置与液滴水平驱动装置之间设有控制开关。
倾斜支架上固定有多个液滴摩擦发电装置，所述液滴水平驱动装置中设有与所述液滴摩擦发电装置数量相同的驱动电极组件，以使每块液滴摩擦发电装置的上、下电极通过导线分别与对应的左电极及右电极相连形成一组驱动组件；多组驱动组件之间相互并联。
所述倾斜面与水平面之间呈45度夹角。
所述倾斜支架为三角形立体支架。
所述疏水层为特氟龙疏水层。
本发明的有益效果在于：本发明结构简单，主要包括液滴摩擦发电装置及液滴水平驱动装置两大部分，通过将液滴摩擦发电装置置于倾斜支架上，利用液滴在液滴摩擦发电装置上沿倾斜支架的倾斜面由上至下滑动时与液滴摩擦发电装置之间的摩擦发电产生足够的电势差，利用液滴在液滴摩擦发电装置上产生的电势差驱动液滴水平驱动装置上的液滴运动，本发明可以替代笨重而且耗电的电压源，不仅增加了便携性而且降低能耗，使便携式DMF平台成为可能。另外，在液滴水平驱动装置内左、右电极的电极齿采用交叉排列的方式，使得对液滴水平驱动装置的液滴产生更精准的控制效果，并且能够实现液滴的连续输送和合并。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明中液滴摩擦发电装置的结构示意图。
图3是本发明中液滴摩擦发电装置的分解图。
图4是本发明中液滴水平驱动装置的分解图。
图5是本发明的原理图。
图中：1-倾斜支架、2-液滴摩擦发电装置、3-液滴水平驱动装置、4-液滴、5-被驱动液滴、6-导线、 7-控制开关、2a-上电极、2b-下电极、2c-特氟龙疏水层、2d-基板、3a-左电极、3b-右电极、3c-驱动组件疏水层、3d-水平基板。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明进行说明：
图1是本发明一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统的总体结构示意图。一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统，包括液滴摩擦发电装置2及液滴水平驱动装置3；液滴摩擦发电装置2固定于倾斜支架1上，液滴水平驱动装置3置于水平面上，液滴摩擦发电装置2及液滴水平驱动装置3之间通过导线6相连。
图2-3示出了液滴摩擦发电装置2的具体结构：液滴摩擦发电装置2包括由下至上依次设置的基板2d、感应电极板及特氟龙疏水层2c；感应电极板包括沿基板2d的轴向排列的上电极2a及下电极2b，上、下电极2a、2b之间彼此分离。
图4示出了液滴水平驱动装置3的具体结构：液滴水平驱动装置3包括由下至上依次设置的水平基板3d、驱动电极组件及驱动组件疏水层3c；驱动电极组件包括沿水平基板3d的轴向排列的左电极3a及右电极3b，左、右电极3a、3b之间彼此分离；左电极3a、右电极3b均由平行设置的电极齿组成，并使左电极3a与右电极3b的电极齿之间交叉排列；如图1所示，液滴摩擦发电装置2固定于倾斜支架1上且使液滴摩擦发电装置2中的上电极2a高于下电极2b，为使液滴4从液滴摩擦发电装置2的特氟龙疏水层2c顺利滑下，优选采用三角形立体支架作为倾斜支架1，并使倾斜支架1的倾斜面与水平面之间呈45度夹角。液滴水平驱动装置3置于水平面上，液滴摩擦发电装置2的上电极2a和下电极2b通过导线6分别与液滴水平驱动装置3中的左电极3a、右电极3b相连，在液滴摩擦发电装置2与液滴水平驱动装置3之间设有控制开关7。
优选地，如图5所示，倾斜支架1上沿倾斜面固定有多个液滴摩擦发电装置2，液滴水平驱动装置3中设有与液滴摩擦发电装置2数量相同的驱动电极组件，即：每个液滴摩擦发电装置2对应一对左、右电极3a、3b。每块液滴摩擦发电装置2的上、下电极2a、2b通过导线6分别与对应的左电极3a及右电极3b相连形成一组驱动组件，每块液滴摩擦发电装置2的上、下电极2a、2b与对应的左电极3a及右电极3b之间设有控制开关7；多组驱动组件之间相互并联。
本发明实现液滴驱动的过程如下：
将被驱动液滴5置于液滴水平驱动装置3上。当有液滴4从液滴摩擦发电装置2上自上至下滑落时，由于液滴4和液滴摩擦发电装置2的特氟龙疏水层2c对电子的束缚能力不同，使液滴4表面带上正电且疏水涂层表面带上负电，且液滴4滑落至下电极2b位置时在倾斜面的作用下，液滴4在该点的滑落速度较快，使得下电极2b比上电极2a产生更多的感应电荷，感应电荷数量的不同建立起电势差。上电极2a和下电极2b之间产生的电势差通过导线6传导至液滴水平驱动装置3的左电极3a和右电极3b中，该电势差可以使位于左电极3a和右电极3b之间的被驱动液滴5向前移动。由于驱动组件相互并联设置，通过控制控制开关7的通断，可根据选择几组驱动组件接入电路中共同工作。从而实现被驱动液滴5的后续驱动。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统，其特征在于，包括液滴摩擦发电装置及液滴水平驱动装置；液滴摩擦发电装置包括由下至上依次设置的基板、感应电极板及疏水层；感应电极板包括沿基板的轴向排列的上电极及下电极，上、下电极之间彼此分离；所述液滴水平驱动装置包括由下至上依次设置的水平基板、驱动电极组件及驱动组件疏水层；驱动电极组件包括沿水平基板的轴向排列的左电极及右电极，左、右电极之间彼此分离；所述左电极、右电极均由平行设置的电极齿组成，并使左电极与右电极的电极齿间交叉排列；液滴摩擦发电装置固定于倾斜支架的倾斜面上且使所述上电极高于下电极，液滴水平驱动装置置于水平面上；所述上电极和下电极通过导线分别与液滴水平驱动装置中的左电极、右电极相连，在液滴摩擦发电装置与液滴水平驱动装置之间设有控制开关。
2.根据权利要求1所述的一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统，其特征在于，倾斜支架上固定有多个液滴摩擦发电装置，所述液滴水平驱动装置中设有与所述液滴摩擦发电装置数量相同的驱动电极组件，以使每块液滴摩擦发电装置的上、下电极通过导线分别与对应的左电极及右电极相连形成一组驱动组件；多组驱动组件之间相互并联。
3.根据权利要求1所述的一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统，其特征在于，所述倾斜面与水平面之间呈45度夹角。
4.根据权利要求1所述的一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统，其特征在于，所述倾斜支架为三角形立体支架。
5.根据权利要求1所述的一种基于自供电数字微流体的液滴能量收集及驱动系统，其特征在于，所述疏水层为特氟龙疏水层。
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