CN110067736A - 一种基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，包括泵体及其内设有相邻的泵腔与液体金属腔，泵腔与液体金属腔之间设有泵膜，泵体的顶部设有与泵腔相连通的进液口与出液口，进液口与出液口上均设有止回阀；液态金属腔内设有镓基液态金属、正电极触头及至少4个负电极触头，液体金属腔内填充碱性电解质溶液，镓基液态金属与正电极触头相接触，至少4个负电极触头均匀分布在正电极触头的四周，正电极触头与负电极触头之间施加激励电压，镓基液态金属与泵膜接触，且泵膜随镓基液态金属的变化而挤压泵腔。本发明采用精确可控的电场激励装置，实现泵系统对液体的可控转移，具有较为广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电化学系统技术领域，具体涉及一种基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统。
背景技术
镓基液态金属（Galinstan和EGaIn）是一种室温下的创新型液态金属材料，由于其独特的性能，如大的表面张力，高的导热性和导电性，优异的柔韧性和低毒，引起了越来越多的关注。基于这些有趣的特性，它已被应用于开发许多柔性和可拉伸的电子设备，可重新配置和可调谐的电子设备，微流体，致动器，软机器人。液态金属的可变形性在这些提出的应用中起着至关重要的作用。
相比较于已开发的液态金属泵，液态金属和输送的液体不在同一个腔体，不与液体发生接触与反应，且液态金属泵的效率为单一幅值和频率。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，以解决现有技术中由于现有泵的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
一种基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，包括泵体，所述泵体内设有相邻设置的泵腔与液体金属腔，所述泵腔与液体金属腔之间设有泵膜，所述泵体的顶部设有与泵腔相连通的进液口与出液口，所述进液口与出液口上均设有止回阀。
所述液态金属腔内设有镓基液态金属、正电极触头及至少4个负电极触头，所述液体金属腔内填充碱性电解质溶液，所述镓基液态金属与正电极触头相接触，所述至少4个负电极触头均匀分布在正电极触头的四周，所述正电极触头与负电极触头之间施加激励电压，所述镓基液态金属与泵膜接触，且泵膜随镓基液态金属的变化而挤压泵腔。
在本发明的再一个实施例中，所述泵腔与液体金属腔为上下设置，所述泵腔在上，液体金属腔在下。
在本发明的再一个实施例中，所述泵膜为PDMS膜（聚二甲基硅氧烷薄膜）。
在本发明的再一个实施例中，所述碱性电解质溶液为浓度不低于0.5mol/L的氢氧化钠溶液。
在本发明的再一个实施例中，所述止回阀为聚二甲基硅氧烷薄膜制成的片状结构，所述片状结构上不少于3/1的边缘与泵体固定连接。
在本发明的再一个实施例中，所述正电极触头通过正极导线连接正极连接触头，所述负电极触头通过负极导线连接负极连接触头，所述正极连接触头与负极连接触头均暴露在泵体外，所述正极导线与负极导线均埋设在泵体内。
在本发明的再一个实施例中，所述泵体上设有与液体金属腔相连通的通孔。
根据本发明的实施方式，具有如下优点：
本发明的实施例提供的一种基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统采用精确可控的电场激励装置，控制镓基液态金属发生可控的形变，由形变的镓基液态金属带动泵膜挤压泵腔，从而实现泵系统对液体的可控转移，具有较为广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明的实施例提供的基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统在未施加外部激励电压情况下的整体结构图；
图2为本发明的实施例提供的基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统在施加外部激励电压情况下的整体结构图；
图3为图1-2中镓基液态金属及其激励电压装置的整体结构图。
图中：
1、泵体；2、泵腔；3、液体金属腔；4、泵膜；5、进液口；6、出液口；7、止回阀；8、镓基液态金属；9、正电极触头；10、负电极触头；11、正极导线；12、正极连接触头；13、负极导线；14、负极连接触头；15通孔。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-3所示，一种基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，包括泵体1，所述泵体1内设有上下设置的泵腔2与液体金属腔3，所述泵腔2在上，液体金属腔3在下，所述泵腔2与液体金属腔3之间设有泵膜4，所述泵膜4为聚二甲基硅氧烷薄膜（PDMS膜），所述泵体1的顶部设有与泵腔2相连通的进液口5与出液口6，所述进液口5与出液口6上均设有止回阀7，进液口5与出液口6上止回阀7的止回方向相反。所述止回阀7为聚二甲基硅氧烷薄膜制成的片状结构，所述片状结构上不少于3/1的边缘与泵体1固定连接。
所述液态金属腔内设有镓基液态金属8、正电极触头9及至少4个负电极触头10，本实施例中镓基液态金属8为Galinstan合金，所述液体金属腔3内填充碱性电解质溶液，基于安全性的考虑，本实施例中碱性电解质溶液优选为浓度不低于0.5mol/L的氢氧化钠溶液。所述镓基液态金属8与正电极触头9相接触，所述至少4个负电极触头10均匀分布在正电极触头9的四周，所述正电极触头9与负电极触头10之间施加激励电压，即正电极触头9与负电极触头10均连接激励电压加载装置，所述镓基液态金属8与泵膜4接触，且泵膜4随镓基液态金属8的变化而挤压泵腔2。
所述正电极触头9通过正极导线11连接正极连接触头12，所述负电极触头10通过负极导线13连接负极连接触头14，所述正极连接触头12与负极连接触头14均暴露在泵体1外，所述正极导线11与负极导线13均埋设在泵体1内。
所述泵体1上设有与液体金属腔3相连能的通孔，用于将镓基液态金属8和碱性电解质溶液输送到液体金属腔3中，而且，还能将产生的氢气释放出来。
镓基液态金属8的控制原理：
当在正电极触头9和负电极触头10之间施加激励电压时，产生轴对称分布的电场，其可以重新分布镓基液态金属8表面上的电荷，基于李普曼方程，这些重新分布的电荷使得镓基液态金属8的表面张力发生显著变化，并改变附加压力场，从而使得液滴发生形变。一旦去除激励电压，基于其自调节现象，镓基液态金属8上的附加压力场变得均匀，复其初始球形状态，因此当施加方波激励信号（峰值> 0V，谷值= 0V）时，发现液态金属像心脏跳动一样。俯视图上的液态金属液滴的半径以周期改变，液态金属液滴的半径可以通过方波激励信号的峰值来控制，使用激励信号的频率调节液态金属的跳动频率，可实现了精确控制液态金属形变及跳动频率。
基于上述原理，本发明泵系统的工作原理如下：
步骤1、如图1所示，开始时未施加外部激励电压，呈液滴状的镓基液态金属8顶起泵膜4，此时镓基液态金属8具有高表面张力，在泵膜4上与镓基液态金属8接触的部分呈现凸起状。
步骤2、如图2所示，当在正电极触头9与负电极触头10之间施加外部激励电压时，镓基液态金属8的高度降低，呈圆帽状，泵膜4由于无支撑而回复为平面状，使泵腔2内体积增大，内压降低，由于出液口6处设有止回阀7，因此液体仅通过进液口5流入泵腔2内。
步骤3、如图1所示，当去除外部激励电压时，镓基液态金属8恢复到其原始状态，并向上顶起泵膜4，泵膜4挤压泵腔2，减小泵腔2内容积，由于进液口5设有止回阀7，因此泵腔2内液体仅从出液口6流出。
如此反复步骤1-3，实现液体的驱动转移。当在正电极触头9与负电极触头10之间施加方波电压时，该泵系统可实现连续工作。其中液体的流速不仅取决于所施加的方波电压的幅度，而且还与激励电压频率强烈相关，从而实现精确地控制液体流动，如将基于该泵系统的人造心脏可以精确地控制液体流动。此外，由于马兰戈尼现象，碱性电解质可以爬到镓基液态金属8的表面并形成溶液膜，使液态金属液滴上的溶液薄膜仍然可以像心脏一样击打，而不是浸入溶液中，相比较于已开发的液态金属泵，液态金属和输送的液体不在同一个腔体，且不与液体发生接触与反应。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，其特征在于：包括泵体，所述泵体内设有相邻设置的泵腔与液体金属腔，所述泵腔与液体金属腔之间设有泵膜，所述泵体的顶部设有与泵腔相连通的进液口与出液口，所述进液口与出液口上均设有止回阀；
所述液态金属腔内设有镓基液态金属、正电极触头及至少4个负电极触头，所述液体金属腔内填充碱性电解质溶液，所述镓基液态金属与正电极触头相接触，所述至少4个负电极触头均匀分布在正电极触头的四周，所述正电极触头与负电极触头之间施加激励电压，所述镓基液态金属与泵膜接触，且泵膜随镓基液态金属的变化而挤压泵腔。
2.根据权利要求1所述基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，其特征在于：所述泵腔与液体金属腔为上下设置，所述泵腔在上，液体金属腔在下。
3.根据权利要求1所述基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，其特征在于：所述泵膜为PDMS膜(聚二甲基硅氧烷薄膜)。
4.根据权利要求1所述基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，其特征在于：所述碱性电解质溶液为浓度不低于0.5mol/L的氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，其特征在于：所述止回阀为聚二甲基硅氧烷薄膜制成的片状结构，所述片状结构上不少于3/1的边缘与泵体固定连接。
6.根据权利要求1所述基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，其特征在于：所述正电极触头通过正极导线连接正极连接触头，所述负电极触头通过负极导线连接负极连接触头，所述正极连接触头与负极连接触头均暴露在泵体外，所述正极导线与负极导线均埋设在泵体内。
7.根据权利要求1所述基于液态金属的用于精确控制液体流量的泵系统，其特征在于：所述泵体上设有与液体金属腔相连通的通孔。
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|---|---|
| CN (1) | CN110067736A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110354925A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-10-22 | 苏州大学 | 一种包含可形变液态金属电极的微流控芯片及其制备方法 |
| CN111490422A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-04 | 中国科学技术大学 | 一种基于镓基液态金属的导电滑环 |
| CN115788818A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-03-14 | 中国科学技术大学 | 一种液态金属驱动装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020114715A1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-22 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Micropump driven by movement of liquid drop induced by continuous electrowetting |
| CN101050354A (zh) * | 2007-05-11 | 2007-10-10 | 华南理工大学 | 相变储能微囊及其制备方法与装置 |
| US7764499B2 (en) * | 2005-12-30 | 2010-07-27 | Intel Corporation | Electromagnetically-actuated micropump for liquid metal alloy |
| CN103557142A (zh) * | 2013-09-10 | 2014-02-05 | 北京工业大学 | 一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵 |
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2019
- 2019-05-23 CN CN201910433741.1A patent/CN110067736A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020114715A1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-22 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Micropump driven by movement of liquid drop induced by continuous electrowetting |
| US7764499B2 (en) * | 2005-12-30 | 2010-07-27 | Intel Corporation | Electromagnetically-actuated micropump for liquid metal alloy |
| CN101050354A (zh) * | 2007-05-11 | 2007-10-10 | 华南理工大学 | 相变储能微囊及其制备方法与装置 |
| CN103557142A (zh) * | 2013-09-10 | 2014-02-05 | 北京工业大学 | 一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MOHAMMAD RASHED KHAN等: "Giant and switchable surface activity of liquid metal via surface oxidation", 《PNAS》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110354925A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-10-22 | 苏州大学 | 一种包含可形变液态金属电极的微流控芯片及其制备方法 |
| CN110354925B (zh) * | 2019-08-21 | 2023-09-19 | 苏州大学 | 一种包含可形变液态金属电极的微流控芯片及其制备方法 |
| CN111490422A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-04 | 中国科学技术大学 | 一种基于镓基液态金属的导电滑环 |
| CN114498226A (zh) * | 2020-04-08 | 2022-05-13 | 中国科学技术大学 | 一种基于镓基液态金属的水平平面旋转的导电滑环 |
| CN114498227A (zh) * | 2020-04-08 | 2022-05-13 | 中国科学技术大学 | 一种基于镓基液态金属的垂直平面旋转的导电滑环 |
| CN115788818A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-03-14 | 中国科学技术大学 | 一种液态金属驱动装置 |
| CN115788818B (zh) * | 2023-02-08 | 2023-06-16 | 中国科学技术大学 | 一种液态金属驱动装置 |
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