CN110985333A - 一种基于电浸润现象的可换向微泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电浸润现象的可换向微泵，包括环形泵腔、设置在环形泵腔上的液体通道；所述环形泵腔与所述液体通道之间设有网孔；所述液体通道包括第一泵口以及第二泵口；其中，所述环形泵腔内设有电浸润动力机构；其中，所述电浸润动力机构包括设置在所述环形泵腔内的电浸润液体、嵌套在所述环形泵腔侧壁上的电极阵列环以及嵌套在所述电极阵列环外表面的介电疏水材料环；所述环形泵腔上设有换液结构，所述电浸润液体与泵送的液体互不相溶。该微泵没有机械结构，设计简单，可以避免了微泵在使用过程中产生机械磨损，从而提高了微泵的使用寿命；另外，该微泵可以控制流体泵送方向，在微观以及宏观上均能实现泵送溶液的定向流动。

Description

一种基于电浸润现象的可换向微泵

技术领域

本发明涉及微泵装置领域，具体涉及一种基于电浸润现象的可换向微泵。

背景技术

微系统技术的发展与进步，对社会和生活的许多领域都产生了深刻的影响；随着纳米技术、微加工技术、材料技术的速猛发展，微系统技术在MEMS、血管机器人、化学分析、医疗和芯片实验室等领域的应用潜力也越来越明显，而微泵的结构创新和技术的发展也成为了近年来一个重要的研究方向。微泵是微电子机械系统(MEMS)的一个重要执行器件，微泵的结构与性能对整个系统的运行有决定性作用。

目前，市场上的微泵类型多样，其驱动控制技术包括光、电、磁、热等，其中压电驱动的微泵最为广泛。压电微泵是基于晶体的压电特性来驱动薄膜振动，在交变电流的作用下，由压电材料做成的振子会反复的振动，从而使压电泵泵腔体容积发生周期变化，从而实现流体的输送。由于压电泵还是存在压电振子、悬臂梁等结构，所以压电泵的使用寿命并不高；而且压电泵的驱动电压偏高，对流体的流向控制单一，并且在微观上存在逆流的缺点，所以只能实现宏观上的单向的净流控制，因而限制了其应用的范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种基于电浸润现象的可换向微泵，该微泵没有机械结构，设计简单，体积小，质量轻，可以避免了微泵在使用过程中产生机械磨损，从而提高了微泵的使用寿命；另外，该微泵可以控制流体泵送方向，在微观以及宏观上均能实现泵送溶液的定向流动。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，包括环形泵腔、设置在环形泵腔上的液体通道；所述环形泵腔与所述液体通道之间设有用于连通所述环形泵腔与所述液体通道的网孔；所述液体通道包括相对设置在所述环形泵腔两侧的第一泵口以及第二泵口；其中，

所述环形泵腔内设有将所述环形泵腔内的液体泵送至所述第一泵口或者所述第二泵口的电浸润动力机构；其中，所述电浸润动力机构包括设置在所述环形泵腔内的电浸润液体、嵌套在所述环形泵腔侧壁上用于驱动所述电浸润液体沿着所述环形泵腔作圆周运动的电极阵列环以及嵌套在所述电极阵列环外表面的介电疏水材料环；

所述环形泵腔上设有用于补充和更换所述电浸润液体的换液结构，所述电浸润液体与泵送的液体互不相溶。

上述一种基于电浸润现象的可换向微泵的工作原理是：

工作时，首先通过换液结构将电浸润液体注入环形泵腔中，然后在外部静水压力作用下使环形泵腔充满泵送的液体；此时，对环形泵腔内电浸润液体对应的电极阵列环的两端接通外部直流电源，在使电浸润液体在环形泵腔中顺时针运动的趋势方向上，其中一端电极阵列环与外部直流电源正极相接，另一端电极阵列环与外部直流电源负极相接，进而使电浸润液体发生电浸润现象(即通过改变电极阵列环与电浸润液体之间的电势，进而来改变介电疏水材料环与电浸润液体接触面的表面能，最终改变两者之间接触角的现象)，使得电浸润液体沿着环形泵腔作顺时针循环运动，从而推动环形泵腔内泵送的液体作顺时针运动，使得泵送的液体通过网孔流向液体通道内，在网孔的连通下，利用液体之间的粘性力带动泵送的液体实现单向流动，从而驱动泵送液体向着第一泵口方向流动，第二泵口的液体不断向环形泵腔流动；在微观以及宏观上实现泵送的液体由第二泵口向第一泵口泵送的功能。

当改变环形泵腔内电浸润液体对应的电极阵列环的两端的直流电源正负极时，即在使电浸润液体在环形泵腔中逆时针运动的趋势方向上，其中一端电极阵列环与外部直流电源负极相接，另一端电极阵列环与外部直流电源正极相接，进而使电浸润液体发生电浸润现象，使得电浸润液体沿着环形泵腔作逆时针循环运动，从而推动环形泵腔内泵送的液体作逆时针运动，使得泵送的液体通过网孔流向液体通道内，在网孔的连通下，利用液体之间的粘性力带动泵送的液体实现单向流动，从而驱动泵送液体向着第二泵口方向流动，第一泵口的液体不断向环形泵腔流动；在微观以及宏观上实现泵送的液体由第一泵口向第二泵口泵送的功能。通过改变直流电源的正负极，从而改变环形泵腔内电浸润液体的运动方向，进而改变泵送液体的运动方向，实现微泵的泵送及换向功能。

本发明的一个优选方案，其中，所述第一泵口和所述第二泵口对称分布在所述环形泵腔中轴线的两侧；其好处在于，使得微泵的结构更加紧凑。

本发明的一个优选方案，其中，所述液体通道为“U”字型，其下端通过所述网孔与所述环形泵腔下端连通；其好处在于，当电浸润动力机构驱动泵送的液体在环形泵腔中作圆周运动时，顺着泵送的液体运动的方向，可以更好地将液体泵送至“U”字型液体通道内的第一泵口或者第二泵口中。

进一步地，所述“U”字型液体通道下端圆弧段的圆心与所述环形泵腔的圆心重合；其作用在于，进一步提高了泵送的液体在液体通道和环形泵腔之间的流动性。

本发明的一个优选方案，其中，所述电极阵列环镶嵌在所述环形泵腔的外环侧壁上；其作用在于，可以增大电极阵列环的面积，使得环形泵腔内的电浸润液体充分发生电浸润现象，推动泵送液体流动。

进一步地，所述电极阵列环由多个电极成圆周阵列组成。通过对环形泵腔内的电浸润液体所对应的两个相邻电极接通直流交流电源，其中一个电极接通直流电源正极，另一个电极接通直流电源的负极，可以驱动电浸润液体在环形泵腔中作圆周运动，进而推动泵送液体向液体通道中流动，通过改变两个电极之间的直流电源正负极，可以驱动电浸润液体在环形泵腔中作反向圆周运动，实现泵送液体向不同方向泵送。

本发明的一个优选方案，其中，所述换液结构包括设置在所述环形泵腔上的换液口以及与所述换液口相互配合的换液盖。需要对环形泵腔注入电浸润液体时，可以通过打开换液盖从换液口中注入电浸润液体；需要更换电浸润液体时，也可以从换液口将电浸润液体排出。

进一步地，所述换液口设置在所述环形泵腔的中轴线上，所述换液口朝向所述环形泵腔的中心。这样设置好处在于，可以通过换液口向环形泵腔中补充或更换电浸润液体时，使得电浸润液体可以横跨两个或者两个以上的电极。

进一步地，所述换液盖与所述换液口之间设有换液管，所述换液管一端连接在所述换液口上，另一端与所述换液盖配合连接。这样设置使得更换或者补充电浸润液体更加方便，通过换液管的引导，使得操作更加方便快捷。

优选地，所述环形泵腔以及所述液体通道的横截面为矩形。

优选地，所述环形泵腔的横截面积大于所述液体通道的横截面积；当环形泵腔内液体流向较小横截面积的液体通道时，这样可以提高液体通道内泵送的液体的流速。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中通过电极阵列环驱动电浸润液体在环形泵腔内作圆周运动，为泵送的液体提供了动力，该微泵无机械结构，设计简单，工作过程中不会造成各个部件的磨损，有效防止了部件的损坏，从而提高了微泵的使用寿命，可靠性强。

2、本发明中通过改变电极阵列环之间的直流电源正负极，从而改变环形泵腔内电浸润液体的作圆周运动方向，进而改变泵送液体的运动方向，实现微泵的泵送及换向功能，解决了现有微泵对流体的流向控制单一的问题，提高了微泵泵送的灵活性。

附图说明

图1-图3为本发明中一种基于电浸润现象的可换向微泵的第一种具体实施方式结构示意图；其中，图1为立体图，图2为主视图，图3为俯视图。

图4为图2中沿着A-A方向的剖视图。

图5为图4中C处的局部放大图。

图6为图3中沿着B-B方向的剖视图。

图7为图6中D处的局部放大图。

图8为本发明中的一种基于电浸润现象的可换向微泵的第二种具体实施方式结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参见图1-图7，一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，包括环形泵腔1、设置在所述环形泵腔1上的液体通道2；所述环形泵腔1与所述液体通道2之间设有用于连通所述环形泵腔1与所述液体通道2的网孔3；所述液体通道2包括相对设置在所述环形泵腔1两侧的第一泵口2-1以及第二泵口2-2；其中，所述环形泵腔1内设有将所述环形泵腔1内的液体泵送至所述第一泵口2-1或者所述第二泵口2-2的电浸润动力机构4；其中，所述电浸润动力机构4包括设置在所述环形泵腔1内的电浸润液体、嵌套在所述环形泵腔1侧壁上用于驱动所述电浸润液体沿着所述环形泵腔1作圆周运动的电极阵列环4-1以及嵌套在所述电极阵列环4-1外表面的介电疏水材料环4-2；所述环形泵腔1上设有用于补充和更换所述电浸润液体的换液结构5，所述电浸润液体与泵送的液体互不相溶。

参见图1-图2，所述第一泵口2-1和所述第二泵口2-2对称分布在所述环形泵腔1中轴线的两侧；其好处在于，使微泵的结构更加紧凑。

参见图1-图2，所述液体通道2为“U”字型，其下端通过所述网孔3与所述环形泵腔1下端连通；其好处在于，当电浸润动力机构4驱动泵送的液体在环形泵腔1中作圆周运动时，顺着泵送的液体运动的方向，可以更好地将液体泵送至“U”字型液体通道2内的第一泵口2-1或者第二泵口2-2中。

参见图1-图2，所述“U”字型液体通道2下端圆弧段的圆心与所述环形泵腔1的圆心重合；其作用在于，进一步提高了泵送的液体在液体通道2和环形泵腔1之间的流动性。

本发明的一个优选方案，其中，所述电极阵列环4-1镶嵌在所述环形泵腔1的外环侧壁上；其作用在于，可以增大电极阵列环4-1的面积，使得环形泵腔1内的电浸润液体充分发生电浸润现象，推动泵送液体流动。

参见图6-图7，所述电极阵列环4-1由多个电极4-11成圆周阵列组成。通过对环形泵腔1内的电浸润液体所对应的两个相邻电极4-11接通直流交流电源，其中一个电极4-11接通直流电源正极，另一个电极4-11接通直流电源的负极，可以驱动电浸润液体在环形泵腔1中作圆周运动，进而推动泵送液体向液体通道2中流动，通过改变两个电极4-11之间的直流电源正负极，可以驱动电浸润液体在环形泵腔1中作反向圆周运动，实现泵送液体向不同方向泵送。

参见图1-图7，所述换液结构5包括设置在所述环形泵腔1上的换液口5-1以及与所述换液口5-1相互配合的换液盖5-2。需要对环形泵腔1注入电浸润液体时，可以通过打开换液盖5-2从换液口5-1中注入电浸润液体；需要更换电浸润液体时，也可以从换液口5-1将电浸润液体排出。

参见图1-图7，所述换液口5-1设置在所述环形泵腔1的中轴线上，所述换液口5-1朝向所述环形泵腔1的中心。这样设置好处在于，可以通过换液口5-1向环形泵腔1中补充或更换电浸润液体时，使得电浸润液体可以横跨两个或者两个以上的电极4-11。

参见图5-图7，所述换液盖5-2与所述换液口5-1之间设有换液管5-3，所述换液管5-3一端连接在所述换液口5-1上，另一端与所述换液盖5-2配合连接。这样设置使得更换或者补充电浸润液体更加方便，通过换液管5-3的引导，使得操作更加方便快捷。

参见图5，所述环形泵腔1以及所述液体通道2的横截面为矩形。

参见图1-图5，所述环形泵腔1的横截面积大于所述液体通道2的横截面积；当环形泵腔1内液体流向较小横截面积的液体通道2时，这样可以提高液体通道2内泵送的液体的流速。

参见图1-图7，上述一种基于电浸润现象的可换向微泵的工作原理是：

工作时，首先通过换液结构5将电浸润液体注入环形泵腔1中，然后在外部静水压力作用下使环形泵腔1充满泵送的液体；此时，对环形泵腔1内电浸润液体对应的电极阵列环4-1的两端接通外部直流电源，在使电浸润液体在环形泵腔1中顺时针运动的趋势方向上，其中一端电极阵列环4-1与外部直流电源正极相接，另一端电极阵列环4-1与外部直流电源负极相接，进而使电浸润液体发生电浸润现象(即通过改变电极阵列环4-1与电浸润液体之间的电势，进而来改变介电疏水材料环4-2与电浸润液体接触面的表面能，最终改变两者之间接触角的现象)，使得电浸润液体沿着环形泵腔1作顺时针循环运动，从而推动环形泵腔1内泵送的液体作顺时针运动，使得泵送的液体通过网孔3流向液体通道2内，在网孔3的连通下，利用液体之间的粘性力带动泵送的液体实现单向流动，从而驱动泵送液体向着第一泵口2-1方向流动，第二泵口2-2的液体不断向环形泵腔1流动；在微观以及宏观上实现泵送的液体由第二泵口2-2向第一泵口2-1泵送的功能。

当改变环形泵腔1内电浸润液体对应的电极阵列环4-1的两端的直流电源正负极时，即在使电浸润液体在环形泵腔1中逆时针运动的趋势方向上，其中一端电极阵列环4-1与外部直流电源负极相接，另一端电极阵列环4-1与外部直流电源正极相接，进而使电浸润液体发生电浸润现象，使得电浸润液体沿着环形泵腔1作逆时针循环运动，从而推动环形泵腔1内泵送的液体作逆时针运动，使得泵送的液体通过网孔3流向液体通道2内，在网孔3的连通下，利用液体之间的粘性力带动泵送的液体实现单向流动，从而驱动泵送液体向着第二泵口2-2方向流动，第一泵口2-1的液体不断向环形泵腔1流动；在微观以及宏观上实现泵送的液体由第一泵口2-1向第二泵口2-2泵送的功能。通过改变直流电源的正负极，从而改变环形泵腔1内电浸润液体的运动方向，进而改变泵送液体的运动方向，实现微泵的泵送及换向功能。

实施例2

参见图8，本实施例的其它结构与实施例1相同，不同之处在于：所述液体通道2包括分别设置在所述环形泵腔1两端的第一液体通道6和第二液体通道7；所述第一液体通道6下端通过所述网孔3与所述环形泵腔1连通，上端为第一泵口2-1；所述第二液体通道7下端通过所述网孔3与所述环形泵腔1连通，上端为第二泵口2-2。设置上述结构，通过改变电极阵列环4-1之间的直流电源正负极，来改变环形泵腔1内电浸润液体的作圆周运动方向，进而改变泵送液体的运动方向，也可以实现微泵的泵送及换向功能。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，包括环形泵腔、设置在环形泵腔上的液体通道；所述环形泵腔与所述液体通道之间设有用于连通所述环形泵腔与所述液体通道的网孔；所述液体通道包括相对设置在所述环形泵腔两侧的第一泵口以及第二泵口；其中，

所述环形泵腔内设有将所述环形泵腔内的液体泵送至所述第一泵口或者所述第二泵口的电浸润动力机构；其中，所述电浸润动力机构包括设置在所述环形泵腔内的电浸润液体、嵌套在所述环形泵腔侧壁上用于驱动所述电浸润液体沿着所述环形泵腔作圆周运动的电极阵列环以及嵌套在所述电极阵列环外表面的介电疏水材料环；

所述环形泵腔上设有用于补充和更换所述电浸润液体的换液结构，所述电浸润液体与泵送的液体互不相溶。

2.根据权利要求1所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述第一泵口和所述第二泵口对称分布在所述环形泵腔中轴线的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述液体通道为“U”字型，其下端通过所述网孔与所述环形泵腔下端连通。

4.根据权利要求3所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述“U”字型液体通道下端圆弧段的圆心与所述环形泵腔的圆心重合。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述电极阵列环镶嵌在所述环形泵腔的外环侧壁上。

6.根据权利要求5所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述电极阵列环由多个电极成圆周阵列组成。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述换液结构包括设置在所述环形泵腔上的换液口以及与所述换液口相互配合的换液盖。

8.根据权利要求7所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述换液口设置在所述环形泵腔的中轴线上，所述换液口朝向所述环形泵腔的中心。

9.根据权利要求8所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述换液盖与所述换液口之间设有换液管，所述换液管一端连接在所述换液口上，另一端与所述换液盖配合连接。

10.根据权利要求1或9所述的一种基于电浸润现象的可换向微泵，其特征在于，所述环形泵腔以及所述液体通道的横截面为矩形。

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