CN207728534U - 一种基于压电陶瓷的微流控驱动泵 - Google Patents

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刘成杰
薛凤兰
范树政
黄少强
万静
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Nanjing University Of Posts And Telecommunications Nantong Institute Ltd
Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
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Nanjing University Of Posts And Telecommunications Nantong Institute Ltd
Nanjing Post and Telecommunication University
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Abstract

本实用新型提出了一种基于压电陶瓷的微流控驱动泵，属于微流控驱动技术领域，采用上层盖板与下层结构组合而成，上层盖板内设置凹槽，凹槽内嵌入压电陶瓷；压电陶瓷的电源线引出上层盖板与外接电源相通；压电陶瓷的底部粘合绝缘薄圆片；下层结构为工作层，工作层内设有储液池；储液池布置在压电陶瓷的下方；储液池与微流道一端相连通，微流道的另一端与流体出口相连通；外接电源通过电压控制压电陶瓷伸长挤压储液池内液体从微流道内向流体出口流动。本实用新型具有结构简单、体积小、可集成、响应速度快、可操控性好、成本低的优点，解决目前微流控驱动技术中响应速度慢、结构复杂、物理化学性质不稳定的问题，促进微流控技术的发展。

Description

一种基于压电陶瓷的微流控驱动泵
技术领域
本实用新型涉及一种基于压电陶瓷的微流控驱动泵，属于微流控驱动技术领域。
背景技术
微流控(Microfluidics)技术是新兴前沿学科，它利用微/纳升液体来创建可调的微系统。微流控芯片具有体积小、易集成、灵活可调等优点。微量液体具有与大块液体不同的性质，利用其微观特性可发展新型液体驱动技术，该技术有利于微流控光学芯片的微型化、集成化及使用的灵活性。
如何高效地驱动微流道中的流体是其发展的关键技术。微流控技术应用中常常碰到的瓶颈就是微流控驱动技术。新型流体驱动技术可利用表面张力、热、对流、光、电、磁、气压、化学等方法，但是面临着物理/化学稳定性不高、结构复杂、响应速度慢、可操作性不足等问题。
实用新型内容
本实用新型旨在提出一种基于压电陶瓷的微流控驱动泵，可应用于微流控芯片中驱动流体。具有体积小、响应速度快、光学性能高、良好的操控性和适应性等优点。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：
本实用新型基于压电陶瓷的微流控驱动泵，所述微流控驱动泵采用上层盖板与下层结构组合而成；
所述上层盖板，上层盖板内设置凹槽，凹槽内嵌入压电陶瓷；压电陶瓷的电源线引出上层盖板与外接电源相通；压电陶瓷的底部粘合绝缘薄圆片；
所述下层结构为工作层，工作层内设有储液池；储液池布置在压电陶瓷的下方；储液池与微流道一端相连通，微流道的另一端与流体出口相连通；
所述外接电源通过电压控制压电陶瓷伸长挤压储液池内液体从微流道内向流体出口流动。
本实用新型所述的基于压电陶瓷的微流控驱动泵，所述储液池的上端采用弹性薄膜密封。
本实用新型所述的基于压电陶瓷的微流控驱动泵，所述上层盖板与下层结构之间采用等离子辅助键合方式相互连接。
本实用新型所述的基于压电陶瓷的微流控驱动泵，所述压电陶瓷下压绝缘薄圆片进而驱动储液池中的液体流动。
本实用新型采用以上技术手段，具有以下技术效果：
1、本实用新型设计的基于压电陶瓷的微流控驱动泵具有结构简单、体积小、可集成、响应速度快、可操控性好、成本低的优点。产品实现性强、技术价值重要、前景应用良好。
2、本实用新型将压电陶瓷应用于微流控驱动技术中，为研制微流控驱动泵提供了一种新的方法。
3、本实用新型可解决目前微流控驱动技术中响应速度慢、结构复杂、物理化学性质不稳定的问题，促进微流控技术的发展。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的盖板示意图。
图3为本实用新型的工作层示意图。
图4为本实用新型逆压电效应和电致伸缩效应。
图中:电源线-1；压电陶瓷-2；薄膜-3；盖板-4；工作层-5；流体出口-6；微流道-7；储液池-8；绝缘薄圆片-9；电源线出口-10；凹槽-11。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步的详细描述。
下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
如图1所示，本实用新型设计了一种基于压电陶瓷的微流控驱动泵，该微流控驱动泵采用两层结构：上层为盖板4，包括：电源线1、压电陶瓷2、绝缘薄圆片9，盖板上留有能通过两根电源线1的出口10，盖板内的凹槽11用于嵌入压电陶瓷2，压电陶瓷2的顶部粘接在盖板4上，底部与绝缘薄圆片9粘合；下层为工作层5，它的上表面刻蚀有微流道7和储液池8，储液池8中填充有液体，并和微流道7相通，储液池8的上端采用弹性薄膜3密封。盖板4的下表面与工作层5的上表面通过等离子辅助键合方式连接。压电陶瓷2通过电源线1与外接电源相连，通过调节电压大小来控制压电陶瓷2的伸长量，压电陶瓷2会产生形变而伸长下压绝缘薄圆片9，进而将储液池8中的液体压进微流道7中，微流道7中流体流量可通过外加电压控制。
本实用新型利用了压电陶瓷的逆压电效应和电致伸缩效应。逆压电效应是指电介质在外电场的作用下产生应变，应变大小与电场大小成正比，应变的方向与电场方向有关；而电致伸缩效应是指电介质在电场的作用下由于感应极化作用引起应变，且应变与电场方向无关，应变的大小与电场的平方成正比。
上述效应可用公式表达如下：
x=dE+ME 2
式中：dE:逆压电效应；ME 2 电致伸缩效应；d:压电系数(m/V)； M:电致伸缩系数；E:电场强度(V/m)；x:应变。
其中逆压电效应仅在无对称中心晶体中才有，而电致伸缩效应则在所有的电介质晶体中都有，不过一般来说都很微弱。压电陶瓷的逆压电效应和电致伸缩效应本质上就是电介质在电场的作用下产生极化，在电场力的作用下产生形变，在宏观上表现为机电耦合效应。
以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于压电陶瓷的微流控驱动泵，其特征在于：所述微流控驱动泵采用上层盖板（4）与下层结构组合而成；
所述上层盖板（4），上层盖板（4）内设置凹槽（11），凹槽（11）内嵌入压电陶瓷（2）；压电陶瓷（2）的电源线（1）引出上层盖板（4）与外接电源相通；压电陶瓷（2）的底部粘合绝缘薄圆片（9）；
所述下层结构为工作层（5），工作层（5）内设有储液池（8）；储液池（8）布置在压电陶瓷（2）的下方；储液池（8）与微流道（7）一端相连通，微流道（7）的另一端与流体出口（6）相连通；
所述外接电源通过电压控制压电陶瓷（2）伸长挤压储液池（8）内液体从微流道（7）内向流体出口（6）流动。
2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的微流控驱动泵，其特征在于：所述储液池（8）的上端采用弹性薄膜（3）密封。
3.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的微流控驱动泵，其特征在于：所述上层盖板（4）与下层结构之间采用等离子辅助键合方式相互连接。
4.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的微流控驱动泵，其特征在于：所述压电陶瓷（2）下压绝缘薄圆片（9）进而驱动储液池（8）中的液体流动。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111946613A (zh) * 2020-08-25 2020-11-17 扬州大学 一种基于层流边界层和旋转磁场的微型圆盘泵设计方法
CN113323848A (zh) * 2021-06-02 2021-08-31 北京机械设备研究所 基于压电薄膜的液态金属驱动装置、控制方法及制造方法

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