TWI662578B

TWI662578B - 微流體裝置

Info

Publication number: TWI662578B
Application number: TW103141654A
Authority: TW
Inventors: 羅柏特索爾斯隆德; 艾爾畢喬尼克莉特; 彼德尼爾森
Original assignee: 瑞典商Ａｐｒ科技公司
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2019-06-11
Also published as: EP3090175B1; TW201533555A; WO2015084238A1; EP3090175A4; ES2723711T3; SE1351440A1; SE537790C2; US20160298617A1; EP3090175A1; DK3090175T3

Abstract

本發明揭示一種用於控制流體之流量之裝置(100)。該裝置包括第一電極(110)及沿流動之下游方向自該第一電極偏移之第二電極(120)。該等電極可連接至電壓源。該第一電極包括形成柵格結構之橋接件(111)及接合點(112)，該柵格結構經配置以允許該流體流動穿過該第一電極。該等橋接件中之至少一者之至少一部分沿平行於該流動之該方向之方向具有最大高度(h₁)且沿正交於該流動之該方向之方向具有最大規格(w₁)，其中該最大高度大於該最大規格以便改良該裝置之泵送效率。本發明亦揭示一種用於製造該裝置之方法及一種用於藉助於此裝置控制流體流量之方法。

Description

微流體裝置

本文中所揭示之本發明係關於用於輸送流體之裝置。更精確而言，本發明係關於一種用於控制流體流量之電流體動力裝置以及用於製造並控制此裝置之方法。

電子系統之效能在很大程度上受可用於將電子器件保持於適當溫度範圍內之冷卻技術限制。具有經改良效能之較小電子裝置與相對小區域內之經增加熱耗散相關聯。換言之，愈來愈需要對電子裝置進行具空間及能量效益之冷卻。

作為實例，衛星(諸如電信衛星)正處理現有板上熱管理系統之技術限制。此等衛星之功率耗散增加以滿足廣播、寬頻多媒體及行動通信服務之漸增要求。需要自電子組件(晶片上衛星)之低量熱移除之微型衛星、奈米衛星或「立方體」衛星可能需要更加緊湊之熱管理系統以用於維持高效能。

在具有發熱組件之其他電子裝置(諸如電力電子器件、強大處理器、射頻放大器、雷射等)之設計中，冷卻亦係關鍵因素。

Bologa等人之「Multistage electrohydrodynamical pump」(2000 Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena之會議記錄)揭示一種具有嵌入於金屬環中之平行導線之格狀電極之多級電流體動力(EHD)泵。根據Bologa等人的觀點，包括介電液體之工作介質中之離子的形成發生於射極電極處，然而離子在集極處重新組合。離子在庫侖力之影響下移動，該等離子藉此導致工作介質之流動。

雖然可在各種冷卻應用中利用此EHD泵，但仍需要一種用於控制流體之流量及提供經改良泵送效率之經改良裝置及方法。亦需要此等裝置之經改良製造方法。

本發明之目標係以使得改良流體之輸送效率之方式控制流體之流量。特定目標係改良用於介電流體之EHD泵之容量。

因此，本發明提供一種具有獨立請求項之特徵之裝置及控制方法。附屬請求項定義有利實施例。

在第一態樣中，該裝置之特徵在於第一電極及第二電極，其中該第二電極沿流動之下游方向自該第一電極偏移且其中該等電極可連接至電壓源。該第一電極包括形成柵格結構之橋接件及接合點，該柵格結構經配置以允許該流體流動穿過其。根據此態樣，該等橋接件中之至少一者之至少一部分沿平行於該流動之該方向之方向具有最大高度且沿正交於該流動之該方向之方向具有最大規格，其中該最大高度大於該最大規格，較佳地為該最大規格之至少兩倍。該最大高度亦可係該最大規格之三倍、四倍、五倍或六倍或者更大。

在第二態樣中，提供包括根據該第一態樣之複數個經堆疊裝置之總成。該總成可(例如)係泵總成或風扇總成。

在第三態樣中，用於控制流體之流量之方法之特徵在於提供第一電極，該第一電極包括形成經配置以允許該流體流動穿過該第一電極之柵格結構之橋接件及接合點。該等橋接件中之至少一者之至少一部分沿平行於該流動之該方向之方向具有最大高度且沿正交於該流動之該方向之方向具有最大規格，且其中該最大高度大於該最大規格，較佳地為該最大規格之至少兩倍。該最大高度亦可係該最大規格之三倍、四倍、五倍或六倍或者更大。進一步而言，將第二電極配置為沿該流動之該方向自該第一電極偏移，且將電位差施加至該第一電極及該第二電極以便致使該流體流動穿過該第一電極。

在第四態樣中，提供用於控制流體之流量之方法。該方法包括：提供根據該第一態樣之裝置；提供接觸該裝置之該第一電極之流體；及在該第一電極與該第二電極之間施加電位差。

將柵格理解為包括彼此接合以便形成(例如)光柵、網或蜂巢結構等之橋接件之任何結構。該等橋接件及該等接合點界定準許流體流動之柵格之開放區域。在一項實例中，該柵格可包括形成散熱器之凸緣。(例如)可由金屬薄片形成之該等凸緣可配置成層狀結構，其中其等邊緣部分經接合至該柵格之周邊框架。進一步而言，應理解該柵格可包括其高度與規格之間具有以上規定比率之數個橋接件。作為實例，除其周邊部分之外的整個柵格可(例如)由此等橋接件形成。在另一實例中，該柵格之橋接件中之大部分或所有橋接件皆可滿足最大高度/規格關係。

數個優點與本發明相關聯。首先，藉由形成相對於其規格具有相對大高度之橋接件之柵格，該柵格就其沿該等橋接件之高度方向或該流動之方向承載負載之能力而言可係相對剛性的。藉此達成相對剛性之電極，該電極尤其沿該流動之方向較不易於彎曲或變形，且因此可降低裝置之(例如)短路之風險。進一步而言，該相對剛性及穩定柵格仍可具有相對大開放區域，該相對大開放區域可提供由通過該柵格之流體遇到之相對低流動阻力。進一步而言，該等相對高及窄的橋接件可減少用於形成相對穩定及剛性柵格所需之材料量，此可減少該裝置之重量及成本兩者。藉由使用相對剛性之柵格，可減少對額外支撐結構之需要且可達成在該第一電極與該第二電極之間的相對明顯且恆定之間隔。該間隔可(例如)係在10μm至2000μm之範圍內，且更佳地在50μm至1000μm之範圍中。

在橋接件之相對大高度之情況下，該等橋接件亦提供該柵格結構與該通過流體之間的相對大接觸表面，此可促進該電極與該流體之間的任何相互作用，諸如(例如)材料之擴散及/或離子或電子之注入。

該第一電極與該第二電極之間的距離或間隔可係變化的以便控制電極之間所誘發之電場之強度。實驗已展示，與具有較大間隙且以相同電力供應之裝置相比，較小間隙(及因此較強所誘發電場)可達成經增加泵效率或流率。

根據實施例，該第一電極之該等橋接件中之至少一者包括形成朝向該第二電極引導之邊緣或尖端之錐形部分。本實施例基於以下洞察：藉由提供具有鉤形或尖角部分之該第一電極可改良至該流體中的該第一電極之每單位面積之電子注入。增加電子之發射可增強電流體動力效應、增加穿過該裝置之流量且因此改良其泵送效率。進一步而言，由於可在不必減小所注入電流之情況下減小柵格之開放區域(亦即流體可通過之柵格區域)，因此增加自該第一電極之電子發射效率可有利地允許穿過該柵格之流動阻力之減小。

根據實施例，該等橋接件中之至少一者包括形成經引導遠離該第二電極之邊緣或尖端之錐形部分。換言之，該錐形部分反平行於該流體之流動經引導，此可有利地使該柵格之上游部分成流線型以便減小流動阻力且增強裝置之效率。

根據實施例，該第二電極包括形成允許該流體流動穿過該第二電極之柵格結構之橋接件及接合點。該等橋接件中之至少一者包括沿平行於該流動之該方向之方向具有最大高度且沿正交於該流動之該方向之方向具有最大規格之部分，其中該最大高度大於該最大規格，較佳地為該最大規格之至少兩倍。本實施例與類似於參考該第一電極之該柵格之該結構所闡述之優點及效應相關聯。

根據實施例，該第二電極包括面對該第一電極之結構化表面部分。該結構化表面部分可包括可增加該表面部分之面積之微型結構及/或奈米結構。舉例而言，該等微型結構及/或奈米結構可包含山丘、脊、抛物面、柱或溝渠之幾何形式。增加該第二電極之表面積係有利的，此乃因其可改良收集或吸收電子之能力且因此改良該電極之效率。進一步而言，藉由藉助於微型結構及/或奈米結構增加表面積，可在相對小之表面部分上達成相對較高之作用表面積。此有利地允許相對較大之作用表面積及相對較低之流動阻力。相對較大之作用面積亦可增加該第二電極之壽命，此乃因其然後可對使該表面鈍化之污染物較不敏感。

根據實施例，該第二電極包括面對該第一電極之凹形表面部分。凹形表面部分係有利的，此乃因與平坦表面部分相比，其可提供增加之表面積，藉此增強收集電子(例如，由該第一電極發射之電子)之能力。該凹形表面可(例如)符合圓圈之弧線或者球或圓柱體之表面，使其中心或對稱軸在該第一電極之邊緣或尖端處。藉此，可在該第一電極與該第二電極之間達成均質電場。

根據實施例，該第二電極之該等橋接件及/或接合點中之至少一者包括經調適以允許該流體流動穿過通道之一通道或複數個通道。藉由配置穿過該柵格之材料之通路，可增加流量且/或減小流體阻力。

根據實施例，該裝置包括經配置以沿該流動之方向將該第二電極與該第一電極分離之支撐結構。該支撐結構可(例如)係不導電的且具有明顯厚度以便維持該第一電極與該第二電極之間的所期望間隔。該支撐結構可(例如)形成為包括(例如)陶瓷或聚合物之柵格或間隔件，且該第一電極及/或該第二電極可藉助於(例如)焊接、膠合、軟銲、硬銲、施釉或燒結連接至該支撐結構或配置於該支撐結構上。該支撐結構可包括經調適以使該第一電極與該第二電極對準及/或使數個經堆疊裝置彼此對準之對準結構。該對準結構可(例如)包括突出部件及諸如凹陷部或凹部之接納部件，其中該突出部件經調適以與另一支撐結構之對應接納部件協作且反之亦然。藉此，可促進該等電極及/或該裝置之組裝及對準。

根據進一步實施例，該第一電極、該第二電極及該支撐結構中之至少一者包括變形結構，該變形結構經配置以補償或吸收(例如)熱誘發之應力，尤其在正交於該流體流動之方向之平面中。該變形結構可(例如)由在正交於該流動之方向之該平面中彎曲之橋接件形成。由於該橋接件在正交於其高度(亦即，流動方向)之平面中易受應力或扭矩，因此該橋接件可由於其相對大高度及小規格而趨向於在彼平面中而非沿流動或高度方向變形。此有利地允許裝置對熱誘發之應力及熱膨脹較不敏感。藉此，可達成具有相對明顯尺寸及相對可靠形狀之裝置。此外，該變形結構可允許具有不同熱膨脹係數(CTE)之材料經組合。作為實例，該第一電極及/或該第二電極可由具有第一CTE之材料形成，然而該第一電極及/或該第二電極可附接至之該支撐結構可具有另一CTE。在此情況中，變形結構可提供於該等電極及/或該支撐結構中以便使得可由CTE之差所導致之任何內部熱應力能夠被在正交於流體流動之方向之該平面中變形之該變形結構吸收。因此，該變形結構可達成具有延長壽命之更可靠裝置。

根據實施例，該第一電極及/或該第二電極及/或該支撐結構由選擇性地經沈積以便形成所期望結構之材料形成。該材料可(例如)包括一種或數種金屬之堆疊式結構。沈積方法可(例如)包括模製、電鍍、絲網印刷、施釉、濺鍍、蒸發或燒結。

替代地或另外，製造可包括(例如)藉由自基板選擇性地移除材料之材料移除。適合技術之實例可包含切割、碾磨、蝕刻及噴砂。

該第一電極及/或該第二電極可有利地包括相對於所泵送流體具有相對良好的發射電子能力且化學性質穩定或惰性之材料。進一步而言，該材料可具有相對高的耐溫性。此等材料之實例可包含(例如)Pt、Au及不銹鋼。

根據實施例，在該第一電極與該第二電極之間的所施加電位差可隨時間而變化。實驗已展示，藉由(例如)使電位差在第一正值與零之間及/或正值與負值之間交替，可改良每單位面積之流體流量且因此改良泵效率。

可藉助於本發明之實施例泵送之流體(亦即，液體及氣體)之實例包含(例如)基於介電質(諸如丙酮、乙醇、氦、氮及氟碳)之流體(諸如，例如Fluorinert^TM或Novec^TM)。

在本說明書中，術語「泵」或「泵總成」可包含能夠形成流體在該裝置內及/或穿過該裝置之移動、流向或流動之任何裝置。特定而言，假使流體包括氣態材料，則該術語亦可理解為風扇或風扇總成。

當研究以下詳細揭示內容、圖式及隨附申請專利範圍時，關於本發明之進一步目標、特徵及優點將變得顯而易見。熟習此項技術者認識到，即使在不同請求項中陳述本發明之不同特徵，該等特徵仍可組合到除下文中所闡述之彼等實施例之外的實施例中。

100‧‧‧裝置/經堆疊裝置/各別裝置

110‧‧‧第一電極/射極/電極/電子發射電極

111‧‧‧橋接件/各別橋接件

112‧‧‧接合點

113‧‧‧下游部分/錐形部分

114‧‧‧邊緣/點/窄端/邊緣/尖端

115‧‧‧變形結構

117‧‧‧錐形上游部分/錐形部分

118‧‧‧邊緣/尖端

119‧‧‧對準結構/電接觸部分/各別接觸部分/突出之接觸部分

120‧‧‧第二電極/集極/電極/電子收集電極

121‧‧‧橋接件/各別橋接件

122‧‧‧接合點

123‧‧‧凹形表面部分

124‧‧‧微觀突出部/凹部/結構/微結構化表面部分/微型結構

125‧‧‧變形結構

126‧‧‧通道/變形結構

129‧‧‧各別接觸部分/突出之接觸部分/接觸部分/電接觸部分

130‧‧‧支撐配置/柵格間隔件/支撐結構

140‧‧‧堆疊結構/對準結構/載台間隔件

142‧‧‧對準結構

150‧‧‧電連接器或端子/電連接

200‧‧‧泵總成/總成

d‧‧‧正距離/間隙/恆定距離/距離

h1‧‧‧最大高度

h2‧‧‧最大高度

i‧‧‧電流

t‧‧‧時間

w1‧‧‧最大規格

w2‧‧‧最大規格

透過對本發明之實施例之以下說明性及非限制性詳細說明將更好地理解本發明之上述以及額外目標、特徵及優點。將參考隨附圖式，其中：圖1係根據本發明之實施例之第一電極及第二電極之示意性透視圖；圖2a至圖2d展示根據本發明之實施例之第一電極及第二電極之剖面部分，其中該等剖面係沿著流動方向所截取；圖3a及圖3b圖解說明根據本發明之實施例之裝置；圖4a及圖4b展示根據實施例之剖面，圖5a及圖5b係根據本發明之實施例之具備變形結構之電極之俯視圖；圖6係根據本發明之實施例之諸如泵總成之總成之剖面；且圖7a及圖7b以圖形方式圖解說明根據本發明之實施例之施加至射極之電流脈衝。

所有圖係示意性的，通常為不按比例的且通常僅展示為闡明本發明所必需之部分，然而可省略或僅提議其他部分。

圖1展示包括橋接件111及接合點112之第一電極或射極110，該等橋接件及接合點形成允許流體流動穿過射極110之柵格。射極110在垂直於由圖1中之箭頭所指示之既定流動方向之平面中具有橫向延伸部。根據此實施例，第二電極或集極120包括以類似於參考射極110所闡述之柵格之柵格配置之橋接件121及接合點122。因此，集極120在垂直於流動之方向之平面中可具有橫向延伸部以使得射極110及集極120兩者彼此平行。

射極110及集極120可沿流動方向彼此間隔開正距離d而配置。可(例如)由配置於射極110與集極120之間的支撐配置或柵格間隔件130(圖1中未展示)來維持該間隔。相對窄之間隙d可係合意的，此乃因此間隙可提供相對高電場且因此增強影響流率之電流體動力效應。可具有明顯厚度之柵格間隔件130之使用可有利地降低射極110與集極120之間的短路或崩潰之風險。如下文將更詳細地論述，柵格間隔件130(例如)可具有類似於射極110及/或集極120之組態，亦即包括橋接件111、121及接合點112、122之柵格。然而，柵格間隔件130亦可具有其他組態，諸如(例如)形成為支撐射極110及/或集極120之橫向邊緣之框架。

亦將認識到，柵格可具有多種多樣的形狀中之一者，其中邊緣及接合點(例如)可形成光柵、網、孔圖案、蜂巢結構或者適合於准許穿過射極110及/或集極120之流動之其他結構或圖案。

圖2展示裝置之射極110及集極120之一部分之剖面，該剖面係穿過三對橋接件111、121且沿著平行於流動方向之平面所截取。根據此實施例，射極110之橋接件111配置於距集極120之橋接件121一恆定距離d處，其中射極之橋接件111沿流動方向具有最大高度h₁且沿正交於流動方向之方向具有最大規格w₁。如圖2中所展示，最大高度h₁大於最大規格w₁以便達成可沿流動方向承載相對大負載而無變形或坍塌之風險之相對穩定及剛性之柵格結構，且亦具有允許流體流動之相對大開放區域。根據此實施例，集極120在橋接件121之最大高度h₂與最大規格w₂之間可具有類似關係。最大高度h₁、h₂與最大規格w₁、w₂之間的比率可(例如)大於1，且更佳地大於2。

射極110之橋接件111之剖面可包括具有形成面對集極120之邊緣或點114之錐形形狀之下游部分113。該錐形形狀可(例如)表現為沿著橋接件111之下游部分113延伸之邊緣或窄端114，或具有符合(例如)尖端、針、角錐、圓頂等之形狀之一個或數個突出部。由於射極110經受電位差，因此在錐形部分113之邊緣114處可存在可促進或推動電子發射之電場集中。

對應地，集極120之面對射極110之橋接件121之部分可具備用於增強所發射電子之收集之專用形狀或表面結構。集極120之橋接件121及/或接合點122可(例如)具備增加表面積之凹形表面部分123，及/或包括增加作用表面積之微觀突出部及/或凹部124之結構化表面。結構124可(例如)藉由模製、電鍍、表面處理或藉由選擇性地添加及/或移除材料(藉由(例如)噴砂、蝕刻、碾磨、研磨等)而形成。

圖2a展示實例性實施例，其中射極110及集極120由經絲網印刷之Pt膏形成，該Pt膏已在約800℃下燒結以便形成具有約100μm至200μm之最大高度h₁、h₂及約50μm之最大規格w₁、w₂之橋接件柵格。如在圖2b中所展示，集極120已藉助於微噴砂而配備有面對射極110之微結構化表面部分124，其中該表面係用尖銳、微米大小之粒子轟擊以便增加該表面之面積。

圖2b至圖2d中之裝置100類似於參考圖2a所闡述之裝置100。根據圖2b，射極110進一步具備錐形上游部分117，從而形成朝向流體流動引導之相對尖銳之邊緣118以便減小流動阻力且因此增強穿過射極110之流動。如圖2c及圖2d中所指示，集極120可進一步界定延伸穿過柵格之橋接件121及/或接合點122(未展示)之通道126以減小流動阻力。通道126可(例如)藉由諸如(例如)反應性離子蝕刻、濕式蝕刻等之蝕刻實現。

圖3a係指示諸如(例如)射極110之第一電極或第二電極之外形或輪廓之俯視圖。如圖3a中所展示，射極110可包括對準結構119，對準結構119亦可用作用於達成射極110之電連接之電接觸部分。電接觸部分119可(例如)包括與射極110整體地形成且可經調適以與(例如)支撐結構130及/或堆疊結構140(圖3a中未展示)之對應結構嚙合之突出部。

在圖3b中，展示射極110之一部分之透視圖，射極110類似於參考圖3a所闡述之射極110。根據圖3b，對準結構119經彎曲以形成達成射極之電連接之接觸部分。

雖然參考圖3a及圖3b所闡述之實施例係關於射極110，但將瞭解，相同特徵及優點(例如)可應用於集極120。

圖4a係根據本發明之實施例之裝置之剖面。該裝置包括配置於堆疊結構140中之第一電極或射極110及第二電極或集極120。射極110及集極120在垂直於流體流動之方向之平面中具有橫向延伸部，且由支撐結構或柵格間隔件130彼此間隔開而配置。根據圖4a，射極110及集極120包括配置於裝置之側中之一者處之各別接觸部分119、129。各別接觸部分119、129可形成為電極之整體形成之突出部且經調適以與堆疊結構之邊緣嚙合。因此，突出之接觸部分119、129可在裝置之組裝期間用作對準結構及/或達成電極110、120之電接觸。

堆疊結構140可包括用於促進經堆疊裝置100之對準之對準結構142。堆疊結構140之對準結構142可(例如)包括經調適以裝配至堆疊之下方裝置之對應對準結構之凹部中之突出部分。對應地，對準結構142可包括經調適以接納同一堆疊中之上方裝置之對準結構之突出部分之凹部。藉此可促進複數個裝置100之堆疊之對準。

圖4b展示類似於參考圖4a所闡述之裝置之裝置100，其中射極110及集極120各自具有配置於裝置之兩側處之接觸部分119、129。根據其他實施例，接觸部分119、129亦可經配置以使得射極110之接觸部分119配置於與集極120之接觸部分129所配置之側相反之側處。此有利地允許射極110及集極120在裝置100之單獨側處進行電接觸，此可促進裝置100及/或泵總成200之組裝及處置。

圖5a展示根據本發明之實施例之用作(例如)裝置100中之射極110之柵格之變形結構115。根據先前所闡述實施例，該柵格包括橋接件111及接合點112。如圖5a中所指示，變形結構115由在法向於流動方向之平面中彎曲之橋接件111構成。彎曲形狀可(例如)在橋接件111之製造期間形成或由(例如)在裝置100之使用期間發生之熱應力誘發。彎曲形狀亦可包括變弱部分，例如具有經減小規格之部分，以便使其更易於在熱誘發之應力後旋即變形。由於柵格之材料可隨溫度之增加而膨脹，因此變形結構115之橋接件111可由沿橋接件111之長度方向起作用之壓縮力壓縮。應將長度方向理解為第一接合點與第二接合點之間的延伸方向。藉此，柵格之橫向膨脹可由變形結構115吸收且熱誘發之應力減小，使得儘管發生熱膨脹，除變形結構115之外的射極110仍可保持其最初形狀。然而，應理解作用於變形結構115之橋接件111上之力亦(或替代地)可由(例如)作用於該結構上之扭矩或扭力而導致。

圖5b展示類似於參考圖5a所闡述之變形結構125，其中變形結構125由根據實施例之裝置100之集極120之橋接件121形成。然而，將理解，裝置100可具備經配置於射極110、集極120及支撐結構130中之任何一者或數者中之變形結構115、125。

可在附接至支撐結構130之射極110及/或集極120中提供變形結構115、125，其中支撐結構130可具有與射極110及/或集極120之熱膨脹係數(CTE)不同之CTE。假使射極110及/或集極120剛性地附接至支撐結構130，則可藉由變形結構115、125減小諸如(例如)彎曲及撓曲之變形以及諸如斷裂、接點斷開連接或鬆動等之損壞之風險。藉此，可增加裝置100之可靠性及使用壽命。

圖6展示根據先前所闡述之實施例中之任何一者之包括三個裝置100之一堆疊之總成(諸如泵總成200)之剖面。該剖面係沿著流動之方向(由圖6中之箭頭所指示)且跨越電極110、120之柵格之各別橋接件111、121所截取。每一裝置包括電子發射電極(射極)110、電子收集電極(集極)120及經配置以使射極110與集極120沿流動之方向分離之柵格間隔件130。根據此實施例，射極110及集極120可包括形成(例如)塊體材料或表面塗層之(例如)Pt、Au或不銹鋼。

柵格間隔件130可(例如)形成為支撐射極110及集極120之柵格。如圖6中所圖解說明，柵格間隔件130可包括射極110及集極120之邊緣部分藉由(例如)焊接、軟銲或膠合附接至之橋接件之周邊框架。替代地或另外，柵格間隔件130可包括諸如柱或間隔件等之其他間隔結構。柵格間隔件130亦可包括支撐射極及集極之中心部分之一個或數個間隔部件，諸如(例如)額外橋接件或柱。柵格間隔件130亦可包括類似於參考圖5a及圖5b所闡述之變形結構之變形結構115、125(未展示)。

射極與集極之間隔d可由柵格間隔件130之橋接件之高度判定，該高度因此可判定射極110與集極120之間所誘發之電場之量值。射極110與集極120之間的距離d可(例如)在10μm與1000μm之範圍內。

進一步而言，柵格間隔件130可包括用於促進射極110與集極120之對準及/或堆疊之裝置100之對準之對準結構。

泵總成200亦可包括具有經配置以維持第一裝置之射極110與第二裝置之集極120之間的距離之載台間隔件140之堆疊式結構。堆疊結構140亦可包括用於促進經堆疊裝置100之對準及組裝之對準結構142(圖6中未展示)及可能地如參考圖5a及圖5b所闡述之變形結構115、125以減少總成200之組件之間的任何機械應力。

柵格間隔件130及/或堆疊結構140可(例如)包括諸如Al₂O₃或Macor^TM之陶瓷材料。

如在圖6中所展示，射極110及集極120可藉由電連接器或端子150連接至外部電壓供應器(未展示)。以此方式，可在各別裝置100之射極110與集極120之間施加電位差。電位差可誘發電場，該電場可推動電子發射且賦予流體在射極110與集極120之間或穿過射極110及集極120中之每一者之移動。進一步而言，射極110及/或集極120與外部電源供應器之間的電連接150可由堆疊結構之機械特徵及/或由電接觸部分129(圖6中未展示)提供。機械特徵可(例如)經調適以便使得電連接能夠藉由(例如)施配或絲網印刷後續接著(例如)燒結或焊接而形成。有利地，可以相同製造步驟連接堆疊之射極110及/或集極120中之數個或所有射極及/或集極。

圖7a及圖7b展示根據本發明之提供至裝置100之射極110之電流i隨時間t而變。在圖7a中，正向電流經施加且經維持達第一時間週期，且然後被移除。在第二時間週期之後，再次接通電流供應器，因此形成第二脈衝。重複此程序可減少可存在於流體中之空間電荷且亦可允許任何離子化粒子重新組合。

為進一步改良鬆弛，可在參考圖7a所闡述之脈衝之間引入反向脈衝電流。圖7b中展示此程序之實例，其中正脈衝由負脈衝分離。如圖7b中所展示，負脈衝可具有大於正脈衝之絕對值，但持續達更短時間週期以便達成總體正向流動。由反向脈衝分離正脈衝之此程序可有利地改良鬆弛，可能用以移除射極110及/或集極120之污染物。

自設計的觀點看，優點係將諸如(例如)離子之帶電粒子拘限於射極110之橋接件111及/或接合點112之一部分與集極120之橋接件121及/或接合點122之對應部分之間。此體積之外(亦即各別柵格之開放部分之間)，帶電離子可對泵送行動具有有限影響。正脈衝之持續時間可經選擇以使得在射極處形成之帶負電離子可僅到達集極120。因此，若持續時間充分短，則可限制非所要離子至液體環路中之擴散。此時間長度可依據離子遷移率來計算，其中自先前技術知曉自2×10^-8m²/Vs至2×10^-7m²/Vs之範圍。針對具有100μm之電極間隔之泵，此可對應於約1ms之脈衝持續時間。有利地，零或負脈衝可係充分長以允許離子或帶電粒子之重新組合。

如上文所概述，用於控制如由圖7a及圖7b所圖解說明之流體之流量之方法可體現為以電腦程式產品之形式分佈及使用之電腦可執行指令，該電腦程式產品包含儲存此等指令之電腦可讀媒體。以實例方式，電腦可讀媒體可包括電腦儲存媒體及通信媒體。如熟習此項技術者眾所周知，電腦儲存媒體包含以任何方法或技術實施之用於儲存諸如電腦可讀指令、資料結構、程式模組或其他資料之資訊之揮發性及非揮發性兩者、可拆卸式及非可拆卸式兩者之媒體。電腦儲存媒體(或非暫時性媒體)包含但不限於RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體或其他記憶體技術、CD-ROM、數位多功能光碟(DVD)或其他光碟儲存器、磁盒、磁帶、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置。進一步而言，熟習此項技術者已知通信媒體(或暫時性媒體)通常以經調變資料信號(諸如載波或其他輸送機制)體現電腦可讀指令、資料結構、程式模組或其他資料且包含任何資訊遞送媒體。

Claims

一種用於控制流體之流量之裝置(100)，其包括：第一電極(110)；及第二電極(120)，其沿流動之下游方向自該第一電極偏移，該等電極可連接至電壓源；其中該第一電極包括形成柵格結構之橋接件(111)及接合點(112)，該柵格結構經配置以允許該流體流動穿過該第一電極；該等橋接件中之每一者包含指向該流動之方向之複數個尖端；且該等橋接件中之至少一者之至少一部分沿平行於該流動之方向之方向具有最大高度(h₁)且沿正交於該流動之方向之方向具有最大規格(w₁)，其中該最大高度大於該最大規格。
如請求項1之裝置，其中該等橋接件中之該至少一者具有擁有實質上均勻剖面之部分且包括具有形成面對該第二電極之邊緣及/或尖端(114)之剖面之錐形部分(113)。
如請求項1或2之裝置，其中該等橋接件中之該至少一者包括具有形成背對該第二電極之邊緣及/或尖端(118)之剖面之錐形部分(117)。
如請求項1或2之裝置，其中：該第二電極包括形成柵格結構之橋接件(121)及接合點(122)，該柵格結構經配置以允許該流體流動穿過該第二電極，且該等橋接件中之至少一者之至少一部分沿平行於該流動之方向之方向具有最大高度(h₂)且沿正交於該流動之方向之方向具有最大規格(w₂)，其中該最大高度大於該最大規格。
如請求項4之裝置，其中該第二電極包括表面部分，該表面部分面對該第一電極且具備用於增加該表面部分之面積之微型結構(124)。
如請求項4之裝置，其中該第二電極包括面對該第一電極之凹形表面部分(123)。
如請求項4之裝置，其中該第二電極之該等橋接件及/或接合點中之至少一者包括通道(126)，該通道經調適以允許該流體流動穿過該通道。
如請求項1或2之裝置，其進一步包括將該第二電極沿該流動之方向與該第一電極分離之支撐結構(130)。
如請求項8之裝置，其中該第一電極、該第二電極及該支撐結構中之至少一者包括變形結構(115、125)，該變形結構經配置以在正交於該流動之該方向之平面中變形以分別吸收該第一電極、該第二電極或該支撐結構中之熱誘發之應力。
如請求項9之裝置，其中該結構由在正交於該流動之該方向之該平面中彎曲之該等橋接件中之至少一者形成。
一種包括如請求項1至10中任一項之複數個經堆疊裝置(100)之總成(200)，其進一步包括經調適以使該等裝置彼此對準且使該等裝置沿該流動之該方向彼此分離之堆疊結構(140)。
一種用於製造用於控制流體之流量之裝置之方法，其包括：提供包括形成經配置以允許該流體流動穿過該第一電極之柵格結構之橋接件(111)及接合點(112)之第一電極(110)，其中該等橋接件中之每一者包含指向該流動之方向之複數個尖端；該等橋接件中之至少一者之至少一部分沿平行於該流動之方向之方向具有最大高度(h₁)且沿正交於該流動之方向之方向具有最大規格(w₁)，且其中該最大高度大於該最大規格；提供第二電極(120)；及將該第二電極配置為沿該流動之該方向自該第一電極偏移。
如請求項12之方法，其中藉由選擇性地沈積至少一種金屬而提供第一電極及/或第二電極。
如請求項12之方法，其中藉由自金屬基板選擇性地移除材料而提供第一電極及/或第二電極。
如請求項12至14中任一項之方法，其中提供該第二電極之該步驟進一步包括在面對該第一電極之表面部分中形成微型結構(124)。
如請求項12至14中任一項之方法，其中配置該第二電極之該步驟包括將支撐結構(130)配置為經配置於該第一電極與該第二電極之間。
一種用於控制流體之流量之方法，其包括：提供如請求項1至10中任一項之裝置(100)；提供接觸該裝置之該第一電極(110)之流體；及在該第一電極與該第二電極(120)之間施加電位差。
如請求項17之方法，其進一步包括使該電位差隨時間而變化之步驟。