用于微流量系统的一种微型泵

　　随着科学技术的发展,纳米微米技术也随之得到发展,尤其近些年内,国内外在微制造技术的发展取得了很大进展,如LIGA电铸技术及IC技术,使得某些微机械、微马达、微传感器、微加速度计及微型泵等得以实现,并有的已经成为商品。微型泵的研究,近几年发展也很快,它是微循环系统,微分析系统等等不可缺少的主要器件,国外已有很大突破。本文拟介绍德国KARLSRUHE研究中心,微结构技术研究所所研制的一种新型薄膜微型泵。

　　这种微型泵是利用加热器加热气室,使气室内压力改变推动薄膜运动,从而打开(或关闭)人口处微阀门并同时关闭(或打开)出口微阀门,使气体定向流动,这种微型泵的流速可达150～200μl/min,其大小为9mm×10mm×3mm。

　　1　微型泵的结构及工作原理

　　微型泵是用塑料材料制做的,在微型泵上部粘接两个小喷管,可以与外部微循环系统相连接。电控部分通过扁平电缆连接。图1—1出了这种微型泵的结构图。它是由两个用聚砜材料铸模而成的微型泵体。在中间有一层1.5μm厚的聚酰亚胺薄膜。这个薄膜充当推动泵腔内气体定向流动的振动膜。振动膜部分为直径 3.8mm,在它上面有黄金材料的盘绕式薄片加热器,加热器由频率可达20Hz的电脉冲控制。当加热器被电脉冲加热时,使微型泵的气室内空气压力增加,这个压力推动薄膜向下运动,使泵腔内气体压力增加,此时入口处微阀门被关闭,同时出口处微阀门被打开,使气体流出。当加热器停止加热时,气室内逐渐冷却,振动膜恢复原来状态,使原泵内气体压力减少。此时,入口处微阀门被打开,同时出口处微阀门被关闭,使气体流入泵腔。当加热器再一次被加热时,使气室内气体压力增加,推动薄膜向下运动,使泵腔内气体又从出口处流出。这样循环下去,就使气体连续定向流出。这就是这种微型泵的工作原理。这种微型泵由电压为15V,频率达20Hz的电脉动驱动。最大流速可达150～200μl/min。在减小流速时,可产生70～100hpa的压力。这个流速和压力可以通过加热器控制。

　　图1—2所示为微型泵流速随气压及驱动器频率的函数关系。

　　2　应用举例

　　这种微型泵是为传输气体而设计的,液体不能直接被传输,而是通过在液体之前的气垫来实现的。图2—1a是一个传输液体的应用例子。在液体的上面有一个气垫,气垫与这种微型泵相连,由微型泵流出的气体使气垫的压力增加,这个压力又使液体从微小喷管流出,达到传输液体的功能。这种工作模式有很多好处。其一避免由于液体内存在微小的微粒或气泡等原因堵塞微型泵;其二解决第一次不能充满微型泵的问题;其三这种工作模式,使液体流速更均匀。