專利名稱：熱分解反應致動泵系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微型致動泵，特別是一種以熱分解產(chǎn)生氣體以作為動力之熱分解反應致動泵系統(tǒng)。
其中，在微型泵方面，由于其主要應用在小尺度的動力產(chǎn)生，所以，泵的動力產(chǎn)生方式跟大尺度的泵的動力產(chǎn)生有極大的差異，例如，其常常運用毛細管作用作為動力產(chǎn)生的來源。如此的微型泵，常應用如傳送化學試劑、產(chǎn)生壓力差、移動冷媒、傳輸血液等等許多不同的應用。此種微型泵亦可依傳輸動力的介質(zhì)而將泵區(qū)分為氣動式(pneumatic)與液動式(fluid)；其中，液動式泵系在泵的回路系統(tǒng)中推動液體的流動以產(chǎn)生動力；氣動式泵則通過推動泵回路中的氣體來推動整個泵的回路系統(tǒng)。
在液動式泵方面，目前有幾種主要的微型泵的設計，如薄膜泵(membrane pumps)，其運用兩個單向閥并利用一個以電控制其震動的薄膜，利用此薄膜的震動即可讓單向閥中的流體產(chǎn)生流動，此種設計類似心臟的單向閥流動；另有擴散器泵(diffuser pumps)，其利用兩個擴散率不同的開口，在兩個開口的中間運用一薄膜震動裝置反復震動，利用擴散率不同而產(chǎn)生的凈流動即可成為動力來源；還有一種，稱之為旋轉式泵(rotary pumps)的設計，此種泵利用齒輪的設計，利用齒輪帶動流體的轉動而產(chǎn)生動力；另有一種電氫動力式泵(electrohydrodynamic pumping，EHDP)，其利用流管內(nèi)的電位不斷變化，將帶電的流體加以推動；還有一種叫做電滲式泵(electroosmotic pumping)，其利用帶電流體兩端的電位差讓流體流動；超聲波泵(ultrasonic pumps)則利用流體腔中所產(chǎn)生的超聲波來帶動流體；熱毛細管泵(thermocapillary pumping，TCP)則將毛細管中的兩端之一端加熱，利用毛細管作用產(chǎn)生流體的動力；電濕潤泵(electrowetting pumping)。
液動式泵有一個共同的問題是，大部分都有連續(xù)性的要求，亦即，流體不能有不連續(xù)的情形，否則會影響流體的流動。而電氫動力式泵與電滲式泵則必須在帶電液體中才能操作，所以，有其限制。
在氣動式泵方面，目前已有熱氣動泵(thermopneumatic pumping)與氣泡泵(bubble pumps)等微型泵的設計。熱氣動泵則在加熱器端備有氣體，當加熱器加熱時，這些氣體即會膨脹，利用此氣體膨脹的動力即可作為流體動力的來源，不過，當加熱器冷卻時，液體又會回流。氣泡泵為相當簡單的設計，其利用加熱器將液體蒸發(fā)來產(chǎn)生氣泡，利用此蒸發(fā)的氣泡作為推動力的來源，于是，接近加熱器端的溫度將相當高。
以上的微型泵，各有其優(yōu)缺點，如何能制造出一種既簡單方便又便宜，且能移動流動管體內(nèi)的不連續(xù)流體的泵，成為泵研究的重要課題。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種熱分解反應致動泵系統(tǒng)，可利用溫度控制來控制熱裂解所產(chǎn)生的氣體量，進而控制流體之流速。
本發(fā)明的尚有一個目的在于，提供一種熱分解反應致動泵系統(tǒng)，利用熱裂解所產(chǎn)生的氣體，可推動微管內(nèi)的不連續(xù)液體。
本發(fā)明的還有一個目的在于，提供一種熱分解反應致動泵系統(tǒng)，熱裂解所產(chǎn)生的氣體，可將所有在微管內(nèi)的不連續(xù)液體推送出去，完成所有液體的推送，如有經(jīng)過化學反應的液體，可于泵終端直接加以處理，不會有回流至微管內(nèi)發(fā)生污染的現(xiàn)象，且于清洗時，可同樣以單向的方式清洗微管。
依據(jù)本發(fā)明所揭露的技術，本發(fā)明提供一種熱分解反應致動泵系統(tǒng)，其包含了第一壁面組，其為具有兩開口端之管壁結構以限定一通道；一液體，用以注入該通道；第二壁面組，具有一可封閉開口以及與該第一壁面組之一開口端密合并相通之一開口，該第二壁面組限定一反應腔并可通過該可封閉開口注入一熱裂解體至該反應腔；及加熱器，用以加熱該熱裂解體，使位于該反應腔中之該熱裂解體產(chǎn)生氣體通過該通道以推動該液體。
其中，液體可以是水、去離子水、生物溶液或化學溶劑，要用何種液體當視使用的需求而定。而產(chǎn)生氣體的熱裂解體材料，可選自碳酸氫銨((NH4)CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、硼氫鈉(NaBH4)、偶氮雙異丁酮玴(AZDN)、二甲基二亞硝基對苯二甲酰胺(C6H4)-[Con(CH3)-NO]2、苯磺基氫(OBSH)、苯磺酰氫((D-33)SO2(C6H4SO2NH-NH2)2)、二亞硝基五亞甲基四胺(DPT)。而熱裂解體則可以是固體、顆粒狀固體、丸狀固體或者是粉末狀固體。只要控制熱裂解的溫度，即可控制氣體產(chǎn)生的速度。
此外，加熱器的熱源可以是紅外線、激光或微波，或者以電阻式加熱。
第一壁面組當中微管狀的通道，其直徑小于1毫米，較佳的直徑大小在100-500微米(micros)之間，最佳的直徑大小在100-300微米(microns)之間。第一壁面組與第二壁面組可以任何一種微通道制造技術來制作。
通過本發(fā)明所提供之熱分解反應致動泵系統(tǒng)，只要于第二壁面組當中的反應腔中加入熱裂解體，并適當控制加熱器的溫度以讓熱裂解體產(chǎn)生適當?shù)臏囟?，即可控制氣體的產(chǎn)生并讓第一壁面組當中的液體產(chǎn)生推動力。
有關本發(fā)明的特征與功能，茲配合附圖對最佳實施例詳細說明如下
第一壁面組12，其管壁結構限定了微管狀的通道14，通道14的直徑小于1毫米，較佳的直徑大小在100-500微米(micros)之間，最佳的直徑大小在100-300微米(microns)之間。第一壁面組12可以任何一種微通道制造技術來制作，下面的制造實施例將會介紹其中幾種。
至于第一管壁組12當中的液體22，則可以是水、去離子水、生物溶液或化學溶劑，要用何種液體當視使用的需求而定。
第二壁面組16，設計上，其內(nèi)部包含了一個空腔，亦即，一個反應腔18，其與第一壁面組12的通道14開口處密合相接以形成空間上的連通，并且，還有一個可封閉開口(未示出)以填注東西進入反應腔18中。熱裂解體20即可從可封閉開口處填注至反應腔18當中。熱裂解體20的作用在于產(chǎn)生氣體，當熱裂解體20被加熱至熱裂解溫度時，其即開始產(chǎn)生氣體。由于熱裂解體20被填注至反應腔18中，所以，一旦熱裂解體20開始產(chǎn)生氣體，氣體即會通過與之連接的第一壁面組12的通道14排出。
至于可以產(chǎn)生氣體的熱裂解體20材料，可從表1中加以選擇，其包含了產(chǎn)生裂解的溫度以及裂解所產(chǎn)生的氣體。其中，NH3為氨，CO2為二氧化碳，H2O為水。而熱裂解體20可以是固體、顆粒狀固體、丸狀固體或者是粉末狀固體。只要控制熱裂解的溫度，即可控制氣體產(chǎn)生的速度。
此外，熱裂解體20的材料選擇，必須基于不與通道14中的液體22不相互反應為原則；或者，若不考慮液體22與熱裂解體20的化性，則可以在液體22與反應腔18的出口處，也就是第一壁面組12的入口處，加上一小段性質(zhì)穩(wěn)定的礦物油，例如，硅膠油、石蠟油或針車油等，其可將熱裂解體20所產(chǎn)生的氣體與液體22加以隔絕，也就不會有化學反應的疑慮發(fā)生。
加熱器24則用來加熱熱裂解體20，加熱器24的設計方式有許多種，只要能夠達到對熱裂解體20加熱目的的方式皆可，其可裝設于基板26上，或者裝設于基板26之中。熱源(heating source)則可選擇如紅外線、激光或微波作為加熱器24當中的熱源；或者，運用電阻式以電加熱。為了讓溫度可均勻傳到反應腔18當中，可在加熱器24與第二壁面組16之間加上一個導熱塊(heater block)28，在導熱塊28與第二壁面組16之間運用粘著層30將第二壁面組16與導熱塊28粘著并固定，即可形成反應腔18。
至于第一壁面組12與第二壁面組16的材料，則可從聚甲基-甲基丙烯酸酯(polymethyl methylacrylate)、多碳系、環(huán)烯烴共聚物(cycloolefin copolymer)、熱塑性聚合物(thermoplastic polymer)、熱固性聚合物(thermosetting polymer)、玻璃(glass)、無機(inorganic)材料等多種不同的材料選擇，主要的選擇原則為低化學反應性。
上述所談的本發(fā)明之熱分解反應致動泵系統(tǒng)，其具體操作即靠加熱器24對熱裂解體20的加熱，然后產(chǎn)生氣體。加熱器的溫度控制原則即依據(jù)熱裂解體20所選用的材料而決定，也就是，不同的熱裂解體20材料，其具有不同的熱裂解溫度，請參考表1。超過熱裂解溫度，溫度越高將會使熱裂解體20的熱裂解反應更快，也就可使產(chǎn)生的氣體動力越快，于是，液體的流動速率將會越快。
由于第一壁面組12的兩個開口端，一個與第二壁面組16的反應腔18相接，另一個則為出口處。所以，位于第一壁面組12之通道14中的液體22，將可于不斷產(chǎn)生的氣體推進下，完全推到另一個出口處。所以，對于常常需要更換的液體22來說，第一壁面組12的清潔較容易。
接下來，請參考圖2，本發(fā)明之熱分解反應致動泵系統(tǒng)之平面圖。圖2為

圖1的泵系統(tǒng)10的上視圖，圖中的反應腔18，其直徑約在0.5公分。通道14的寬度以及高度，可設計為300微米左右；整個通道14的長度約在20公分左右，可設計為多段的彎曲狀，每一段的長度為B，約在2公分左右。
本發(fā)明之熱分解反應致動泵系統(tǒng)的制作，可通過許多種不同的方式來進行。如圖3，其為本發(fā)明之熱分解反應致動泵系統(tǒng)之形成方法之具體實施例。泵系統(tǒng)由兩片基板制成，分別為基板26與第二基板36，第二基板36固定在基板26上。從圖中可看到，在第二基板36上，有事先挖好的通道14與反應腔18；而基板26上則有裝設于其中的加熱器24與導熱塊28。只要將基板26與第二基板36以粘著膠加以粘著兩者即可固定。第二基板36可以用硅基板，并利用蝕刻的方式將通道14與反應腔18蝕刻出來。
圖4A～4C，則為本發(fā)明之泵系統(tǒng)中微管與反應腔之形成方法之具體實施例。首先，依照所需的通道部分與反應腔部分選擇性沉積第一可移除層32于基板26上，可以光蝕刻法來達成，如圖4A所示。接著，沉積第二層34于基板26上并整個覆蓋住第一可移除層32，第二層34可以用光阻層(photoresist layer)的材料，如聚甲基-甲基丙烯酯(polymethylmethylacrylate)，如圖4B所示。最后，移除第一可移除層32，即可形成通道14，同理，反應腔可在同一制程中完成，如圖4C所示。
在圖3與圖4A～4C的實施例中，可在反應腔形成后，將反應腔開一個可封閉開口，即可填入熱裂解體。如此，每次熱裂解體反應完后，即可通過此一可封閉開口反復填充熱裂解體。
參見圖5A～5C，加熱器之溫度分別于攝氏80、100與120度時，本發(fā)明之熱分解反應致動泵系統(tǒng)加入粉末反應的效果圖。由于碳酸氫銨((NH4)CO3)的熱裂解溫度為攝氏60度，所以，分別以攝氏80、100與120度作測試。以7毫克(mg)的碳酸氫銨置入反應腔中，當反應腔中的溫度于攝氏80度時，其當反應腔中有碳酸氫銨時，所推動通道中的液體速度明顯比反應腔中沒有碳酸氫銨時快許多，如圖5A所示。溫度100與120度時，其差異更加明顯，如圖5B、圖5C所示。所以，通過加熱器的溫度調(diào)控，即可控制液體流動的速率。
雖然本發(fā)明以前述之較佳實施例揭露如上，然而，其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉相關領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當可作些許之更動與潤飾，因此本發(fā)明之專利保護范圍須視本說明書所附的權利要求書范圍所界定的為準。

表權利要求
1.一種熱分解反應致動泵，包含一第一壁面組，其為具有兩開口端之管壁結構以限定一通道；一液體，用以注入該通道；一第二壁面組，具有一可封閉開口以及與該第一壁面組之一開口端密合并相通之一開口，該第二壁面組限定一反應腔并可通過該可封閉開口注入一熱裂解體至該反應腔；及一加熱器，用以加熱該熱裂解體，使位于該反應腔中之該熱裂解體產(chǎn)生氣體通過該通道以推動該液體。
2.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該通道之截面積系小于1毫米平方。
3.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該通道之寬度與高度均小于500微米。
4.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該通道之寬度與高度均等于或小于300微米。
5.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該第一壁面組更包含一光阻層。
6.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該第一壁面組之至少一部份包含選自聚甲基-甲基丙烯酸酯、多碳系、環(huán)烯烴共聚物、熱塑性聚合物、熱固性聚合物、玻璃、無機材料，其中之一材料。
7.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該第二壁面組之至少一部份包含選自聚甲基-甲基丙烯酸酯、多碳系、環(huán)烯烴異分子聚合物、熱塑性聚合物、熱固性聚合物、玻璃、無機材料，其中之一材料。
8.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該第一壁面組之至少一部份包含一硅基板。
9.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該第二壁面組之至少一部份包含一硅基板。
10.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該液體是水。
11.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該液體是去離子水。
12.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該液體是生物溶液。
13.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該液體是化學溶劑。
14.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該熱裂解體是一固體。
15.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該熱裂解體是一顆粒狀固體。
16.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該熱裂解體是一丸狀固體。
17.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該熱裂解體是一粉末狀固體。
18.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該熱裂解體系選自碳酸氫銨、碳酸氫鈉、硼氫鈉、偶氮雙異丁酮玴、二甲基二亞硝對苯二甲酰胺、苯磺基氫、苯磺酰氫、二亞硝基五亞甲基四胺，其中之一作為熱裂解材料。
19.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該加熱器更包含一沉積有一擴散電阻之硅基板。
20.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該加熱器更包含一印刷電阻。
21.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該加熱器置于該反應腔下方。
22.如權利要求1所述之熱分解反應致動泵，其中，該加熱器系從一紅外線、一激光與一微波，三者任選其一作為其熱源。
23.如權利要求21所述之熱分解反應致動泵，其中，更包含一置于該加熱器與該反應腔間之導熱塊。
24.如權利要求22所述之熱分解反應致動泵，其中，該加熱器與由該第二壁面所限定之該反應腔之間更包含一粘著層。
25.一種推動液體流動的方法，包含下列步驟提供一泵系統(tǒng)，其具有一第一壁面組與一第二壁面組，該第一壁面組限定一通道且注有一液體于第一處，該第二壁面組限定一反應腔且裝有一熱裂解體，該第一壁面組與該第二壁面組加以連結并讓氣體可由該反應腔流向該通道；及加熱該熱裂解體以產(chǎn)生氣體，將該液體由該通道之該第一處推動至該通道之一第二處。
26.如權利要求25所述之推動液體流動的方法，其中，該熱裂解體是一固體。
27.如權利要求25所述之推動液體流動的方法，其中，該熱裂解體是一粉末狀固體。
28.如權利要求25所述之推動液體流動的方法，其中，該熱裂解體系選自碳酸氫銨、碳酸氫鈉、硼氫鈉、偶氮雙異丁酮玴、二甲基二亞硝基對苯二甲酰胺、苯磺基氫、苯磺酰氫、二亞硝基五亞甲基四胺，其中之一作為熱裂解材料。
29.如申請專利范圍第25所述之推動液體流動的方法，其中，對該熱裂解體加熱之溫度至少大于攝氏50度。
30.如權利要求25所述的推動液體流動的方法，其中，對該熱裂解體加熱之溫度至少大于攝氏56度。
31.如權利要求25所述的推動液體流動的方法，其中，對該熱裂解體加熱之溫度至少大于攝氏64度。
32.如權利要求25所述的推動液體流動的方法，其中，對該熱裂解體加熱之溫度在攝氏45至75度之間。
33.如權利要求25或28所述的推動液體流動的方法，其中，對該熱裂解體加熱之溫度系依據(jù)該熱裂解體之熱裂解溫度設定，其范圍在攝氏45至250度之間。
34.如權利要求25所述的推動液體流動的方法，其中，該液體是去離子水。
35.如權利要求25所述的推動液體流動的方法，其中，該液體是生物溶液。
36.如權利要求25所述的推動液體流動的方法，其中，該液體是化學溶劑。
全文摘要
本發(fā)明公開一種熱分解反應致動泵系統(tǒng),包含了:兩端開口及包含一個通道的第一壁面組與以其一開口端接合的第二壁面組；一液體,用以注入該通道；第二壁面組并限定了一個反應腔并可通過該可封閉開口注入熱裂解體；最后,還包含了一個加熱器,用以加熱該熱裂解體,使反應腔中之熱裂解體產(chǎn)生氣體通過該通道以推動該液體；通過控制加熱器加熱的溫度,在達到熱裂解體的熱裂解溫度之上,即可控制氣體產(chǎn)生的速度,進而控制推動液體的速度。
文檔編號F04F1/00GK1423061SQ0113980
公開日2003年6月11日 申請日期2001年11月29日 優(yōu)先權日2001年11月29日
發(fā)明者翁國曜, 吳清沂 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院