一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)泵膜無閥靜電微泵及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微栗作為執(zhí)行器件，是微流體系統(tǒng)中的重要的構(gòu)成部件之一，可用于微電子液體、氣體冷卻液的輸送，化工用品及貴重藥物的精確輸送，藥物在人體內(nèi)的傳輸，微型航空航天器件的燃料供給等眾多領(lǐng)域。微栗的發(fā)展已經(jīng)成為微流控系統(tǒng)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
[0003]目前應(yīng)用MEMS加工技術(shù)設(shè)計(jì)的微栗，按工作原理可分為機(jī)械式微栗和非機(jī)械式微栗。目前機(jī)械式微栗占主導(dǎo)地位，其同特點(diǎn)是將栗腔的一面做成易于變形的薄膜，薄膜在力的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使腔體內(nèi)的壓力交替變化，從而產(chǎn)生栗效應(yīng)。
[0004]微栗按驅(qū)動(dòng)方式包括靜電驅(qū)動(dòng)式、壓電驅(qū)動(dòng)式、氣動(dòng)式、熱氣動(dòng)式等。靜電驅(qū)動(dòng)是指基于庫侖力的原理，在平行的2個(gè)極板中，給其中一個(gè)固定極板加上單一極性的電壓;在另一個(gè)與栗膜連接的極板上加上交變電壓，交替產(chǎn)生該極板的雙向形變，從而實(shí)現(xiàn)栗的功會(huì)K。
[0005]靜電微栗的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，可靠性好，功耗小，并與IC工藝兼容性良好。栗腔內(nèi)微流體的栗出量是微栗應(yīng)用中核心的性能指標(biāo)，而靜電微栗發(fā)展面臨的瓶頸是驅(qū)動(dòng)電壓過大。通常情況下，由于栗膜常面臨靜電吸附問題，為獲得適當(dāng)栗出量，只能拉長電極間距離;而靜電產(chǎn)生的壓力與電極施加的電壓的平方成正比，與電極間的距離的平方成反比，在栗膜振幅有限的情況下，這樣將帶來驅(qū)動(dòng)電壓的同步增大，而通常此時(shí)微栗驅(qū)動(dòng)力和行程過小，栗出量低，限制了微栗的應(yīng)用，因此尋求低驅(qū)動(dòng)電壓的靜電微栗技術(shù)具有重要的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗及其制備方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗，所述的靜電微栗是以栗腔5為對(duì)稱軸的上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，栗腔5的上下兩側(cè)分別為驅(qū)動(dòng)單元，左右兩端分別為入口 6和出口 7;驅(qū)動(dòng)單元由外至內(nèi)依次為固定電極1、絕緣層2、隔離層4和栗膜3，隔離層4內(nèi)部為不連續(xù)結(jié)構(gòu)以形成驅(qū)動(dòng)單元空腔，保證栗膜3的振動(dòng)空間；加在固定電極I上的反向驅(qū)動(dòng)電壓的頻率與栗膜3的固有頻率的偏離度為0-10%，以獲得共振效應(yīng)，使栗膜3的振幅加大。
[0009]所述反向驅(qū)動(dòng)電壓的頻率與栗膜3的固有頻率的優(yōu)選偏離度為O。
[0010]所述固定電極I的材料為Si;絕緣層2的材料為S12、Si3N4或A1203 ;栗膜3的材料為Si或PDMS ；隔離層4材料為Si02、Si3N4或Al2O3。
[0011]所述固定電極I厚度為5-250μπι;絕緣層2的厚度為5-50μπι;栗膜3厚度為5-50μπι;隔離層4的厚度為5-50μηι。
[0012]所述固定電極I優(yōu)選的厚度為50μπι;絕緣層2優(yōu)選的厚度為ΙΟμπι;栗膜3優(yōu)選的厚度為ΙΟμ??;隔離層4優(yōu)選的厚度為30μηι。
[0013]所述栗腔5兩側(cè)的兩個(gè)栗膜3在工作時(shí)同時(shí)朝相反方向振動(dòng)。
[0014]所述的一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗的制備方法，包括以下步驟:
[0015](I)基片的清洗；
[0016](2)固定電極1、入口 6和出口 7通過在基片上進(jìn)行物理氣相沉積、光刻或刻蝕制備而成；
[0017](3)絕緣層2和隔離層4通過在基片上進(jìn)行物理氣相沉積制備而成；
[0018](4)栗膜3通過在基片上進(jìn)行光刻、刻蝕或旋涂制備而成；
[0019](5)栗腔5通過在基片上共晶鍵合制備而成。
[0020]本發(fā)明的有益效果為;所述的靜電微栗能夠降低驅(qū)動(dòng)電壓，加大栗膜3的振幅，提高靜電微栗的栗出量，在特定微栗結(jié)構(gòu)下，能以相同的驅(qū)動(dòng)電壓獲得較大的栗出量，提高微栗工作效率，擴(kuò)大了微栗的適用范圍。
【附圖說明】
[0021]圖1為一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖1和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]實(shí)施例:
[0024]一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。所述的靜電微栗是以栗腔5為對(duì)稱軸的上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，栗腔5的上下兩側(cè)分別為驅(qū)動(dòng)單元，左右兩端分別為入口 6和出口 7;驅(qū)動(dòng)單元由外至內(nèi)依次為固定電極1、絕緣層2、隔離層4和栗膜3，隔離層4內(nèi)部為不連續(xù)結(jié)構(gòu)以形成驅(qū)動(dòng)單元空腔，保證栗膜3的振動(dòng)空間。
[0025]所述固定電極I的材料為為Si，厚度為50μπι;絕緣層2的材料為S12,厚度為ΙΟμπι;栗膜3的材料為Si，厚度為ΙΟμπι;隔離層4的材料為Si02，厚度為30μπι;栗膜3的固有頻率為2kHZ，對(duì)固定電極I施加200V的反向驅(qū)動(dòng)電壓，反向驅(qū)動(dòng)電壓的頻率與栗膜3固有頻率偏離度為I %，此時(shí)栗腔雙側(cè)的兩個(gè)栗膜3在同時(shí)反向振動(dòng)時(shí)受到該頻率的靜電驅(qū)動(dòng)力，獲得共振效應(yīng)，振幅加大，增大了入口 6和出口 7的微流體流量，使微栗在較小的驅(qū)動(dòng)電壓下獲得較大的栗出量，所獲得的栗出量為500yL/min。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗，其特征在于，所述的靜電微栗是以栗腔(5)為對(duì)稱軸的上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，栗腔(5)的上下兩側(cè)分別為驅(qū)動(dòng)單元，左右兩端分別為入口(6)和出口(7);驅(qū)動(dòng)單元由外至內(nèi)依次為固定電極(I)、絕緣層(2)、隔離層(4)和栗膜(3)，隔離層(4)內(nèi)部為不連續(xù)結(jié)構(gòu)以形成驅(qū)動(dòng)單元空腔，保證栗膜(3)的振動(dòng)空間；加在固定電極(I)上的反向驅(qū)動(dòng)電壓的頻率與栗膜(3)的固有頻率的偏離度為0-10%，以獲得共振效應(yīng)，使栗膜(3)的振幅加大。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗，其特征在于，所述反向驅(qū)動(dòng)電壓的頻率與栗膜(3)的固有頻率的優(yōu)選偏離度為O。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗，其特征在于，所述固定電極(I)的材料為Si ;絕緣層(2)的材料為Si02、Si3N4或Al2O3;栗膜(3)的材料為Si或PDMS;隔離層(4)材料為 Si02、Si3N4 或 A1203。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗，其特征在于，所述固定電極(I)厚度為5_250μπι;絕緣層(2)的厚度為5-50μπι;栗膜(3)厚度為5-50μπι;隔離層(4)的厚度為5-50μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗，其特征在于，所述固定電極(I)優(yōu)選的厚度為50μπι;絕緣層(2)優(yōu)選的厚度為ΙΟμπι;栗膜(3)優(yōu)選的厚度為10ym;隔離層(4)優(yōu)選的厚度為30μηι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗，其特征在于，所述栗腔(5)兩側(cè)的兩個(gè)栗膜(3)在工作時(shí)同時(shí)朝相反方向振動(dòng)。7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)栗膜無閥靜電微栗的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)基片的清洗； (2)固定電極(I)、入口(6)和出口(7)通過在基片上進(jìn)行物理氣相沉積、光刻或刻蝕制備而成； (3)絕緣層(2)和隔離層(4)通過在基片上進(jìn)行物理氣相沉積制備而成； (4)栗膜(3)通過在基片上進(jìn)行光刻、刻蝕或旋涂制備而成； (5)栗腔(5)通過在基片上共晶鍵合制備而成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域的一種反向低驅(qū)動(dòng)電壓雙側(cè)泵膜無閥靜電微泵及其制備方法。所述的靜電微泵是以泵腔為對(duì)稱軸的為上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，泵腔的上下兩側(cè)分別為驅(qū)動(dòng)單元，左右兩端分別為入口和出口；驅(qū)動(dòng)單元由外至內(nèi)依次為固定電極、絕緣層、隔離層和泵膜，隔離層內(nèi)部為不連續(xù)結(jié)構(gòu)以形成驅(qū)動(dòng)單元空腔，保證泵膜的振動(dòng)空間；加在固定電極上的反向驅(qū)動(dòng)電壓的頻率與泵膜的固有頻率的偏離度為0-10％，以獲得共振效應(yīng)，使泵膜的振幅加大。所述的靜電微泵在微泵結(jié)構(gòu)固定的情況下，顯著降低了所需靜電微泵的驅(qū)動(dòng)電壓，能以較低的驅(qū)動(dòng)電壓獲得較大的泵出量，提高微泵工作效率。
【IPC分類】F04B43/04
【公開號(hào)】CN105526135
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510896539
【發(fā)明人】姚俊奇, 魏峰, 楊志民, 趙鴻濱
【申請(qǐng)人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日