CN202900597U - 一种能实现双向流动的超声流微泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种能实现双向流动的超声流微泵，它由多个声流微泵单元串接而成，每个声流微泵单元的流体腔包括入口腔、出口腔、声流腔和回流腔四部分形成H形腔体结构，其中入口腔、回流腔在水平方向相接，相接处垂直连接声流腔，声流腔顶端垂直连接出口腔，每个声流微泵单元的声流腔正对一个压电片，压电片置于正对声流腔的管道底侧位置，压电片连接压电驱动器，多个声流微泵单元的流体腔相连通。本实用新型微泵不需要压力腔，无活动部件，可靠性高；易于制造；对悬浮粒子损伤小；工作电压低；发热低；对所传输的液体/气体类型没有限制，可用于传输包含DNA及其它生物试样的液体等。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微泵，特别涉及一种能实现双向流动的超声流微泵。
背景技术
微泵是微流体系统的关键执行部件，应用十分广泛。在试验和医疗方面，微泵可用于DNA检测分析以及药物在人体内的传输；航空航天领域，微泵可用于微型航空航天器及微型探测器的燃料供给；在微电子领域，微泵可用与微电子液体冷却系统冷却液的输送；在化工领域，微泵可用于化工用品的输送以及贵重药物的精确配置。
有阀微泵通常采用机械部件实现整流，整流效果较好，但是存在可动部件磨损和疲劳破坏，小型化和使用寿命受到限制。
无阀微泵的研究始于1993年，瑞典E.Stemme等人设计出扩张/收缩管型微泵，利用出入口结构的不对称性对流体产生的阻力的不同实现整流。此后，众多学者对此种类型的微泵从加工方法、驱动方式、泵体材料及封装方法等不同侧面进行了全面的研究，是目前无阀微泵研究最为活跃的领域。这类微泵的性能严重依赖于出入口的结构设计，通常流量损失较大，效率偏低。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述不足而提供一种能实现双向流动的超声流微泵，这种微泵可以实现流体的双向流动。
本实用新型采取的技术方案为：
一种能实现双向流动的超声流微泵，它由多个声流微泵单元串接而成，每个声流微泵单元的流体腔包括入口腔、出口腔、声流腔和回流腔四部分形成h形腔体结构，其中入口腔、回流腔在水平方向相接，相接处垂直连接声流腔，声流腔顶端垂直连接出口腔，每个声流微泵单元的声流腔正对一个压电片，压电片置于正对声流腔的管道底侧位置，压电片连接压电驱动器，多个声流微泵单元的流体腔相连通。
所述的入口腔、出口腔、声流腔和回流腔横截面优选方形，尺寸10um×10um～100um×100um。
压电驱动器施加高频（1-50MHz）正弦电压时，底部压电片产生振动，近压电片的声流腔内出现了高强度超声场，由于流体存在粘滞性，沿声流腔方向会产生衰减，从而产生压力梯度，它促使超声场内的液体沿着超声波的行进方向流动，形成净流动。
采用这样的结构，不仅能提高驱动力，增加流速和流量，而且在不同的位置施加驱动电压，可以实现流体的双向流动。当高幅声波在耗散性流体介质中传播时，由于存在着声损耗，损失的部分能量通过非线性流体动力学耦合，作为稳定动量施加到流体上，从而使流体产生稳定的声流流动。声流对微流体而言是一种较好的驱动方式，原因一是能较好的克服由于微小尺寸带来的显著的粘性力影响（粘性产生声流；声流驱动力是体积力）；二是尺寸越小，声流驱动力越明显。这是因为管道尺寸越小边界层声流的影响越明显。
本实用新型微泵不需要压力腔，无活动部件，可靠性高；易于制造；对悬浮粒子损伤小；工作电压低；发热低；对所传输的液体/气体类型没有限制，可用于传输包含DNA及其它生物试样的液体等。
附图说明
图1为声流微泵单元的结构图；
图2为本实用新型能实现双向流动的超声流微泵结构图；
其中，1.入口腔，2.出口腔，3.声流腔，4.回流腔，5.压电片。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明。
一种能实现双向流动的超声流微泵，它由多个声流微泵单元串接而成，每个声流微泵单元的流体腔包括入口腔1、出口腔2、声流腔3和回流腔4四部分形成H形腔体结构，其中入口腔1、回流腔4在水平方向相接，相接处垂直连接声流腔3，声流腔3顶端垂直连接出口腔2，每个声流微泵单元的声流腔3正对一个压电片5，压电片5置于正对声流腔的管道底侧位置，压电片5连接压电驱动器，多个声流微泵单元的流体腔相连通。
设计的声流微泵单元结构俯视图如图1。包括入口腔1、出口腔2、声流腔3和回流腔4四部分组成。各腔体的尺寸为10um×10um到100um×100um的方形微管道。
图1的单元结构可以通过微加工技术来制作。基体采用硅材料，在管道位置上涂上光刻胶，根据需要的管道深度确定好蚀刻时间。管道蚀刻完成后，在上表面通过阳极键合覆盖玻璃板。最后将压电片粘到正对声流腔的位置处。
压电驱动器施加高频（1-50MHz）正弦电压时，底部薄膜产生振动，近薄膜的声流腔内出现了高强度超声场，由于流体存在粘滞性，沿声流腔方向会产生衰减，从而产生压力梯度，它促使超声场内的液体沿着超声波的行进方向流动，形成净流动。
图2是由若干单元构成的多单元声流微泵结构俯视图。采用这样的结构，不仅能提高驱动力，增加流速和流量，而且在不同的位置施加驱动电压，可以实现流体的双向流动。
Claims (2)
1.一种能实现双向流动的超声流微泵，其特征是，它由多个声流微泵单元串接而成，每个声流微泵单元的流体腔包括入口腔、出口腔、声流腔和回流腔四部分形成H形腔体结构，其中入口腔、回流腔在水平方向相接，相接处垂直连接声流腔，声流腔顶端垂直连接出口腔，每个声流微泵单元的声流腔正对一个压电片，压电片置于正对声流腔的管道底侧位置，压电片连接压电驱动器，多个声流微泵单元的流体腔相连通。
2.根据权利要求1所述的一种能实现双向流动的超声流微泵，其特征是，所述的入口腔、出口腔、声流腔和回流腔横截面为方形。
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|---|---|---|---|---|
| CN102996418A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-03-27 | 山东大学 | 一种能实现双向流动的超声流微泵 |
| CN103967759A (zh) * | 2014-05-18 | 2014-08-06 | 辽宁工程技术大学 | 一种压电片内置式的超声水泵 |
| CN107185608A (zh) * | 2016-03-15 | 2017-09-22 | 李榕生 | 一种基片材质为pdms的霍乱诊断用微流控芯片装置 |
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