本文關(guān)鍵詞：基于液晶引流效應(yīng)的微流體驅(qū)動器研究

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【摘要】：微流體驅(qū)動與控制技術(shù)是微機械電子系統(tǒng)(MEMS)的一個重要分支,是構(gòu)成大多數(shù)微系統(tǒng)中感應(yīng)元件和執(zhí)行器件的主要組成部分,也是MEMS發(fā)展需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文針對現(xiàn)有微流體驅(qū)動技術(shù)中普遍存在的微型化難、驅(qū)動力小等缺點,研究基于液晶引流效應(yīng)的微流體驅(qū)動器,不僅可以促進(jìn)微泵、微閥等微流體元器件的快速發(fā)展,還能夠豐富液晶流變力學(xué)、微驅(qū)動理論。論文的主要內(nèi)容如下:(1)數(shù)值計算部分:以小分子液晶Leslie-Ericksen理論為基礎(chǔ),構(gòu)建平板運動與液晶引流相聯(lián)系的一維計算模型,推導(dǎo)并運用MAPLE化簡適用于小分子液晶的液晶引流效應(yīng)的基本方程組;在給出初始邊界條件的基礎(chǔ)上,依據(jù)中心差分法在空間上、二階龍格-庫塔法在時間上對方程組進(jìn)行離散化,運用MATLAB軟件編程進(jìn)行數(shù)值計算并詳細(xì)分析并行算法、for循環(huán)以及向量計算對程序運行時間的影響,選擇最佳編程方法;得出液晶引流速度和指向矢的三維變化形式和液晶盒盒厚,電場波形、幅值、頻率、占空比對上基片運動速度與位移的影響。(2)實驗儀器制作部分,設(shè)計制作了一款高電壓型四通道任意波形發(fā)生器:利用MATLAB對任意波形進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集作為波形輸出數(shù)據(jù)源;運用單片機控制D/A芯片經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)化電路實現(xiàn)輸出任意波形,并通過PA08電壓放大電路實現(xiàn)四通道高電壓輸出;通過Proteus仿真和PCB板焊接制作實物,波形發(fā)生器可實現(xiàn)四通道任意波形、幅值、占空比、相位角的單獨調(diào)節(jié),并實現(xiàn)四通道高電壓輸出,最高輸出電壓為110V;依提高波形發(fā)生器單通道輸出波形頻率來優(yōu)化編程和選擇硬件,最終輸出頻率的可調(diào)節(jié)范圍為0.76Hz~625Hz,性能與指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。(3)實驗研究部分:為了更準(zhǔn)確地驗證理論計算的結(jié)果,此部分需要與理論計算模型相同的實驗?zāi)Ｐ?即上板浮動的液晶盒。市場上液晶盒全部為液晶顯示用、兩板固定式,不能滿足要求。實驗部分第一步為制作液晶盒,單方向移動實驗所用液晶盒的實驗室制作流程包括ITO玻璃片的配置與清洗、ITO基片涂抹配向?qū)印⒁壕Ш谢Σ僚湎�、液晶的填充與定位粒子的添加四步。通過對不同參數(shù)液晶盒施加各種激勵電場,并利用偏光顯微鏡測試分析系統(tǒng)對液晶盒上基片運動情況進(jìn)行觀察記錄。最后通過MATLAB編程對運動視頻進(jìn)行追蹤,計算上基片運動的速度和位移,和理論計算相比較。實驗選用5CB液晶材料,理論計算中Leslie粘性系數(shù)、彈性系數(shù)等計算參數(shù)依據(jù)5CB特性選取,定性上,實驗數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)非常吻合,定量上有一定差距。在單方向?qū)嶒灥幕A(chǔ)上,進(jìn)一步做了兩方向與四方向的驅(qū)動實驗,分別設(shè)計并制作實驗所需的液晶盒,并利用自制波形發(fā)生器進(jìn)行激勵,得到了非常好的實驗結(jié)果。結(jié)合液晶盒的制作,可以做到對上板任意方向與速度大小的驅(qū)動。通過以上的研究工作,證實了液晶引流作為微流體系統(tǒng)驅(qū)動力來源的可能性。以液晶引流效應(yīng)為基礎(chǔ)制作的微流體驅(qū)動器,制作流程簡單,微型化容易,驅(qū)動力較大,能夠?qū)崿F(xiàn)多方向大位移驅(qū)動,可以有效彌補目前現(xiàn)有微流體驅(qū)動方式的不足,對微流體系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH-39;O753.2

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1159418