微流體驅動領域中,由于聲表面波工藝成熟、生物相容性好、驅動力可控及便于集成,能夠快速的驅動微流體完成輸送、聚集、混合、噴射、霧化等響應,因此成為生化反應、生物傳感器、微驅動器等方向研究的熱點。在實際應用中,由于壓電基片的自熱效應存在,容易造成器件本身的裂片與失效等問題,降低芯片的性能和使用壽命,使得高功率器件的發(fā)展十分有限。除此之外,流體受到聲波的輻射也會產生熱量,該聲熱效應在一些需要控制溫度的生化反應中尤為重要。因此,本文基于微機電系統制造技術,對器件的壓電材料和叉指換能器進行了選型和結構設計,加工出了適用于微流體驅動的聲表面波微驅動器件,并嘗試從理論和實驗兩方面對熱效應的產生機理和影響參數進行合理的解釋與探究。理論研究方面,對系統本身的損耗機制進行了探討,論證器件的自熱效應主要來自于壓電材料的結構阻尼損耗和介電損耗,流體的聲熱效應主要來自于流體內部的聲流模式帶來的粘性耗散。使用COMSOL仿真軟件建立了二維壓電-傳熱仿真模型,獲得數學模型的解析結果,從微觀尺度對聲表面波的傳播特性和熱能量的傳遞進行了描述。實驗研究方面,整個微驅動過程中的熱效應均由紅外熱成像儀和熱電偶的傳感數據得到溫度...

【文章頁數】：64 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究背景和意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 聲表面波微流體驅動概述
        1.2.2 常見聲表面波微流體驅動技術
        1.2.3 聲表面波微流體熱效應研究現狀
    1.3 本文的主要研究內容
第2章 聲表面波器件的總體設計
    2.1 引言
    2.2 聲表面波的產生與傳播
        2.2.1 聲表面波驅動原理
        2.2.2 聲表面波的激勵與傳播
    2.3 壓電基底材料參數及選擇
        2.3.1 壓電基底材料參數
        2.3.2 壓電基底的選擇
    2.4 叉指換能器結構設計
    2.5 聲表面波驅動芯片的制造與測試
        2.5.1 聲表面波驅動芯片的制造
        2.5.2 聲表面波驅動芯片的測試
    2.6 本章小結
第3章 聲表面波微流體驅動熱效應損耗機制與模型
    3.1 引言
    3.2 聲表面波微流體驅動熱效應損耗機制
        3.2.1 器件壓電效應
        3.2.2 器件自熱效應
        3.2.3 微流體聲熱效應
    3.3 聲表面波微流體驅動多物理場耦合分析
    3.4 聲表面波器件壓電-傳熱模型仿真
        3.4.1 建立二維壓電-傳熱模型
        3.4.2 求解模型步驟
    3.5 仿真結果分析
        3.5.1 特征頻率分析
        3.5.2 頻域分析
        3.5.3 時域分析
        3.5.4 穩(wěn)態(tài)溫度場分析
    3.6 本章小結
第4章 聲表面波微流體驅動熱效應實驗
    4.1 引言
    4.2 聲表面波微驅動實驗平臺
    4.3 聲表面波器件生熱實驗
        4.3.1 粘結材料對芯片熱效應的影響
        4.3.2 散熱片對芯片熱效應的影響
        4.3.3 基片厚度對芯片熱效應的影響
        4.3.4 驅動功率對芯片熱效應的影響
    4.4 聲表面波驅動流體生熱實驗
        4.4.1 驅動功率對流體熱效應的影響
        4.4.2 液體粘度對流體熱效應的影響
    4.5 本章小結
結論
參考文獻
致謝



本文編號：4006642