【摘要】： 隨著MEMS技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,微流體驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)的研究已逐漸成為MEMS研究的一個(gè)熱點(diǎn),開(kāi)展對(duì)微尺度、微結(jié)構(gòu)及微功能器件的微流體機(jī)理研究,尋找合適的微流體建模方法,進(jìn)而對(duì)微流體器件的結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究,是目前微流體研究中亟待解決的問(wèn)題之一。 超聲行波微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)在原理上不同于當(dāng)前各種微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù),它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的超聲振動(dòng)在輸送管道中激起行波,并在管道內(nèi)的流體介質(zhì)中產(chǎn)生行波聲場(chǎng),在聲流、聲輻射壓力的共同作用下,使液體沿行波方向運(yùn)動(dòng),是一種新的微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)。作為一種新型微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù),超聲行波驅(qū)動(dòng)沒(méi)有可動(dòng)部件,所需驅(qū)動(dòng)電壓低,控制方法簡(jiǎn)單,利于小型化,具有廣泛的應(yīng)用前景。 本文首先概述了微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)及微流體系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,回顧了微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況,對(duì)目前的幾種微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)作了介紹。 其次,介紹了壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)及其材料特性和頻率特性,詳細(xì)分析了行波的合成,通過(guò)對(duì)聲輻射壓力及聲流產(chǎn)生機(jī)理的研究,得出驅(qū)動(dòng)機(jī)理與模型參數(shù)的關(guān)系,為超聲行波微流體的驅(qū)動(dòng)控制打下基礎(chǔ)。 然后,利用ANSYS有限元分析軟件,建立圓環(huán)形微流體驅(qū)動(dòng)模型,對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析研究。通過(guò)有限元模態(tài)分析,討論了模型固有頻率與基底結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系,如模型的內(nèi)徑、外徑、基體厚度,并分析了溝道尺寸對(duì)固有頻率的影響;通過(guò)諧響應(yīng)分析,激勵(lì)出所需振型,驗(yàn)證了頻率特性,得出了響應(yīng)位移隨頻率的變化特性,為模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化提供指導(dǎo)。 最后,介紹了聲學(xué)基礎(chǔ)及聲固耦合理論,結(jié)合數(shù)值方法,借助有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行了超聲行波微流體驅(qū)動(dòng)模型的聲固耦合模態(tài)分析,通過(guò)對(duì)耦合模型與非耦合模型的對(duì)比分析,得出聲場(chǎng)對(duì)模型固有頻率的影響,并進(jìn)一步分析了流體密度、聲速等因素對(duì)模型共振頻率的影響。
【圖文】：

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文圖1一1雙金屬懸臂梁致動(dòng)的微薄膜泵如圖1一1為一個(gè)雙金屬懸臂梁制動(dòng)的微機(jī)械薄膜泵的結(jié)構(gòu)圖[32]。典型的往返運(yùn)動(dòng)式薄膜微機(jī)械泵可產(chǎn)生 110kPa的靜水壓力，流速可達(dá)到大約lm靦in.1993年一種無(wú)閥微機(jī)械泵由瑞典斯德哥爾摩Chalmer大學(xué)的stelluneE和stelnlneG等提出【34，35]，在這種微泵中，薄膜式微泵的止回閥被擴(kuò)散器/噴嘴單元代替。擴(kuò)散器/噴嘴單元在兩個(gè)方向上的流阻不同，可以產(chǎn)生單方向的凈流量。圖1一2為該泵的原理圖。這種微泵有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是泵腔內(nèi)的最小縫隙相對(duì)較大(80一100娜)，薄膜泵的顆粒問(wèn)題在無(wú)閥泵中不會(huì)遇到;二是既適用于液體，也適用于氣體。這種無(wú)閥泵的缺點(diǎn)是在關(guān)閉時(shí)沒(méi)有流動(dòng)阻力，所以當(dāng)存在反壓力時(shí)

電泳芯片、低電壓電泳芯片和交流電式的電驅(qū)動(dòng)動(dòng)流體在微管道中流動(dòng)，是一類(lèi)較為和控制方法之一。電滲驅(qū)動(dòng)屬于致動(dòng)觸的管壁上有不動(dòng)的表面電荷是電滲基或是液體中被強(qiáng)力吸附在表面的電用下，溶液中的抗衡離子就會(huì)在固液電荷則幾乎為零，，雙電層由緊密層和離子的厚度。當(dāng)在管道兩端施加適當(dāng)在緊密層和擴(kuò)散層之間的滑動(dòng)面上發(fā)力的作用，當(dāng)形成擴(kuò)散層的離子發(fā)生，因此形成了電滲流。圖1一為電滲流
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：R312

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本文編號(hào)：2523900