一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于PVC‑gel柔性驱动的微泵结构，包括泵体和PVC‑gel柔性驱动单元，泵体上设置有凹槽、进水口和出水口，PVC‑gel柔性驱动单元设置在腔体内构成微泵结构，PVC‑gel柔性驱动单元用于在电场的作用下向阳极发生蠕变变形从而引起腔体内部容积和压力变化实现流体的泵送。本发明专利技术采用树脂材料作为微泵泵体，可以泵送各种性质的液体，采用PVC‑gel薄膜作为柔性驱动振子，只需要施加交变电压，不需要复杂的附加装备就能实现微泵的泵送，扩大了微泵领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构
本专利技术属于智能材料与智能结构
，具体涉及一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构。
技术介绍
近几年来，针对微型泵进行的研究工作可谓种类繁多。对微型泵的结构、工艺材料和驱动等方面进行了大量研究工作，微型泵主要由泵体、出入口(包括阀门式和无阀式)和驱动器等部分组成。而驱动方式已成为微型泵能否实用化的关键技术。压电驱动微泵是基于压电晶体的压电特性驱动薄膜振动从而实现泵送流体的。常见的压电材料有压电片、PZT压电堆、压电薄膜。其缺点是驱动电压高、振幅小，自吸困难，限制了其应用范围。静电驱动是基于库伦力的原理，在其中一个固定电极上加单一极性电压，在另一个与泵膜相连的可动电极上加交变电压，交替产生双向形变，从而实现泵送功能。静电微泵具有低功耗、响应快、驱动频率高等优点；但不足的是驱动电压高，体积冲程小，而且还需在微泵加入防止电路短路的绝缘膜，加工工艺要求高。热气驱动基本原理是利用加热产生的气体膨胀力为驱动力。通过加热冷却压力室的气体产生膨胀和收缩动作，推动泵膜运动。热气驱动微泵提供的驱动力较大，微泵整体体积较小；但是由于冷却较慢，微泵响应慢，驱动频率低，一般为几赫兹，而且功耗较大。电磁驱动微泵的原理是将永磁铁贴在泵膜上，利用线圈产生的交变磁场，使得永磁体带动泵膜往复运动，达到泵送流体的目的。其缺点是能耗高、电磁材料微加工困难、由于线圈存在难以微型化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构，采用新型驱动材料电活性聚合物PVC-gel，驱动方式简单，并设计新型电极结构，简化了微泵结构，可控性强、驱动方式简单、结构和制作方法简单，成本低，体积小。本专利技术采用以下技术方案：与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构，在泵体的腔体内设置PVC-gel柔性驱动单元用于在电场的作用下向阳极发生蠕变变形从而引起腔体内部容积和压力变化实现流体的泵送，PVC-gel柔性驱动单元采用电活性聚合物PVC-gel作为驱动，驱动方式简单，同时PVC-gel本身具有一定的粘弹性，能和泵体接触面较好的贴合密封。进一步的，单腔微泵结构原理简单，制造工艺成熟，易于控制，反向截止性能较好。进一步的，双腔微泵结构相比于单腔微泵，双腔微泵工作时能够更大改变泵送腔体内部容积和压力的变化，可减轻流体脉动性，提高输送能力，并且压力和流量稳定，提高微泵效率。进一步的，PVC-gel薄膜本身具有一定的粘性，能够和泵体很好地粘合，减少机械装配结构，同时PVC-gel是一种电活性聚合物，能够在电压下作出快速的响应。进一步的，利用PVC-gel的变形原理，设计的环状电极，大大简化了微泵结构。进一步的，用树脂材料通过3D打印技术制成泵体，有效节约成本。进一步的，将正负电极和PVC-gel薄膜设置成三明治结构，PVC-gel薄膜在正负电极之间，正负电极片在中间开孔，使PVC-gel薄膜能够在电场作用下，在电极开孔处产生上下震动变形，从而引起腔体内部容积和压力的变化，实现液体的泵送，可以大幅提高泵送能力。综上所述，本专利技术采用树脂材料作为微泵泵体，可以泵送各种性质的液体，采用PVC-gel薄膜作为柔性驱动振子，只需要施加交变电压，不需要复杂的附加装备就能实现微泵的泵送，扩大了微泵领域的应用。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为PVC-gel在环状电极下变形原理图，其中，(a)为通电前，(b)为通电后；图2为本专利技术一种单腔微泵结构图；图3为本专利技术一种双腔微泵结构图；图4为本专利技术另一种单腔微泵结构图；图5为本专利技术另一种双腔微泵结构俯视图；图6为本专利技术第三种单腔微泵结构图。其中：1.负极环；2.正极环；3.出水口；4.泵体；5.腔体；6.进水口；7.PVC-gel薄膜；8.绝缘环。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。PVC-gel材料是一种电活性聚合物，变形机理是，当PVC-gel在电场中时，PVC-gel会向阳极产生快速蠕变变形，当撤去电场后，PVC-gel依靠自身弹性快速回复到原始位置，由此可见，PVC-gel在电场中能够产生上下震动式的变形，在电场的作用下可产生大幅变形，远大于现有的压电材料，可以大幅提高泵送能力，可灵活地应用于微泵结构的驱动材料。本专利技术提供了一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构，采用PVC-gel柔性驱动振子、正负电极环、绝缘环和树脂泵体组成，PVC-gel柔性驱动振子在交变电压的作用下产生上下震动引起腔体容积和压力的变化，在单向阀的作用下实现流体的泵送；基于PVC-gel驱动的微泵结构可以是单腔以及多腔等多种形式。采用的树脂材料作为微泵泵体，可以泵送各种性质的液体，采用PVC-gel薄膜作为柔性驱动振子，只需要施加交变电压，不需要复杂的附加装备就能实现微泵的泵送，扩大了微泵领域的应用。请参阅图1，通电前与通电后PVC-gel驱动薄膜的变化，通电后，PVC-gel薄膜会向靠近阳极的空隙内法还是能蠕变变形，撤去电压后又能恢复原状，在正弦电压或者方波电压下PVC-gel薄膜能够产生上下震动。本专利技术一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构，包括泵体4和PVC-gel柔性驱动单元，泵体4为树脂材质制成，泵体4上设置有凹槽、进水口6和出水口3，PVC-gel柔性驱动单元设置在凹槽内构成密闭微泵结构，PVC-gel柔性驱动单元用于在电场的作用下向阳极发生蠕变变形从而引起泵体4内部容积和压力变化，在单向阀的作用下实现流体的泵送。请参阅图2，凹槽设置在泵体4的一侧，凹槽的中心开有腔体5，凹槽内设置PVC-gel柔性驱动单元构成单腔微泵结构。请参阅图3，凹槽对称设置在泵体4的上下两侧，凹槽的中心开有腔体5用于相互连通，每个凹槽内均设置有一个PVC-gel柔性驱动单元构成双腔微泵结构。PVC-gel柔性驱动单元包括负极环1、正极环2和PVC-gel薄膜7，负极环1和正极环2之间设置有绝缘环8，PVC-gel薄膜7设置在凹槽内，一侧分别与正极环2、绝缘环8和负极环1接触，正极环2中心对应腔体5开有通孔，绝缘环8套装在正极环2的外部，负极环1套装在绝缘环8的外部，通过对负极环1和正极环2施加矩形波或者正弦波电压能够引起PVC-gel薄膜7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PVC‑gel柔性驱动的微泵结构，其特征在于，包括泵体(4)和PVC‑gel柔性驱动单元，泵体(4)上设置凹槽、进水口(6)和出水口(3)，PVC‑gel柔性驱动单元设置在凹槽内构成密闭微泵结构，PVC‑gel柔性驱动单元用于在电场的作用下发生蠕变变形从而引起泵体(4)内部容积和压力变化，通过外接单向阀实现流体泵送。

【技术特征摘要】
1.一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构，其特征在于，包括泵体(4)和PVC-gel柔性驱动单元，泵体(4)上设置凹槽、进水口(6)和出水口(3)，PVC-gel柔性驱动单元设置在凹槽内构成密闭微泵结构，PVC-gel柔性驱动单元用于在电场的作用下发生蠕变变形从而引起泵体(4)内部容积和压力变化，通过外接单向阀实现流体泵送。2.根据权利要求1所述的一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构，其特征在于，凹槽设置在泵体(4)的一侧，PVC-gel柔性驱动单元设置在凹槽内构成单腔微泵结构，通过对PVC-gel柔性驱动单元施加矩形波或者正弦波电压引起PVC-gel柔性驱动单元的周期性上下震动，驱动泵体(4)内部的容积和压力的周期性变化实现吸水和排水功能。3.根据权利要求1所述的一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构，其特征在于，凹槽对称设置在泵体(4)的上下两侧，两个凹槽通过腔体(5)相互连通，每个凹槽内均对应设置一个PVC-gel柔性驱动单元构成双腔微泵结构，通过对两个PVC-gel柔性驱动单元施加相同驱动电压信号和相位的矩形波或者正弦波电压引起PVC-gel柔性驱动单元的周期性上下震动，驱动泵体(4)内部的容积和压力的周期性变化实现吸水和排水功能。4.根据权利要求2或3所述的一种基于PVC-gel柔性驱动的微泵结构，其特征在于，凹槽内设置有腔体(5)，PVC-gel柔性驱动单元包括负极环(1)、正极环(2)和PVC-gel薄膜(7)，PVC-gel薄膜(7)设置在凹槽内，形成密闭腔体结构，正极环(2)和负极环(1)分别设置在PVC-gel薄膜(7)上，正极环(2)与负极环(1)之间设置有绝缘环(8)，绝缘环(8)套装在正极环(2)的外部，负极环(1)套装在绝缘环(...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱子才，徐雪杰，罗斌，陈花玲，杨铖，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61