一种用于电流变液输送的无阀微泵及其泵送方法技术

一种用于电流变液输送的无阀微泵及其泵送方法，解决了有阀微泵的运动阀门长期使用易疲劳失效和易堵塞的问题，微流控芯片基底上设有主流道，主流道内设的绝缘隔板将主流道分隔成第一流道和第二流道，第一流道的中部加工有第一泵腔，第二流道的中部加工有第二泵腔，第一泵腔的侧壁上设置有第一驱动器，第二泵腔的侧壁上设置有第二驱动器，第一流道上位于第一泵腔的左右两侧各设有电极，第二流道上位于第二泵腔的左右两侧各设有电极。泵送方法为向四个电极输入周期性电信号与第一驱动器和第二驱动器协同动作，使不同电极的正极板和负极板间流道呈打开或关闭状态实现电流变液单向连续稳定输送，流体输送稳定性好。流体输送稳定性好。流体输送稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电流变液输送的无阀微泵及其泵送方法


[0001]本专利技术属于微流控芯片
，具体涉及到微流控技术中流体的输送装置。

技术介绍

[0002]微流控技术因其高速、低耗、无污染、体积小等特点，被广泛用于高通量材料筛选、化学分步反应、生化检测、原位监测等材料、化学、生物、医学等领域。它将分析实验室的功能转移到微型芯片上，具有样本需求量少、效率高、便携性和高度集成性等优点。
[0003]电流变液通常是由微米级高介电常数微粒和弱电导或非电导基液混合而成的固液两相悬浮液。其流变特性可以通过外加电场改变，从液体迅速转化到类似固体状态。而且这种转变在电场撤销后是可逆的。这些流变特性使得电流变液成为备受瞩目的智能功能材料，已广泛用于微流控装置。在微流控装置中，能够使流体在微通道内连续稳定输送的微泵装置是微流控系统可靠运行的保证。现有的微泵装置一般有两种技术路线：有阀与无阀控制。
[0004]对于有阀控制，有多种技术实施方案：
①
使用传统单向阀与液压式微流泵，输运的动力由液压泵的上下往复运动提供泵腔内的压力周期变化，单向阀起到止回的作用；
②
使用蠕动泵与单向阀，蠕动泵的工作原理基于柔性管路的压缩和松弛，通过旋转蠕动轮，交替压缩和松弛柔性管路，实现流体的循环吸入与推动。
③
使用其他泵与单向阀，如电渗泵，集成微型泵，压力薄膜驱动泵等。
[0005]这三种输运方式均对工作环境有较高的要求，液压式微流阀的电机运动的每一步之间存在时间停顿，因此，在驱动微流体时会产生“振荡”现象，导致流体会有周期波的产生，致使流动稳定性变差。
[0006]对于上述的方案改进，一种方法增加流体稳流器，这种稳流方法在微流控装置上的布置较为繁琐，还有一种方法是控制泵腔内流体的体积变化频率，使其流体运输具有较小的延迟响应时间，但这种方法对装置的要求极高。
[0007]对于无阀控制，这种震荡流动的控制较为容易，利用流道的结构性设计，会导致绝大部分的流体流动到所需处，部分流体会出现倒流情况，控制两端口的压差与流率，可以对震荡性起到一个减弱作用，但缺点就是会造成运输损失，导致流体运输量减小，对于粘弹性流体而言，非常依赖其剪切粘度。尤其对于微流控装置中的低雷诺数流动情况，许多无阀泵设计是无效的，很难在给定方向上实现持续的流动。
[0008]因此，加大深入研发无阀微泵技术是很有必要的，有着较为广阔的市场前景，为此，本专利技术的专利技术人专利技术了适用于电流变液输送的无阀微泵。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术在于克服现有微流控装置中无阀泵的不足，提供一种设计合理、流道结构简单、流体回流损失小、流体流动性好不易堵塞的用于电流变液输送的无阀微泵。
[0010]解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于电流变液输送的无阀微泵，微流控芯片基底上加工有主流道，主流道一端为进液口、另一端为出液口，主流道中部两侧壁上分别加工有第一泵腔和第二泵腔，第一泵腔的侧壁上设置有驱动电流变液流动的第一驱动器，第二泵腔的侧壁上设置有驱动电流变液流动的第二驱动器，主流道内中部沿着流动方向设置的绝缘隔板将主流道分隔成结构相同的第一流道和第二流道，第一流道和第二流道内流通有电流变液，第一泵腔的左右两侧分别设置有A电极和B电极，第二泵腔的左右两侧分别设置有C电极和D电极，A电极、B电极、C电极、D电极均由互相平行的正极板和负极板组成，四个电极的正极板均位于主流道的侧壁上、负极板均位于绝缘隔板上。
[0011]作为一种优选的技术方案，所述第一驱动器为压电致动器或热膨胀驱动器或电磁驱动器或记忆合金形变驱动器；所述第二驱动器与第一驱动器相同。
[0012]作为一种优选的技术方案，所述压电致动器为：压电薄膜正负极通过导线接电源的正负极。
[0013]作为一种优选的技术方案，所述主流道的两侧壁上各加工有两个正极板安装凹槽，正极板安装在正极板安装凹槽内，正极板安装凹槽的深度大于正极板的厚度；所述绝缘隔板加工有与四个正极板安装凹槽对应的负极板安装凹槽，负极板安装在负极板安装凹槽内，所述负极板安装凹槽的深度大于负极板的厚度。
[0014]本专利技术还提供一种用于电流变液输送的无阀微泵的泵送方法，包括以下步骤：
[0015]S1.让电流变液充满整个泵，A电极和D电极通电、B电极和C电极断电，A电极间和D电极间的电流变液固化关闭流道，第一驱动器动作，使第一泵腔体积变小，将第一泵腔内的电流变液经B电极通过主流道的出液口输送出，同时第二驱动器动作，使第二泵腔体积变大，将电流变液从主流道的进液口吸入经C电极流入第二泵腔；
[0016]S2.A电极和D电极断电、B电极和C电极通电，B电极间和C电极间的电流变液固化关闭流道，第二驱动器动作，使第二泵腔体积变小，将第二泵腔内的电流变液经D电极通过主流道的出液口输送出，同时第一驱动器动作，使第一泵腔体积变大，将电流变液从主流道的进液口吸入经A电极流入第一泵腔；
[0017]S3.重复步骤S1和S2，电流变液连续吸入和泵出，实现电流变液的连续平稳输送。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]1、本专利技术充分利用了电流变液流体粘性可以调节的原理，采用控制电极正极板和负极板间流体粘度的方法，使得流体在液体和近固体之间迅速切换，进而控制第一流道和第二流道的连通与关闭，流体自身起阀门作用，无运动的阀门部件，避免了有阀微泵的运动阀门部件长期使用容易疲劳失效的问题。
[0020]2、本专利技术在不使用阀门的情况下，采用四个电极和两个压电致动器的协同配合，能够保证流体连续稳定的吸入和输出，能够保证流体单向净流量最大，大大减小了流体回流损失。
[0021]3、流道自身结构简单且无阀门，电流变液输送过程中不易堵塞，尤其对于电流变液这种液体中含有固相微粒的流动介质，优势更明显。
[0022]4、本专利技术采用周期性X型电流变信号与异相压电驱动信号协同动作泵送方法，通过电流变控制信号的和驱动器的有机结合，实现了微流道内电流变液连续稳定高效输送。
附图说明
[0023]图1是本专利技术用于电流变液输送的无阀微泵的结构示意图。
[0024]图2是压电致动器和电极周期性电信号示意图。
[0025]其中：微流控芯片基底1、绝缘隔板2、A电极3、第一压电致动器4、B电极5、D电极6、第二压电致动器7、C电极8、主流道1
‑
1、第一流道1
‑1‑
1、第二流道1
‑1‑
2、第一泵腔1
‑
2、第二泵腔1
‑
3、第一电源4
‑
1、第一压电薄膜4
‑
2、第二电源7
‑
1、第二压电薄膜7
‑
2；
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于下述的实施方式。
[0027]在图1中，本实施例的用于电流变液输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电流变液输送的无阀微泵，其特征在于：微流控芯片基底上加工有主流道，主流道一端为进液口、另一端为出液口，主流道中部两侧壁上分别加工有第一泵腔和第二泵腔，第一泵腔的侧壁上设置有驱动电流变液流动的第一驱动器，第二泵腔的侧壁上设置有驱动电流变液流动的第二驱动器，主流道内中部沿着流动方向设置的绝缘隔板将主流道分隔成结构相同的第一流道和第二流道，第一流道和第二流道内流通有电流变液，第一泵腔的左右两侧分别设置有A电极和B电极，第二泵腔的左右两侧分别设置有C电极和D电极，A电极、B电极、C电极、D电极均由互相平行的正极板和负极板组成，四个电极的正极板均位于主流道的侧壁上、负极板均位于绝缘隔板上。2.根据权利要求1所述用于电流变液输送的无阀微泵，其特征在于，所述第一驱动器为压电致动器或热膨胀驱动器或电磁驱动器或记忆合金形变驱动器；所述第二驱动器与第一驱动器相同。3.根据权利要求2所述用于电流变液输送的无阀微泵，其特征在于，所述压电致动器为：压电薄膜正负极通过导线接电源的正负极。4.根据权利要求1所述用于电流变液输送的无阀微泵，其特征在于，所述主流道的两侧壁上各...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏晓辉，吴松，徐志锋，贾雯，王治国，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：