基于MEMS技术的微泵,它是微流体系统的关键部件,具有体积小、功耗低、适宜批量生产等优点。微泵作为微流体系统的驱动部件,在生物、化学、医疗、检疫以及国防等方面构建微分析系统(μTAs)有着广泛的用途或潜在的市场需求,并可应用于特殊场合。 目前研究的微泵主要可分为机械式微泵和非机械式微泵,其中机械式微泵中的振动膜式微泵和非机械式微泵中的电渗流微泵的研究比较活跃。现有机械式振动膜微泵的驱动器多采用压电驱动方式或静电驱动方式,其振幅小,所需要的驱动电压偏高,驱动频率较高；而采用双金属片和形状记忆合金驱动的微泵,其频率过低,流量小,时滞较大。鉴于目前微泵的研究现状,为了改善微泵的性能,本文提出了一种电磁驱动柔性膜无阀并联微泵,采用电磁双向驱动方式、杨氏模量小和硅橡胶作为振动膜,以及动态被动阀作为泵体,这不仅简化了制作工艺,减小加丁难度,而且能够更容易的获得较好的驱动性能。 本论文的主要研究内容和结果如下: 讨论了微泵喷嘴的单向流机理,也就是喷嘴的流向依赖特性,从能量转换的角度探讨了喷嘴的整流能力,并得出,对于张角α=70°的喷嘴要得到明显的整流效果,要求喷嘴的相对长度 (喷嘴的长度l与喷嘴的喉口边长d<,0>之比)须大于2.采用板壳振动理论和电磁场理论对电磁驱动器的驱动性能进行分析,得出振动膜磁体需要和驱动线圈保持一定的垂直距离,以获得最佳驱动性能,这一距离和线圈的平均边长有关系。 设计微泵的结构尺寸,并进行分析和优化。采用整体分析法对微泵的驱动性能进行了分析,并用有限元数值分析工具ANSYS软件对其进行模拟；进一步对微泵驱动器的驱动性能进行分析和理解,分析结果与前述基本一致.对电磁驱动线圈的驱动l生能也进行了数值分析,验证了永磁体阵列分布能充分发挥振动膜的柔性这一优点.采用MEMS 工艺制作了所设计的微泵。所涉及的工艺主要有溅射、光刻、电镀、永磁体(C oNiMnP)电镀、硅的湿法刻蚀、玻璃的湿法刻蚀、聚酰亚胺工艺、硅橡胶工艺以及抛磨工艺等。 本研究主要集中于永磁体的电镀和硅橡胶振动膜的工艺,采用永磁体可以制作双向驱动器,充分利用空间；利用硅橡胶杨氏模量低的特性得到较大的振幅.采用反应离子刻蚀(RIE)处理显影后盼硅片,得到很好的电镀一致性。同时,磁体为阵列分布,有效地减小了镀层与种子层间的内应力,有利于电镀更高的结构。在电镀线圈时采用聚酰亚胺取代氧化铝作为绝缘层和结构层,制作工艺方便,而且内应力小,不至于使基片变形,后续抛磨方便.为了便于微泵泵口进出管道的联接,设计采用一玻璃基片作为过渡片,在玻璃基片上用HF溶液刻蚀管道,并用硅橡胶对玻璃片进行密封,经浓硫酸加双氧水处理过的玻璃片与硅橡胶密封效果良好。 构建微泵的试验装置,该装置由低频电源、微泵、塑料软管、储水池和显微镜组成。首先对电磁驱动器的直流驱动性能进行了试验,试验表明,振动膜的位移量与线圈的驱动电流、振动膜磁体与线圈平面之间的垂直距离有关。当线圈电流为0.35A,振动膜与线圈间距为100μm时振动膜的位移达到最大,为40.21μm.对微泵的流体驱动性能进行测试,试验表明,在0.351A、频率为240Hz的电流驱动下,微泵的流量达到最大,为150.2μL/min,背压为154.6Pa。