專利名稱：一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲微泵，具體涉及一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵。
背景技術(shù)：
微泵的研制起始于20世紀(jì)80年代，現(xiàn)已研制出多種微泵，在許多領(lǐng)域都需要微泵 來(lái)驅(qū)動(dòng)微量的液體。比如，在試驗(yàn)和醫(yī)療方面，微泵可用于DNA檢測(cè)分析以及藥物在人體內(nèi) 的輸送；在航空航天中，微泵可用于微型航空航天器及微型探測(cè)器的燃料供給；在微電子 領(lǐng)域，微泵可用于微電子液體冷卻系統(tǒng)冷卻液的輸送；在化工領(lǐng)域，微泵可用在化工用品的 輸送以及貴重藥物的精確配制當(dāng)中。申請(qǐng)?zhí)枮?00710072161. 1的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N由電磁驅(qū)動(dòng)的無(wú)脈動(dòng)式輸 出的微泵，它包括驅(qū)動(dòng)器和微泵，驅(qū)動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)線圈和驅(qū)動(dòng)磁鐵組成，微泵分為上泵體、中 泵體、下泵體三部分，在上泵體開有上泵腔、左側(cè)錐形閥、右側(cè)錐形閥、進(jìn)水孔、出水孔，上泵 腔通過左、右兩個(gè)錐形閥與進(jìn)、出水孔相連，中泵體中間開有驅(qū)動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)磁鐵置于驅(qū)動(dòng)腔 內(nèi)，驅(qū)動(dòng)腔腔體上下固定有薄膜，驅(qū)動(dòng)腔腔體兩側(cè)分別有進(jìn)出水孔，下泵體開有下泵腔、左 側(cè)錐形閥、右側(cè)錐形閥、進(jìn)水孔、出水孔，下泵腔通過兩個(gè)錐形閥與進(jìn)、出水孔相連。該發(fā)明 可以在較低的電壓下工作，具有響應(yīng)速度快，使用安全等特點(diǎn)，適用于醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域。申請(qǐng)?zhí)枮?00810064355. 1的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的 蠕動(dòng)式微泵，它由擠壓桿、彈性泵管和SMA彈簧驅(qū)動(dòng)器組成，在泵腔的兩端安裝兩個(gè)單向 閥，SMA彈簧驅(qū)動(dòng)器安裝在擠壓桿的頭部，彈性泵管穿過擠壓桿的空隙，每對(duì)擠壓桿牽引四 根SMA彈簧驅(qū)動(dòng)器，對(duì)稱的兩根彈簧為同一組，由同一個(gè)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)。通過對(duì)驅(qū)動(dòng)器的順 序控制來(lái)擠壓泵管，實(shí)現(xiàn)一種蠕動(dòng)式動(dòng)作，達(dá)到持續(xù)提供微流量的目的，并可以通過調(diào)整控 制信號(hào)對(duì)輸出流量進(jìn)行控制。申請(qǐng)?zhí)枮?00810203962. 1的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N鋸齒形流道單向壓電微
泵。它包括泵體、泵蓋和驅(qū)動(dòng)裝置，泵蓋上開有泵腔、流體進(jìn)、出口鋸齒形流道等結(jié)構(gòu)，泵蓋 上開有進(jìn)口與出口，泵體與泵蓋鍵合在一起，驅(qū)動(dòng)裝置由PDMS壓電薄膜和壓電陶瓷片粘結(jié) 在一起，PDMS薄膜與泵體采用不可逆粘結(jié)法粘結(jié)在一起。申請(qǐng)?zhí)枮?00610132317.6的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N半鈸型吸入式壓電超聲 泵，采用半鈸型驅(qū)動(dòng)部件，在超聲頻率的信號(hào)源激勵(lì)下，將壓電陶瓷徑向小幅超聲振動(dòng)放大 為半鈸型金屬?gòu)椥泽w平錐頂沿軸向的大幅超聲振動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)流體沿出水管道內(nèi)壁爬升，實(shí) 現(xiàn)流體的驅(qū)動(dòng)。東北大學(xué)關(guān)艷霞等提出了一種以毛細(xì)和蒸發(fā)作用為驅(qū)動(dòng)力的微泵，以吸水膜的毛 細(xì)作用和大氣蒸發(fā)相結(jié)合作為驅(qū)動(dòng)力，由儲(chǔ)液管、蓄水池、吸水膜和蒸發(fā)孔組成，依靠吸水 膜毛細(xì)作用和控制暴露于大氣中吸水膜的面積來(lái)實(shí)現(xiàn)液體的傳輸，可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)提供穩(wěn) 定的yL/min級(jí)液體流速。該微泵除具有不外接能源，運(yùn)行時(shí)間不受限制，可以任意長(zhǎng)(只 要環(huán)境的相對(duì)濕度< 100% )的優(yōu)點(diǎn)。由以上研究可以看出，目前微泵主要是以壓電效應(yīng)作為驅(qū)動(dòng)力、以場(chǎng)感應(yīng)流作為驅(qū)動(dòng)力和以毛細(xì)作用力作為驅(qū)動(dòng)力。以壓電效應(yīng)作為驅(qū)動(dòng)力的微泵，效率不高，其利用壓 電陶瓷在高頻電流下產(chǎn)生的體積變化引起的腔室內(nèi)壓強(qiáng)的變化來(lái)驅(qū)動(dòng)微流體，機(jī)械功大部 分損失變成了熱能；利用電磁感應(yīng)作為驅(qū)動(dòng)力的微泵，結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，需要較大的驅(qū)動(dòng) 器，常給使用帶來(lái)不便；依靠毛細(xì)作用和蒸騰拉力作為驅(qū)動(dòng)力的微泵，對(duì)流體的性質(zhì)有明顯 的要求，比如只能驅(qū)動(dòng)對(duì)管壁可潤(rùn)濕性的流體，對(duì)于其他很多潤(rùn)濕性差和非潤(rùn)濕性的流體 就顯得無(wú)能為力，而且其驅(qū)動(dòng)效果受周圍環(huán)境影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的以毛細(xì)作用力作為驅(qū)動(dòng)力的微泵存在的無(wú)法實(shí) 現(xiàn)潤(rùn)濕性不好和非潤(rùn)濕性的流體的驅(qū)動(dòng)，以及驅(qū)動(dòng)效果易受環(huán)境影響的問題，進(jìn)而提供一 種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵包括超聲波傳播腔槽、上 蓋板、下蓋板、毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組和超聲振子；所述超聲波傳播腔槽由槽體和底板組 成，底板設(shè)置在槽體的下部，槽體的上部開有進(jìn)出孔，所述上蓋板固定安裝在超聲波傳播腔 槽的上端面上，所述下蓋板固定安裝在超聲波傳播腔槽的下端面上，槽體、底板與上蓋板之 間形成第一腔室，槽體、底板與下蓋板之間形成第二腔室，所述毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組的上 端穿過上蓋板露在外面，且毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組與上蓋板固定連接，毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管 管組的下端置于第一腔室內(nèi)，且毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組的下端面與底板的上端面之間留有 間隙，所述超聲振子設(shè)置在第二腔室內(nèi)，且超聲振子固定安裝在底板的下端面上，超聲振子 與毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組上下對(duì)應(yīng)設(shè)置，超聲振子的下端懸置于第二腔室內(nèi)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果本發(fā)明提出利用聲壓場(chǎng)的概念解決流體的 驅(qū)動(dòng)問題，本發(fā)明適用于化工、微電子和生物制藥等領(lǐng)域，本發(fā)明特別適合驅(qū)動(dòng)潤(rùn)濕性不好 和非潤(rùn)濕性液體，而且消除了環(huán)境對(duì)驅(qū)動(dòng)效果的影響。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、 流速穩(wěn)定、可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用及流速易于調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì) 管超聲微泵包括超聲波傳播腔槽1、上蓋板2、下蓋板3、毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4和超聲振 子5 ；所述超聲波傳播腔槽1由槽體1-1和底板1-2組成，底板1-2設(shè)置在槽體1-1的下部， 槽體1-1的上部開有進(jìn)出孔1-3，所述上蓋板2固定安裝在超聲波傳播腔槽1的上端面上， 所述下蓋板3固定安裝在超聲波傳播腔槽1的下端面上，槽體1-1、底板1-2與上蓋板2之 間形成第一腔室7，槽體1-1、底板1-2與下蓋板3之間形成第二腔室8，所述毫米級(jí)蜂窩毛 細(xì)管管組4的上端穿過上蓋板2露在外面，且毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4與上蓋板2固定連 接，毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4的下端置于第一腔室7內(nèi)，且毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4的下端 面與底板1-2的上端面之間留有間隙，所述超聲振子5設(shè)置在第二腔室8內(nèi)，且超聲振子5 固定安裝在底板1-2的下端面上，超聲振子5與毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4上下對(duì)應(yīng)設(shè)置，超
4聲振子5的下端懸置于第二腔室8內(nèi)。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的超聲波傳播腔槽1由鈦 合金材料制成。如此設(shè)置，超聲傳播性能優(yōu)異。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相 同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的上蓋板2由鈦合金材料 制成。如此設(shè)置，超聲傳播性能優(yōu)異。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的下蓋板3由鈦合金材 料制成。如此設(shè)置，超聲傳播性能優(yōu)異。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二或三相 同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管 組4由玻璃、鋁或者聚合物制成。如此設(shè)置，便于生產(chǎn)制造。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí) 施方式一、二、三或四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的上蓋板2通過螺栓9固 定安裝在超聲波傳播腔槽1的上端面上，所述下蓋板3通過螺栓9固定安裝在超聲波傳播 腔槽1的下端面上。如此設(shè)置，便于安裝，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二、三、四或五相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的螺栓9由不銹鋼材料制 成。如此設(shè)置，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的槽體1-1和底板1-2制 成一體。如此設(shè)置，便于生產(chǎn)制造。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二、三、四、五、 六或七相同。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的超聲微泵還包括膠圈 6，膠圈6固定安裝在超聲振子5的下端面上。如此設(shè)置，防止了超聲振子在振動(dòng)時(shí)與下蓋板 3之間產(chǎn)生碰撞。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、二、三、四、五、六、七或九相同。本發(fā)明的工作原理(參見圖1)把液體放入第一腔室7內(nèi)，對(duì)超聲振子5施加頻率 為18KHz-65kHz、振幅為5 μ m-50 μ m的超聲波后，第一腔室7內(nèi)的液體即可從毫米級(jí)蜂窩毛 細(xì)管管組4中源源不斷地流出。由于一個(gè)通道的流量會(huì)產(chǎn)生誤差，所以設(shè)計(jì)的是蜂窩狀的 毛細(xì)管管組，這樣得到的流速就會(huì)很平均，提高準(zhǔn)確性。同時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)超聲振子5的 功率、振幅和振動(dòng)時(shí)間，來(lái)控制液體的流速。在超聲振子5的振動(dòng)作用下，超聲波在第一腔 室7內(nèi)的液體中傳播形成聲壓場(chǎng)；同時(shí)超聲波振動(dòng)也傳導(dǎo)至毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4，使預(yù) 先進(jìn)入毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4的液體內(nèi)也形成聲壓場(chǎng)，由于單個(gè)毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管的液 體量較少，受到振動(dòng)后液體內(nèi)產(chǎn)生更強(qiáng)的聲空化效應(yīng)，形成無(wú)數(shù)的微小真空氣泡，宏觀表現(xiàn) 為平均聲壓值更低，因而在第一腔室7內(nèi)的液體與毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4內(nèi)的液體之間 存在聲壓差，使第一腔室7內(nèi)的液體往毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4內(nèi)流動(dòng)，造成液面上升，從 而驅(qū)動(dòng)液體沿著毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組4定向流動(dòng)。液體可以是水、藥液或甘油等。
權(quán)利要求
1.一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，它包括超聲波傳播腔槽(1)、上蓋板O)、下蓋板 (3)、毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組(4)和超聲振子(5)；其特征在于所述超聲波傳播腔槽(1)由 槽體(1-1)和底板(1-2)組成，底板(1-2)設(shè)置在槽體(1-1)的下部，槽體(1-1)的上部開 有進(jìn)出孔(1-3)，所述上蓋板O)固定安裝在超聲波傳播腔槽(1)的上端面上，所述下蓋板 (3)固定安裝在超聲波傳播腔槽(1)的下端面上，槽體(1-1)、底板(1-2)與上蓋板(2)之 間形成第一腔室(7)，槽體(1-1)、底板(1- 與下蓋板C3)之間形成第二腔室(8)，所述毫 米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組的上端穿過上蓋板( 露在外面，且毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組(4) 與上蓋板( 固定連接，毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組(4)的下端置于第一腔室(7)內(nèi)，且毫米級(jí) 蜂窩毛細(xì)管管組的下端面與底板(1-2)的上端面之間留有間隙，所述超聲振子(5)設(shè) 置在第二腔室(8)內(nèi)，且超聲振子(5)固定安裝在底板(1-2)的下端面上，超聲振子(5)與 毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組(4)上下對(duì)應(yīng)設(shè)置，超聲振子(5)的下端懸置于第二腔室(8)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，其特征在于超聲波傳播 腔槽(1)由鈦合金材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，其特征在于上蓋板 (2)由鈦合金材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，其特征在于下蓋板(3) 由鈦合金材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，其特征在于毫米級(jí)蜂窩 毛細(xì)管管組由玻璃、鋁或者聚合物制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，其特征在于上 蓋板( 通過螺栓(9)固定安裝在超聲波傳播腔槽(1)的上端面上，所述下蓋板C3)通過 螺栓(9)固定安裝在超聲波傳播腔槽(1)的下端面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，其特征在于螺栓(9)由 不銹鋼材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，其特征在于槽體(1-1) 和底板(1-2)制成一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，其特征在于超聲微泵還 包括膠圈(6)，膠圈(6)固定安裝在超聲振子(5)的下端面上。
全文摘要
一種毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管超聲微泵，它涉及一種超聲微泵。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的以毛細(xì)作用力作為驅(qū)動(dòng)力的微泵存在的無(wú)法實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕性不好和非潤(rùn)濕性的流體的驅(qū)動(dòng)，以及驅(qū)動(dòng)效果易受環(huán)境影響的問題。本發(fā)明的槽體、底板與上蓋板之間形成第一腔室，槽體、底板與下蓋板之間形成第二腔室，毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組的上端穿過上蓋板，且與上蓋板固定連接，毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組的下端置于第一腔室內(nèi)，且毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組的下端面與底板的上端面之間留有間隙，超聲振子設(shè)置在第二腔室內(nèi)，且超聲振子固定安裝在底板的下端面上，超聲振子與毫米級(jí)蜂窩毛細(xì)管管組上下對(duì)應(yīng)，超聲振子的下端懸置于第二腔室內(nèi)。本發(fā)明特別適合驅(qū)動(dòng)潤(rùn)濕性不好和非潤(rùn)濕性液體。
文檔編號(hào)B81B3/00GK102094784SQ20101060968
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者葉交托, 張墅野, 李百順, 王寧, 許志武 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)