[实用新型]一种无可动部件的微阀

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无可动部件的微阀，是流体微机电系统中的一种非机械微阀，属于微机电系统(MEMS)领域。

背景技术

微阀是微流控系统中起控制限流作用的重要组成部件，按阀的功能可分为单向阀和切换阀；按阀中有无活动部件可分为机械阀和非机械阀；按阀中有无致动器可分为主动阀和被动阀。在微流控中常见的包括利用微加工生成的与传统大型阀类似的微机械阀和利用管道间的亲水疏水特性不同实现的表面张力阀。

微机械阀的原理类似于传统的大型阀，一般具有可动的阀片，如薄膜，通过不同的致动方式(包括静电致动、压电致动、热致动、电磁致动、超声波致动、气动、电液致动、气泡致动、记忆合金膜片等)控制阀的开启和关闭。这种微机械阀属于主动阀，控制的精度比较高，但是这种阀存在可动部件，容易损坏，有些需要进行三维微加工和微装配，这些都是现在还没有很好解决的问题。

利用微通道材料的亲水疏水特性也可以实现阀的功能，在微通道中，利用特制的收缩扩展通道结构配合管道材料的亲水疏水性质，形成一个可以让流体通过的临界压差，当大于该压差时流体可以通过，当小于时流体不能通过，从而实现阀的功能。这种阀无可动部件、实现简单，但是这种亲水疏水性质与管道壁面的材料性质有关也和流动液体有关，对于不同的液体这种临界压差不一样，而且这种背压通常很低，容易出现泄漏。此外，生物化学液体具有化学能力可能使得壁面的亲水疏水特性发生变化。

实用新型内容

为了克服微机械阀可动单元自身存在的问题及其制造方法上的困难和疏水亲水阀对管壁材料的高要求，本实用新型提供了一种具有特殊结构的微通道来实现控制流体单向流动的功能，属于一种辅助性的非机械单向阀。

本实用新型采取了如下技术方案。本结构主要包括有入口通道1、弯通道、扩散通道6，其中，入口通道1为直通道，在入口通道的尾部出现分流，一个是继续向前延伸的直通道，另一个是带扩散的弯通道，弯通道包括弯通道入口8和半圆环通道2，弯通道通过弯通道入口8与直通道连通，弯通道入口8通过半圆环通道2与扩散通道6连通，分流后的直通道在汇流口4处与扩散通道6连通；半圆环通道2与扩散通道6的连接处的过半圆环通道2圆心的直线与入口通道1的轴线所成的角度α的取值范围为40°～60°；假设入口通道1的宽度为w，与入口通道1连通的弯通道入口处的宽度取为2.5w；以入口通道1的下端点为原点，以入口方向为横轴方向，以与入口方向垂直的方向为纵轴方向，则半圆环通道2的圆心坐标为(L+r，R+a)，a的范围为，w/2～w。

可以将上面所述的N个结构相同的微阀串联使用，即将第二个微阀9的入口与第一个微阀8的出口斜连通，依次此种串联方法，将第N个微阀的进口与第N-1个微阀的出口连通，第一个微阀8的进口为整个串联结构的进口，第N个微阀的出口为整个串联结构的出口。

所述的N个微阀的串联可以以入口通道1为轴线，将各个微阀的弯通道依次设置在入口通道1的两侧，也可以将各个微阀的弯通道均设置在入口通道1的同侧，前一个微阀入口通道的轴线与后一个微阀的入口通道的轴线可以在一条直线上。

所述的N的取值范围为大于等于2。

组成微阀的各个通道的横截面均是矩形。

所述的入口通道1的宽度w的取值范围为50～200微米，入口通道1的高度为h，深宽比，即h/w取为1.5～2.5，入口通道1的长度L大于1.5w。

所述的半圆环通道2的外圆半径R取为2～2.5倍的w，内圆半径r＝R-w。

扩散通道6连接弯道出口，其扩散半角β的取值范围为3°～5°。

本实用新型的工作原理：这种单向流动控制的微阀结构是由入口通道1、弯通道2、汇流口4、以及扩散通道6段组成。本结构设计依据微流体的弯道效应，将分流管、汇流管、扩张管等单元功能集成于一体，并采用了优化的结构参数，利用流体流动中的压力局部损失产生的特殊效果以及分流和汇流过程中存在的流体相互阻滞来实现通道结构本身对微流体流动的单向控制。本结构在工作时，将入口通道1与流体驱动单元相连接即可，一般是通过产生流体压差来实现驱动的。从入口7流入的液体，经过转岔口3时进行了分流，分流后的液体又分别经过弯通道2和直通道在汇流口4汇合，这个过程流体受到的阻力较小。但当有反向相对压差时，即出口5处的压力大于入口1处的压力时，液体从原先的出口5流入，经过汇流口4进行分流，经过弯通道2后的液体对经过直通道的流体在分岔口3处产生一定的阻滞作用。