[发明专利]一种基于可变弹性模量的复合薄膜压电微泵

说明书

本发明提出了一种基于可变弹性模量的复合薄膜压电微泵，旨在提高微泵泵送量，同时降低驱动电压，简化微泵结构，提高微泵在工作时的可靠性，包括上盖板、进口阀、上框架、泵膜、下框架、下盖板和出口阀。上盖板固定在上框架上表面，其上设置有进口阀口，进口阀安装在该阀口的下端，下盖板固定在下框架下表面，其上设置有出口阀口，出口阀安装在该阀口的下端；所述泵膜由第一导电层、第一介质层、第二导电层、驱动电极、第三导电层和第二介质层复合而成，固定在上框架和下框架之间，形成容积可变的泵腔。本发明微泵在低驱动电压下可实现泵腔容积的大变形，响应时间快，同时具有绿色环保的特性，可用于流体微量传送系统中。

技术领域

本发明属于微机电技术领域，涉及一种压电微泵，特别涉及一种基于可变弹性模量的复合薄膜压电微泵，可用于流体微量传送系统中。

背景技术

微泵是微流量控制系统的核心部件，是实现微流量供给的动力元件。作为一种重要的微型执行器，目前微泵广泛应用于药物输送、细胞分离、DNA合成、微量流体供给、精确控制、芯片冷却系统和微型卫星等，成为近年来的研究热点。

按照驱动方式，微泵可分为静电微泵、电磁微泵、压电微泵、气动微泵、热致动气泡微泵、液体动力微泵、热致动双金属微泵、形状记忆合金微泵、电化学微泵和离子致动微泵等。压电微泵是利用压电晶体的压电效应产生驱动力，并将它作为微泵泵膜形变的驱动力的来源，其具有结构简单，易于实现，响应时间短，致动力大，可控性好、能量转换效率高等优点，目前研究较为活跃，但其实现大变形所需驱动电压偏高，且压电膜片在高频周期性工作时易发生疲劳破坏，可靠性差，限制了其应用范围。目前微泵的主要研究目标都是是力求降低驱动电压、提高响应速度、增加驱动力、增加泵送量、提高可靠性等。

例如申请公开号为CN104832404A，名称为“一种基于PDMS的压电微泵”的专利申请，公开了一种基于PDMS的压电微泵，其结构如图1所示，包括压电振子1、PDMS泵体2、PMMA垫圈3、阀片4、垫圈上的凹槽5、阀片定位边6、出水口7和进水口8，对压电振子1输入驱动激励信号，压电振子会周期性地上下弯曲振动，从而引起腔体容积和压力的周期性变化，进而在单向阀4周期性开启关闭的配合作用下，实现排水和吸水。虽然这种结构能够泵送某些特殊性质的液体，具有良好透明度，但存在以下问题：

1)在实现泵腔体容积大变化量时所需驱动电压较大；

2)采用单层压电振子驱动，高频周期性工作时，容易发生疲劳损坏，可靠性差。

3)结构复杂，加工工艺成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于可变弹性模量的复合薄膜压电微泵，旨在提高微泵泵送量，降低驱动电压，并简化微泵结构，同时提高微泵在工作时的可靠性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于可变弹性模量的复合薄膜压电微泵，包括上盖板1、进口阀2、上框架3、泵膜4、下框架5、出口阀6和下盖板7；所述泵膜4固定在上框架3和下框架5之间，形成容积可变的泵腔，该泵膜4采用复合薄膜，由第一导电层31、第一介质层32、第二导电层33、驱动电极34、第三导电层35和第二介质层36复合而成，用于实现泵腔容积的扩张与收缩，其中第一介质层32采用记忆性材料，驱动电极34采用压电材料；所述上盖板1固定在上框架3上表面，其上设置有进口阀口，通过进口阀2控制液体的泵入；所述下盖板7固定在下框架5下表面，其上设置有出口阀口，通过出口阀6控制液体的泵出；所述第二介质层36位于泵腔一侧。

上述基于可变弹性模量的复合薄膜压电微泵，所述上盖板1、进口阀2、上框架3、下框架5、出口阀6、下盖板7和第二介质层36，均采用疏水性材料。

上述基于可变弹性模量的复合薄膜压电微泵，所述第一导电层31、第二导电层33和第三导电层35，均采用石墨烯材料。