[发明专利]一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，属于液态金属驱动系统技术领域，用以解决现有液态金属的驱动方式中，压力驱动难以实现体积小型化、电磁泵驱动中液态金属流动管道尺寸较大且无法实现液态金属的电学阻断作用等技术问题。该液态金属驱动控制系统包括液态金属储液池、柔性微流道、集成微泵以及集成微阀；液态金属储液池通过柔性微流道依次与集成微泵、集成微阀连通；集成微泵用于驱动液态金属在柔性微流道内流动；集成微阀用于控制液态金属在柔性微流道中的电学导通与阻断；柔性微流道的宽度和高度为μm‑mm级。该系统用于实现液态金属在微流道结构中的高精度流动驱动控制与物理电学隔断，进而实现对微结构形态的动态重构。

技术领域

本发明涉及液态金属驱动控制技术领域，尤其涉及一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统及控制方法。

背景技术

近年来随着液态金属性能的不断开发，利用不同的材料配比能够实现不同低温熔点，并且利用液态金属的大变形和流动性与微结构进行集成，实现在微通道结构中液态金属的微流动，成为一个极具发展前景的全新领域。液态金属综合了传统刚性和柔性材料的优良性能，目前主要有五种熔点接近或低于室温的金属：钫、铷、铯、汞和镓。其中，钫具有辐射性，铯和铷与空气接触后会剧烈反应，汞具有毒性且它表面张力大，不易对其进行图案化成型，这四种材料均不适合用于制备柔性电子器件，但镓及其合金适用于制备各种器件，主要得益于：1)熔点非常低，在室温下为液态；2)粘度低，便于注入微流道中；3)电导率较高，虽然比铜的电导率低，但是远远高于其他导电液体等；4)不易蒸发，性能稳定，操作时不会吸入气体分子；5)液态金属在注入前不用加热熔化，易于与有机、生物材料兼容；并且在注入过程中始终保持液态，注入完成后无冷却过程，减少工艺耗时。

液态金属具有保持良好导电性的同时，在常温下具有流动性、大变形和可重构性，因此，能够广泛应用于柔性电子、柔性传感及射频可重构天线等领域，特别是在射频可重构天线等动态重构结构应用中，需要驱动控制液态金属在流道结构中的精确控制流动特性、与液态金属储液池的的电学导通和物理阻断特性。通过液态金属的可任意流动性，尤其是将液态金属进行微流体化，能够实现在射频天线微流道结构中的微流动控制，将其应用于射频天线结构参数和结构形态的重构中，具有对常规射频天线结构的调控及天线性能(频率、极化方式、方向图)重构能力。

目前，液态金属在微流道结构中驱动控制以常规电磁泵、压力、电压驱动控制为主，但电磁泵目前体积较大，一般应用于液态金属流道为毫米级-厘米级的通道结构中，且无法实现流道结构液态金属的电学阻断作用；压力驱动控制方式需要外置体积较大的驱动泵，难以实现体积小型化，无法与流道结构一体化集成；电压驱动控制方法在动态重构液态金属过程中由于电压直接施加在液态金属与氧化层去除溶液中，影响液态金属电学性能，并且液态金属的表面张力大，难以应用于长度较长的流道结构中。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统及控制方法，用以解决现有液态的驱动方式中，压力驱动难以实现体积小型化、电磁泵驱动中液态金属流动管道尺寸较大且无法实现液态金属的电学阻断作用的技术问题。

本发明提供了一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，包括液态金属储液池、柔性微流道、集成微泵以及集成微阀；液态金属储液池通过柔性微流道依次与集成微泵、集成微阀连通；集成微泵用于驱动液态金属在柔性微流道内流动；集成微阀用于控制液态金属在柔性微流道中的电学导通与阻断；柔性微流道的宽度和高度为μm-mm级。

进一步地，集成微泵包括微泵和微泵通道，微泵的驱动方式为压力驱动、磁力驱动或者压电驱动中的一种。

进一步地，微泵为磁力驱动微泵，磁力驱动微泵包括电机、磁铁及钢珠；磁铁设于电机上并在电机的带动下转动，钢珠随着磁铁转动并挤压微泵通道使其蠕动变形，进而推动柔性微流道中的液态金属流动。

进一步地，集成微阀通过微阀驱动结构、微阀门以及微阀通道一体化集成，集成微阀用于微阀通道两侧液态金属的物理隔离和电学隔离。