国家自然科学基金(11002050)
- 作品数：6 被引量：20H指数：3
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- 基于液晶引流效应的微流体驱动方式开发被引量：2
- 2012年
- 以开发全新微流体驱动与控制方式为目标,运用液晶弹性形变理论与Leslie-Ericksen理论,对两平行板内电场引起的液晶流动进行研究。理论计算中主要讨论了扭转角对流动剖面图的影响:扭转角对流动的空间特征量影响较大,对于时间特征量没有影响。实验中采用5 V低电压驱动,通过向液晶混入极少量微粒子观察流动的特性,结果与理论计算结果较吻合。
- 刘春波陈大立辻知宏蝶野成臣
- 关键词：电场扭转角
- 锯齿型微流道微泵流动特性分析及性能测试被引量：2
- 2012年
- 通过对新型锯齿型和传统扩张/收缩型两种微流道内部流场数值分析结果进行比较,得出微流道内流动状态随雷诺数的变化情况以及漩涡产生原因;锯齿型微流道由于侧面齿形角的存在,流动过程中较传统扩张/收缩型微流道易产生漩涡,正是由于漩涡的产生使流道压力损失降低,因而新型锯齿型微流道微泵性能优于传统扩张/收缩微流道微泵.最后采用先进的硅深反应刻蚀技术(DRIE)在硅片上加工制作出两种微流道及泵腔结构,并采用硅-玻璃阳极键合以及玻璃-聚二甲基硅氧烷(PDMS)紫外线键合的方法封装出三明治结构式微泵.通过对两种微泵分别在对称和电压偏置正弦波驱动下进行性能测试,得出电压正向偏置时微泵性能仅次于对称波形驱动下微泵性能,而电压负向偏置时最差.在对称波形驱动下,新型锯齿型微流道微泵最大流量(MFR)和最大压力头(MPH)值分别为扩张/收缩微流道微泵的1.4倍和1.9倍,因此采用新型锯齿型微流道结构将使微泵性能大大提高.
- 关炎芳刘春波张士雄俞正寅
- 关键词：微泵流场雷诺数
- 无阀微泵多物理场耦合分析及实验研究被引量：1
- 2013年
- 为了模拟微泵实际工作过程,需要找出微泵运动的控制方程。该文从压电振子作用力F及液体反作用力P入手,给出微泵压电-应力-流体多物理场耦合的控制方程组,根据控制方程模拟微泵实际工作过程。通过对压电振子耦合前后变形量进行对比发现,由于液体的反作用力阻碍压电振子运动,耦合后z方向位移比耦合前小;且频率越大,压电振子位移越大,其临界值为1000Hz;大于1000Hz压电振子位移将出现畸变,微泵运行不稳定,频率越大畸变越严重。微泵进出口处瞬时流量均随频率和电压的增加而增大,而锯齿型流道微泵瞬时流量大于同等条件下的锥型流道微泵。该文最后采用微系统加工方法及聚二甲基硅氧烷(PDMS)不可逆封装技术制作出两种微泵结构,并对两种微泵进行性能测试,结果证明微泵的最佳工作频率为100Hz^800Hz,在此频率范围内压力和流量均处于最大值,与数值分析结果相吻合。为了验证微泵自吸能力,对锯齿型流道微泵进出口存在压差情况进行测试,得出微泵流量最大为40μl/min,最大压力头为1.25kPa。
- 关炎芳韩莉莉刘春波俞正寅
- 关键词：微泵多场耦合变形量
- 电场作用下向列相液晶指向矢与流动的耦合机理被引量：3
- 2012年
- 作为开发液晶流动驱动的第一步,运用宏观ELP模型及Frank弹性理论对电场作用下液晶盒内向列相液晶的指向矢旋转与所引起的液晶流动之间的耦合机理进行了理论与实验研究。通过对液晶盒进行施加及撤销电场的操作,得到了液晶盒内瞬间液晶指向矢的旋转及所引起的液晶流动的变化情况。电场施加瞬间指向矢的旋转控制着流动的变化,二者同时达到最大值:指向矢旋转为350(°)/s,引流速度为30μm/s;而电场撤销的瞬间流动的变化控制着指向矢的旋转,流动特征与电场施加瞬间很相似,但持续时间很短。实验验证采用最直接的观察法,用显微镜自带CCD拍摄液晶盒在电场施加和解除过程中内部液晶引流发生的过程,通过图像分析得到实验数据,每个数据点分别通过取10次实验的平均值得到,实验结果与理论计算结果吻合。
- 刘春波关炎芳辻知宏蝶野成臣
- 关键词：向列相液晶指向矢电场
- 基于液晶引流效应的全新微流体驱动方式被引量：12
- 2012年
- 对现有微流体驱动技术中普遍存在的微型化难、驱动力小等缺点,提出液晶引流驱动方式。作为开发该驱动方式的第一步,采用理论计算模拟与辅助试验验证相结合的研究方法,以小分子液晶Leslie-Ericksen理论为基础,对上板处于浮动状态下液晶盒的驱动效果及影响因素进行研究。结果表明,连续方波电场作用下引起的液晶引流效应可以驱动液晶盒上板运动,方波电场频率为1 Hz、有效率为5%时驱动速度最大。液晶分子指向矢倾斜角的旋转范围对驱动效果影响较大,所施加电压对于倾斜角的旋转范围没明显影响,两板间的距离却影响很大。通过选择合适的驱动条件已成功得到90μm/s的高驱动速度。采用显微镜下直接观察液晶盒上板运动情况的方法进行试验验证,结果与理论计算结果定性上十分吻合,定量上试验结果偏小,最大差距出现在电场施加后的第三周期,主要原因是液晶盒制作时初始配向误差,可通过改变配向膜的种类及摩擦条件来改善。
- 刘春波田勇辻知宏蝶野成臣
- 无阀微泵压电特性分析及性能测试被引量：5
- 2013年
- 提出了一种用于微量试剂分析的压电驱动微泵模型.该微泵模型采用压电阵子驱动、硅基泵体以及聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)封装而成.对压电阵子振动模态进行有限元分析,得出1～4阶模态及驱动频率,使微泵容积效率为最大的应为1阶模态.通过对微泵压电-应力耦合场进行数值分析,得出微泵最佳驱动频率范围应小于1kHz.最后,采用微系统加工方法制作出微泵模型,并对其性能进行测试.结果表明:电压为100V(p-p)的正弦波驱动下,频率为60和200Hz时,微泵流量最大达到34.5μL/min,而当频率在60～600Hz时微泵压力最大达到657Pa,与数值分析结果相吻合.
- 关炎芳耿铁韩莉莉刘春波凌行
- 关键词：微泵压电模态
