利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2021103368284
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种感应加热的热气泡驱动隔热型微泵, 其特征在于,包括PDMS芯片(4)、微加热盘(6)、基底(5)、微励磁线圈(7);其中,PDMS芯片(4)包括进液口(1)、压缩口(10)、微泵腔(12)、扩散口(11)、出液口(2)、隔热流道(14)、气泡室(13)和气泡室进液口(3);微加热盘(6)附着在基底(5)上,微加热盘(6)位于气泡室(13)的底部中心;微励磁线圈(7)是一种平面螺旋线圈,微励磁线圈(7)位于微加热盘正下方;感应加热的热气泡驱动隔热型微泵控制系统包括计算机(27)、脉冲发生器(36)、数字电流表(30)、电容(17)、可编程控制器(26)、继电器( 21)和放大器(31);

其中,脉冲发生器(36)提供高频信号经过放大器(31)放大,再给微励磁线圈(7)提供高频交变电流,高频交变电流再通过继电器(21)传递给热气泡驱动隔热型微泵,由可编程控制器(26)控制微励磁线圈(7)的间断时间t1和导通时间t2;

所述进液口(1)贯穿于PDMS芯片(4),进液口(1)直径0.5‑2.5 mm,其与压缩口(10)相o  o连,压缩口(10)最窄处宽度50‑100μm,角度为10 ‑15 ,长度为1‑2 mm,深度0.1‑0.4 mm,压缩口(10)与微泵腔(12)相连,微泵腔(12)与扩散口(11)相连,微泵腔(12)为压缩口(10)和o o扩散口(11)之间较为大的区域,扩散口(11)最窄处宽度50‑100μm,角度为10 ‑15 ,长度为

1‑2 mm,深度0.1‑0.4 mm,扩散口(11)与出液口(2)相连,出液口(2)直径0.5‑2.5 mm;微泵腔(12)还与隔热流道(14)相连,隔热流道(14)与气泡室(13)相连,气泡室(13)的直径为3‑6 mm,气泡室(13)与气泡室进液口(3)相连,气泡室进液口(3)直径0.5‑2.5 mm;

所述微加热盘(6)的直径为3‑6 mm,厚度为5‑50μm;

所述基底(5)长为2‑5mm,宽为2‑5mm,厚度为100‑600μm,将带有微加热盘(6)的基底(5)的上表面和PDMS芯片(4)通过键合工艺封装在一起,使微加热盘(6)位于气泡室(13)的中央,还在其表面制备PDMS芯片(4)阳模;

所述微励磁线圈(7)采用漆包铜线绕制成平面螺旋线圈,线圈匝数为8匝到20匝,在线圈周围设计一层导热硅胶,用于对微励磁线圈(7)导热,并将微励磁线圈(7)固定在基底(5)的下表面,微励磁线圈(7)和气泡室(13)中的微加热盘(6)中心对齐;

所述的脉冲发生器(36)和放大器(31)相串联,并给微励磁线圈(7)提供高频交变电流;

高频脉冲的频率选为20kHz‑1MHz;

所述的继电器(21)与微励磁线圈(7)串联,控制微励磁线圈(7)的间断时间t1和导通时间t2;通过可编程控制器(26)控制继电器(21),实现对感应加热电路的控制;所述的微励磁线圈(7)的间断的时间是t1,导通的时间是t2,电流是I1;t1为1s‑2s, t2为0.2s‑2s,电流I1为

0.1A‑4A。

2.根据权利要求1所述的一种感应加热的热气泡驱动隔热型微泵, 其特征在于:

给微励磁线圈(7)通入高频交变电流,其周围会产生交变磁场;在交变磁场的作用下,微加热盘(6)内产生电涡流,进而生成焦耳热;该焦耳热通过热传导对微加热盘(6)表面液体进行加热,当液体达到一定温度后,微加热盘(6)会生长热气泡(15),微泵每个工作周期分为两个阶段:

1)给微励磁线圈(7)通入高频交变电流,在感应加热的作用下微加热盘(6)生长热气泡,随着热气泡(15)的迅速增长,气泡室(13)中的压力升高,在气泡压力的作用下液体流向隔热流道(14),并通过隔热流道(14)流进微泵腔(12),流入微泵腔(12)的液体同时向压缩口(10)和扩散口(11)流动,由于两方向阻力不同,从扩散口(11)流向出液口(2)液体多于从压缩口(10)流向进液口(1)的液体;

2)微励磁线圈(7)断电,热气泡(15)收缩,气泡室(13)的压力降低,液体从微泵腔(12)通过隔热流道(14)向气泡室(13)流动;同时,进液口(1)和出液口(2)分别通过压缩口(10)和扩散口(11)向微泵腔(12)流动,由于两个方向的流动阻力不同,由进液口(1)通过压缩口(10)流进微泵腔的液体多于由出液口(2)通过扩散口(11)向微泵腔(12)流的液体。

3.制备如权利要求1所述的一种感应加热的热气泡驱动隔热型微泵的方法,其特征在于:

第一步,使用去离子水清洗玻璃基片,并在烘胶台上烘干;

第二步,在玻璃基片上旋涂一层SU‑8胶,利用加热板进行前烘,然后自然冷却,使SU‑8胶固化,将PDMS芯片掩膜板置在固化后的SU‑8胶表面上方,进行紫外线曝光, SU‑8胶曝光后,在热板上进行后烘热处理,然后自然冷却,经显影、清洗后,玻璃基片上留下凸起的SU‑8胶模具;

第三步,在SU‑8胶模具的气泡室上方粘结一个圆柱型金属阳模,增加气泡室的深度;金属阳模的直径与气泡室的直径一致;

第四步,将带有SU‑8胶模具的玻璃基片放置在与其尺寸相同的矩形槽模具中,浇注PDMS,加热固化;

第五步,将固化后的PDMS从玻璃基片上剥离,得到PDMS芯片,使用打孔器在PDMS芯片上加工出进液口、出液口、气泡室进液口,将气泡室充满液体后,用PDMS棒堵住气泡室进液口;

第六步,采用键合方法把制有微加热盘的玻璃基底和PDMS芯片键合在一起,同时保证微加热盘位于气泡室的中央;然后用导热硅胶把微励磁线圈固定在基底的下表面,并与微加热盘和气泡室的中心对齐。