基于PDMS的壓電驅(qū)動式系列微型泵的設(shè)計及實驗研究.pdf

1、分類號：TH38單位代碼：單位代碼：10190研究生學(xué)號：研究生學(xué)號：201302013密級：無碩士學(xué)位論文基于PDMS的壓電驅(qū)動式系列微型泵的設(shè)計及實驗研究ResearchonTheDesignExperimentofPZTMicropumpsbasedonPDMS研究生姓名研究生姓名：劉丕浩工程領(lǐng)域工程領(lǐng)域名稱名稱：機械工程校內(nèi)校內(nèi)指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師及職稱職稱：李明副教授副教授校外校外指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師及職稱職稱：吳巖高級工程師高級工程

2、師2016年4月碩士學(xué)位論文I摘要壓電驅(qū)動式微泵簡稱壓電泵，是一種利用逆壓電效應(yīng)驅(qū)動介質(zhì)的微型液壓泵，它具有體積小、響應(yīng)快、無電磁干擾、輸出精度高、易于控制等特點，是微機械流體系統(tǒng)中的重要執(zhí)行部件。經(jīng)過三十多年的研究和發(fā)展，壓電泵已廣泛應(yīng)用在航空航天、微機電系統(tǒng)、智能機器人等領(lǐng)域。隨著壓電泵的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，不但對壓電泵的工作性能提出了更高的要求，而且要求壓電泵能夠適應(yīng)更多的工作環(huán)境外，輸送特殊性質(zhì)的液體，這對泵體材料的選擇提出了較

3、高的要求。為進一步拓展壓電泵的應(yīng)用領(lǐng)域，以利于更好地將其集成于微流控芯片中，本文對以聚二甲基硅氧烷（PDMS）為泵體材料的壓電泵開展相關(guān)實驗研究。本文在簡述壓電與逆壓電效應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用解析法對壓電振子力學(xué)模型進行解析，利用有限元法對壓電振子進行靜態(tài)分析和模態(tài)分析，完成對壓電振子的優(yōu)化選擇。根據(jù)實驗需要對基于PDMS的壓電泵的結(jié)構(gòu)進行分析和設(shè)計，通過合理設(shè)計PDMS壓電泵的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化壓電振子的支承方式，設(shè)計閥片結(jié)構(gòu)以及采用雙腔串、并聯(lián)結(jié)

4、構(gòu)等措施以提高壓電泵的工作性能。實驗加工制作了閥片，使用精雕機加工有機玻璃板制作泵體模具，然后采用模塑成型工藝制作PDMS泵體，最終完成PDMS壓電泵樣機的裝配。本文分別以PDMS和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱有機玻璃）為泵體材料設(shè)計制作了單腔壓電泵、雙腔串、并聯(lián)壓電泵，并對其工作性能進行對比性實驗測試，本文還測試了PDMS壓電泵對輸送高粘度化學(xué)反應(yīng)溶液（如氯金酸溶液）的工作性能。實驗結(jié)果證明：構(gòu)造具有良好工作性能的PDMS壓電泵具

5、有可行性，采用兩腔串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠提高壓電泵的工作性能；在正弦交變電壓90V，頻率80Hz的情況下，PDMS雙腔串聯(lián)泵的輸出流量達到21mlmin，輸出壓力達到10kPa。與PMMA壓電泵相比較，PDMS壓電泵在輸出流量和壓力方面仍有近30%的差距，但這樣的輸出能力可以滿足微流控芯片的需要，且PDMS壓電泵對輸送高粘度的化學(xué)反應(yīng)溶液也有較好的工作性能。相關(guān)研究為壓電泵更好地集成于微流控芯片提供借鑒和技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：壓電泵微流控芯片PD