一种基于PVDF压电薄膜的双向无阀微流泵及其制备方法与流程

本发明涉及一种双向无阀微流泵及其制备方法，具体涉及一种基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵及其制备方法。

背景技术：

微流泵是微流控芯片系统的核心部件，它负责为整个系统的工作提供流体驱动力，主要用于控制样品和试剂的泵送以及废料的排出，同时控制样品、试剂的流量和流速。传统机械式的有阀微流泵制作工艺比较成熟，但由于其内部存在微阀等机械可动部件，必然受到加工工艺和加工精度的限制，不符合微流控系统微型化发展的趋势。同时阀门频繁开关，稳定性和使用寿命均受到一定程度的影响。目前已有报道的大多数微流泵为单向驱动，无法做到双向驱动的简单切换，在应用场景上有很大的限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵及其制备方法，该微流泵能够实现无阀双向驱动，切换较为简单，并且制备方法易于实现。

为达到上述目的，本发明所述的基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵包括自上到下依次固定连接的盖板、pvdf压电薄膜、通道层及基板，其中，pvdf压电薄膜的上表面及下表面均设有若干导电膜区，各导电膜区均包括工作区电极及用于将工作区电极与外界电压源相连接的导通区电极，且pvdf压电薄膜上表面上的一个工作区电极正对pvdf压电薄膜下表面上的一个工作区电极，盖板上开设有通孔，通道层上开设有流体通道及两个储液池，其中，流体通道的两端分别与两个储液池相连通，且pvdf压电薄膜上表面上的各工作区电极正对所述通孔及所述流体通道，储液池与外界液体源相连通。

pvdf导电薄膜为极化且不带电极层的具有压电效应的压电薄膜。

盖板、通道层及基板的材质均为有机玻璃，且盖板、pvdf压电薄膜、通道层及基板通过粘合材料固定连接，所述粘合材料为uv胶或双面胶。

所述通孔为长条形通孔。

本发明所述的基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵的制备方法包括以下步骤：

1)选取pvdf压电薄膜，再将pvdf压电薄膜上按照极化方向固定在夹具上，并在pvdf压电薄膜的上表面与下表面分别镀导电膜区，其中，所述导电膜区包括工作区电极及用于将工作区电极与外界电压源相连接的导通区电极；

2)取盖板、通道层及基板，在盖板上开设一个通孔，并在通道层上开设流体通道及两个储液池，然后再将盖板、pvdf压电薄膜、通道层及基板自上到下依次固定连接，最后在导通区电极上粘接测试引线，得基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵。

利用直流溅射仪在pvdf压电薄膜的上表面与下表面分别镀制导电膜区。

导电膜区的厚度为100纳米。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵包括依次正对分布的工作区电极、通孔及流体通道，其中，流体通道的两端均连通有储液池，在工作时，通过控制pvdf压电薄膜上工作区电极上所施加方波电势相位的增加方向实现对流体通道中流体流动方向的控制，从而实现无阀双向驱动，切换较为简单，有效解决了传统有阀微流泵使用寿命短、响应速度慢及制作工艺复杂等问题，同时双向驱动能够极大的扩展微流泵的使用场景，提升产品性价比。并且制备过程中所采用的技术为较为成熟，制备方法较为简单、方便、易于实现。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为本发明中盖板1的结构示意图；

图3为本发明中pvdf压电薄膜2的结构示意图；

图4为本发明中通道层3的结构示意图；

图5为本发明中基板4的结构示意图；

图6为实施例一中所加电压信号示意图；

图7a为实施例一中t1-t2时刻压电膜振动情况示意图；

图7b为实施例一中t2-t3时刻压电膜振动情况示意图；

图7c为实施例一中t3-t4时刻压电膜振动情况示意图；

图7d为实施例一中t4-t5时刻压电膜振动情况示意图。

其中，1为盖板、2为pvdf压电薄膜、3为通道层、4为基板、5为工作区电极、6为导通区电极、7为通孔、8为流体通道、9为储液池。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵包括自上到下依次固定连接的盖板1、pvdf压电薄膜2、通道层3及基板4，其中，pvdf压电薄膜2的上表面及下表面均设有若干导电膜区，各导电膜区均包括工作区电极5及用于将工作区电极5与外界电压源相连接的导通区电极6，且pvdf压电薄膜2上表面上的一个工作区电极5正对pvdf压电薄膜2下表面上的一个工作区电极5，盖板1上开设有通孔7，通道层3上开设有流体通道8及两个储液池9，其中，流体通道8的两端分别与两个储液池9相连通，且pvdf压电薄膜2上表面上的各工作区电极5正对所述通孔7及所述流体通道8，储液池9与外界液体源相连通。

pvdf导电薄膜为极化且不带电极层的具有压电效应的压电薄膜；盖板1、通道层3及基板4的材质均为有机玻璃，且盖板1、pvdf压电薄膜2、通道层3及基板4通过粘合材料固定连接，所述粘合材料为uv胶或双面胶；通孔7为长条形通孔。

本发明所述的基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵的制备方法包括以下步骤：

1)选取pvdf压电薄膜2，再将pvdf压电薄膜2上按照极化方向固定在夹具上，并在pvdf压电薄膜2的上表面与下表面分别镀导电膜区，其中，所述导电膜区包括工作区电极5及用于将工作区电极5与外界电压源相连接的导通区电极6；

2)取盖板1、通道层3及基板4，在盖板1上开设一个通孔7，并在通道层3上开设流体通道8及两个储液池9，然后再将盖板1、pvdf压电薄膜2、通道层3及基板4自上到下依次固定连接，最后在导通区电极6上粘接测试引线，得基于pvdf压电薄膜的双向无阀微流泵。

利用直流溅射仪在pvdf压电薄膜2的上表面与下表面分别镀制导电膜区。

导电膜区的厚度为100纳米。

在工作时，给pvdf压电薄膜2同一表面上的各工作区电极5所施加的方波电势不同，且pvdf压电薄膜2同一表面上的相邻两个工作区电极5之间的电势差为90°。同时通过控制pvdf压电薄膜2中工作区电极5上所施加方波电势相位的增加方向实现对流体通道8中流体流动方向的控制。

本发明的具体控制过程为：

为了方便描述，将图3中的工作区电极5的四个电极块从左到右分别命名为a、b、c、d。

参考图6，外界电压源输出两路相位差为90°、峰值为2500v、占空比为50％、频率为2hz的方波。将信号①正接在电极a的两端，并反接在电极c的两端，将信号②正接在电极b的两端，反接在电极d的两端，得到相位差为90°的a、b、c、d四个电极。当电极两端电压为正时，电极区域的pvdf压电薄膜2会向上弯曲，电极两端电压为负时，pvdf压电薄膜2会向下弯曲。

为了实现液体从左向右流动，信号输入时，在t1-t2时间段，参考图7a，由于a电极区域两端电压为正，pvdf压电薄膜2向上弯曲，压强变小，使液体从a电极区域左端流入a电极区域；

参考图7b，在t2-t3时间段，a电极区域的pvdf压电薄膜2仍然向上弯曲，b电极区域两端电压从负变为正，pvdf压电薄膜2的弯曲方向从向下变为向上，压强变小，液体从a电极区域流入b电极区域；

参考图7c，在t3-t4时间段，b电极区域两端电压不变，pvdf压电薄膜2的弯曲方向不变，c电极区域两端电压从负变为正，pvdf压电薄膜2的弯曲方向从向下变为向上，压强变小，同时a电极区域两端电压从正变为负，pvdf压电薄膜2的弯曲方向从向上变为向下，压强变大，液体从b电极区域同时向a、c电极区域流动，但是a电极区域压强大于c电极区域，使流入c电极区域的液体多于a电极区域，从整体上看液体流入c电极区域；

参考图7d，在t4-t5时间段，c电极区域两端电压不变，pvdf压电薄膜2的弯曲方向不变，d电极区域两端电压从负变为正，pvdf压电薄膜2的弯曲方向从向下变为向上，压强变小，同时b电极区域两端电压从正变为负，pvdf压电薄膜2的弯曲方向从向上变为向下，压强变大，液体从c电极区域同时向b、d电极区域流动，但是b电极区域压强大于d电极区域，使流入d电极区域的液体多于b电极区域，从整体上看液体流入b电极区域；

这四个时间区域组成一个循环，使得液体从a区域经由b、c区域流入d区域，实现液体从微流泵的左端向右端的驱动。

当将信号①、②互换，即可实现a、b、c、d四个电极的相位差为-90°，即可实现液体从微流泵的右端向左端的驱动。

以上所述实施案例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体、详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。