[发明专利]基于液晶背流效应的微驱动器、驱动装置及其动态性能测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及液晶流体动力学和光学测量领域，特别是涉及一种基于液晶背流效应的微驱动器、驱动装置及其动态性能测量装置。

背景技术

微驱动器是微机电系统(MEMS)的核心部件。现代超精密机械加工、光学仪器以及生物研究领域也对微型驱动器提出了越来越高的性能和精度要求，新型微驱动器的关键技术研究将有效地促进微机电系统及其集成技术的发展。但现有的微驱动器的驱动材料都存在一定的应用局限性；使得需要高驱动电压，结构设计比较复杂，尺寸难以达到微米级，甚至是纳米级的程度，不易大规模集成化，严重影响了其实际应用和发展。而探索新型功能材料作为微驱动器的驱动源是一个艰苦而漫长的过程。需要构成微驱动器的材料性能优越，同时结构设计上尽可能合理，才能通过微型化(特征尺寸范围为1um-10mm)和集成化，达到采用新的工作原理和实现新的功能的目的。

另外测量动态性能参数是驱动器设计中非常重要的设计环节，决定了驱动器的使用性能和应用范围。而且微驱动器的尺寸小，如何在微尺度情况下通过实验精确测量微驱动器的动态性能参数，并阐明控制参数对动态性能的影响关系，是微驱动器实际应用的一个关键问题。传统的驱动器动态性能测量方法难以测量纳米级参数值，无法满足微驱动器的测量使用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于液晶背流效应的微驱动器、驱动装置及其动态性能测量装置。本发明公开了一种基于液晶背流效应的微驱动器、驱动装置及其动态性能测量装置，利用液晶材料在脉冲电场的作用下，液晶分子指向矢发生连续变化形成液晶背流效应的动力学特性，设计出液晶型微驱动器的驱动装置，通过调整外电场的强度、频率和占空比来控制液晶分子的旋转速度，从而产生脉冲式的驱动力来实现微驱动器的步进运动。利用连续时域编码技术清晰地观测液晶型微驱动器的运动过程，通过运动跟踪技术分析出其各种动态性能参数。通过上述方式，本发明能够通过简单结构利用液晶将电能转换为动能，实现真正意义上的微纳米尺度的驱动器，并精确地测量到在微小空间内的高速位移变化，有望在生物医疗等低电压精密驱动领域得到可靠的实际应用。

一种基于液晶背流效应的微驱动器，液晶型微驱动器7包括微驱动器移动部件(移动上板)1、液晶材料2、微小球状颗粒3、底座(固定下板)4、镀金电极膜5、配向膜6；微驱动器移动上板和固定下板均匀喷涂镀金电极膜5和高分子配向膜6；微小球状颗粒3混合于液晶材料2，置于移动上板和固定上板之间。

一种利用所述的液晶型微驱动器的驱动装置包括：微驱动器7、细铁棒8、液滴9、电极夹10；外加电场通过电极夹10传给微驱动器的上下板；为了减小对运动上板1的影响，电极夹夹住细铁棒8悬于运动上板一定距离之上，中间通过导电液滴9连接。当接通电场后，可使液晶分子发生形变，导致分子排列形式的变化，引起液晶背流效应的形成，从而可以推动目标物体的移动。

一种测量所述的液晶型微驱动器动态性能的方法，包括微驱动器7、信号发生器11、功率分析仪12、超窄脉冲光源13、影像采集装置14、色散器件15、光电探测器16、电脑17。信号发生器11和功率分析仪12均连接在液晶型微驱动器7的电极两端。宽谱超窄脉冲13被用作为光源，影像采集装置14采集被观测微驱动器运动过程的影像信息，影像信息在色散器件15上被展开为光信号信息，再利用光电探测器16读取光信号上的信息，并在电脑17中处理收集到的信息。

为实现本发明之目的，可采用以下技术方案予以实现：

一种液晶型微驱动器，包括：移动部件、液晶材料、微小球状颗粒和底座；其中：

移动部件本体上、下表面形成有第一电极，所述上、下表面的第一电极之间电连接，在下表面的该第一电极表面覆盖有配向膜，移动部件本体上表面第一电极为反光面；

底座本体上表面形成有第二电极，在该第二电极表面覆盖有配向膜；

移动部件间隔预定距离位于底座上方，在移动部件与底座之间填充有液晶材料，液晶材料分别与底座的配向膜和移动部件的配向膜相接触；

微小球状颗粒混合于液晶材料中，置于移动部件和底座之间。

所述的微驱动器，优选的：所述移动部件为移动上板。

所述的微驱动器，优选的：所述底座为固定下板。

所述的微驱动器，优选的：所述第一电极为覆盖在移动部件整体上的镀金电极膜，第二电极为覆盖在底座本体上表面上的镀金电极膜。

所述的微驱动器，优选的：所述配向膜为高分子配向膜。

一种液晶型微驱动器的驱动装置，包括：如上之一所述的微驱动器，细铁棒，导电液滴和电极夹；