[发明专利]一种交流电渗驱动乙醇非对称型微泵及工作方法

说明书

本发明实施例公开了一种交流电渗驱动乙醇非对称型微泵，包括第一金属电极和第二金属电极，以及微通道，所述第一金属电极上等间距阵列有大电极，第二金属电极上等间距阵列有小电极，大电极和小电极顺次交错阵列置于微通道中；其工作方法，包括步骤：加工该非对称型微泵，将非对称型微泵的大电极和小电极形成的阵列置于微通道内；向微通道内注入加了微量氢氧化钾电解质的乙醇溶液，将交流电正负极与第一金属电极和第二金属电极连接，施加交流电信号，驱动乙醇溶液流动，添加少量的KOH电解质，来代替通过在阳极金属电极材料，施加高电压产生阳离子，阳离子再注入到液体的方法，达到不损害电极的目的，延长微泵寿命，降低施加的电压，降低微泵功耗。

技术领域

本发明实施例涉及微流控系统技术领域，具体涉及一种交流电渗驱动乙醇非对称型微泵及工作方法。

背景技术

随着电子元器件性能及微型化的发展，对散热的要求越来越高。微电子器件的可靠性对温度非常敏感，电子器件的温度上升会大大降低其可靠性。器件温度在70℃∽80℃的水平上每增加1℃，其可靠性将下降5％。未来智能化的发展要求CPU速度要提高2∽3个数量级，现有的气冷技术已经无法满足其散热的需求，因此需要开发新的液冷技术。随着微流控系统的发展，微泵成为了微流体控制及微电子冷却系统中的关键技术。

在微流控系统中，液体的微流量驱动与控制技术始终是一项较为关键的技术难题。微流体的控制是指对特征尺寸小于1mm的系统或器件里的流体的控制，而精确控制微流体的驱动技术是微流控系统发展的必然要求。因此微流控系统要求集成有可控的用于泵出小体积微流体的微泵，并且微泵的研究已经成为微流控系统发展水平的重要标志。

依据工作原理，微泵从结构上分为机械式微泵和非机械式微泵，两者的主要区别在于有无运动部件。目前，机械式微泵主要包括：压电微泵、电磁微泵、静电微泵、形状记忆合金微泵及热驱动微泵等。机械式微泵发展历史悠久，理论成熟，几乎可以驱动任何类型的液体，因为它含有运动件，在微泵内部易产生摩擦、抽速不稳定、有微渗漏、寿命短、不易与芯片集成等不足，泵的可靠性大大降低。非机械式微泵成为微泵研究的新方向。

电渗流微泵是目前最主要的非机械微泵，具有易于加工和控制、无需移动部件、较高的可重复性和可靠性等优点。根据施加的电压类型可以分为直流电渗驱动微泵和交流电渗驱动微泵。直流电渗驱动微泵具有流量可调、范围宽、无活塞、无阀、无动态密封、制造成本低和设计简洁等优点，是一种有效的驱动液体的方式。其缺点是需要高压、直流电渗流体驱动技术需要极高的直流电压(高达几千伏)，存在安全隐患，容易发生电解反应产生气泡,产生大量热,进而影响微流体流动的稳定性。由于电压很大，有一定的危害性，因此直流电渗泵的适用范围受到一定的限制。与传统的直流电驱动方法相比，交流电驱动方式具有施加电压低(其输入信号电压幅值一般小于4V)、能很好地抑制电解反应，易于与其它微器件集成等优点，因此交流电渗驱动技术具有重要的应用价值。

驱动的液体主要分为水溶液和非水溶液，在生物领域，水溶液的应用较为广泛，而在其他领域，驱动需求最广泛的液体是非水溶液，如甲醇、乙醇等，在微型燃料电池，芯片、集成电路、电器散热等系统系统中应用广泛。目前国际上仅仅进行了交流电渗驱动水溶液的研究,没有关于驱动非水溶液报道。现在国内外驱动非水溶液的方法主要是采用注入型电液动力泵，如离子拖曳泵。

主要原理是在阳极电极施加直流高电压，在阳极表面产生电化学反应。阳极金属电极材料在高电压作用下产生阳离子，或液体通过电化学反应产生离子，离子随后注入到液体。注入到液体中的阳离子在电场的作用下被驱动。由于粘性力作用，阳离子的能量转移到流体中，使得流体流动。这一方法优点在于基本上对所有溶液都可以驱动，包括不含有电荷的有机溶液，缺点是电压较高，消耗阳极材料，造成这种方法制成的微泵很快就失效。

目前针对微流控系统中，采用注入型电液动力泵驱动非水溶液具有电压高，寿命短等缺点，造成了非机械式微泵无法大规模应用于微流控系统。

发明内容