[发明专利]一种交流电渗驱动乙醇行波型微泵及工作方法

说明书

本发明实施例公开了一种交流电渗驱动乙醇行波型微泵，包括微电极板上设置的电极阵列和微通道，电极阵列包括对称设置在微通道两侧的微电极接触点，微电极接触点上等间距阵列有若干个电极组，且位于微通道两侧的微电极接触点上的电极交错排列置于微通道中，其工作方法，包括步骤：在硅、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯上加工具有四个微电极接触点的微电极阵列，并将微电极阵列的电极阵列置于微通道内；向微通道内注入加了乙酸铵电解质的乙醇溶液；向微电极阵列的四个微电极接触点施加相同电压、相同频率、不同相位的交流电，驱动乙醇溶液流动，本发明采用的交流电渗驱动行波型微泵，克服了上述注入型电液动力泵的缺点，具有电压低，寿命长等优点，可以对乙醇长时间驱动。

技术领域

本发明实施例涉及微流控系统中驱动乙醇微泵技术领域，具体涉及一种交流电渗驱动乙醇行波型微泵及工作方法。

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。

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[3]，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和交流电渗驱动。直流电渗微泵具有流量可调、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,产生大量电热,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。

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。注入的阳离子在电场的作用下被驱动至较近的另一电极，即集电极，从而产生净电荷流。由于粘性阻力作用，阳离子的能量转移到流体中，使得流体从阳极向阴极流动。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，这种方法制成的微泵很快就会失效。

发明内容