[发明专利]一种基于压电薄膜反馈控制微流控芯片的流量流速的微阀

权利要求书

1.一种基于压电薄膜反馈控制微流控芯片流量流速的微阀，其特征在于，将PDMS、压电薄膜、玻璃集成一体，使用温度作为动力源，密封腔内的空气作为介质，调节PDMS薄膜的变形量，以改变微流控芯片通道横截面积；所述微阀包括驱动模块和传感调节模块，所述驱动模块由保温腔、加热器和空腔层组成；所述传感调节模块由温度薄膜传感器、压电薄膜和PDMS薄膜组成；保温腔位于加热器的上方，用于防止加热器产生的热量发散，加热器的下方带有空腔层，空腔层的下端口位置为温度薄膜传感器，温度薄膜传感器的下方为一层压电薄膜，压电薄膜的下方为PDMS薄膜；流量调节及其压电薄膜反馈的原理如下：

通过加热器对空腔层进行加热，当温度足够高时空腔层内部压强：

其中：R_G是气体常数；ΔT是空腔层内温度变化量；ΔV是空腔层内体积变化量；V₀是空腔层内初始体积；v_mol是常温常压下的气体摩尔体积；p₀是空腔层内初始压强；P是空腔层内压强；PDMS薄膜产生的形变为：

其中：t是膜片厚度；l是沟道宽度；V_M是泊松比；E_M是弹性模量；P是空腔层内部压强；ω是膜片挠度；通过压电薄膜反馈的电压为：

其中：ω是膜片挠度；t₁是压电体的厚度；L_P是压电体的长度；d₃₁是压电模量；c为常数；流量的大小为：

Q＝vS

其中：Q是流量大小；v是流速；S是微流控芯片通道横截面积；根据压电薄膜反馈的电压，当实际流量与所需流量不符时，通过调节温度来改变微流控芯片通道横截面积；根据压电薄膜和PDMS薄膜的同时变形改变微流控芯片通道横截面积，减小的微流控芯片通道横截面积大小为：

其中：b为微流控芯片通道的宽度；被改变的微流控芯片通道横截面积大小为：

S＝S_t-S_a

其中，S_t为微流控芯片通道的初始横截面积。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜反馈控制微流控芯片流量流速的微阀，其特征在于，初始状态时，阀门完全打开，通过加热器使空腔层内部温度逐渐升高，空腔层内部空气受热膨胀增加空腔层内部压强，使得空腔层下方的压电薄膜和PDMS薄膜同时产生变形，减小微流控芯片通道横截面积进而减小微流控芯片通道的流量，并且通过压电薄膜的电压反馈实时调节加热温度，使得压电薄膜和PDMS薄膜的变形实现预期目标，在停止加热以后，温度逐渐降低，空腔层内部的压强逐渐减少，PDMS薄膜逐渐恢复。