PDMS薄膜閥壓電泵設計及實驗研究

鄭夢羚，姜海洋，黃梓良，馬 龍

(合肥工業大學 儀器科學與光電工程學院，安徽 合肥 230009)

壓電泵是一種利用壓電材料作為驅動器件并實現流體傳輸的新型泵。它具有結構緊湊、響應速度快、耗能低、無電磁干擾，可根據電壓或頻率精確傳送微量流體等優點[1]?？蓱妙I域如下：醫療機械、生物工程、化學分析、小部件清洗、汽車發動機燃料供給、航空航天[2-4]。根據結構，壓電泵可分為有閥泵和無閥泵兩種。有閥泵通過壓電振子和單向閥的相互配合動作實現流體的定向輸送，無閥泵通過進出口的幾何形狀實現流體的定向輸送[1-2]。由于材料的不同，單向閥性能不一，其中硅膠材料具有成本低廉、材料較柔軟、生物兼容性良好等優點。因此，本文提出懸臂梁結構單向閥，并對使用了懸臂梁和簡支梁兩種結構薄膜閥壓電泵的性能進行了對比分析，總結了不同結構的薄膜閥對泵性能的影響。

1 泵的原理

如圖1(a)所示，在壓電振子使壓電泵容積增大時，進水閥片打開，出水閥片關閉，入水口出的緩沖膜向上變形，緩沖膜中的液體能迅速注入泵腔體，同理，當壓電振子使泵容積減小時，如圖1(b)所示，進水閥關閉，出水閥打開，出水口的緩沖膜向下變形，使液體迅速流出到出水口的可壓縮腔內，由于可壓縮腔的存在，減輕了泵工作過程中壓電振子和出入水口的負載。

(a)泵吸水過程

(b) 泵出水過程

2 泵的制作

壓電泵主要由五個部分組成：單向閥、泵腔體、流動通道、可壓縮空間和壓電振子，如圖2所示?！?br>