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基于MEMS技术的压电微喷的研制

许立宁  
【摘要】:微喷是微流量控制系统中重要的执行器件,它可喷射多种介质(墨、聚合物、固体等),能够实现DNA微细排列、微量药品精确供给、微推进以及喷墨打印等多种功能,在医药、生物、化学领域有着广阔的应用前景,是MEMS技术最典型的应用之一。 本论文建立了剪式微喷的结构理论模型,分析了在动态电压作用下端部的变形;利用有限元分析方法优化设计了微喷的结构几何参数,模拟其振动模态;研制出可双向快速充、放电的微喷专用驱动电源,能够并行驱动微喷阵列;对工作在纯剪切模式的微喷结构进行改进,引入了机械增益,大大提高了微喷的驱动能力。 本论文完成了亚纳升级剪式压电微喷的研制以及性能测试,探索最佳结构、最佳工艺流程和最优工艺参数,提高稳定性和成品率。研究驱动方法,开发驱动电源,为国内压电微喷的实用化打下了坚实的基础。本论文研制的微喷,单次喷射体积在亚纳升量级,可连续喷射;喷射液滴体积和数量可由驱动脉冲控制;集成性能良好,可制成一维微喷阵列。 提出了三种结构的微喷,电场方向是垂直于极化方向加载的。当驱动电压为50V时,单次喷射液滴体积约为0.1纳升,最大喷射距离为30mm。 研制出微喷专用驱动电源,申请了专利。该电源:具有以下特点:可以进行正、反双方向充电,使致动壁能做正、反两个方向的运动;能够进行双向快速放电,频率响应范围宽;输出电压高,非线性失真小;输出阻抗很小,电流负载能力大,响应速度快;控制信号的频率和脉宽可调;各部件驱动信号之间的时序关系可通过计算机编程控制。


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