超聲行波微流體驅(qū)動技術的基礎研究.pdf

1、隨著MEMS技術在生物醫(yī)學領域的廣泛應用，微米乃至納米構件中流體的驅(qū)動與控制技術的研究已逐漸成為一個研究熱點。超聲行波驅(qū)動在原理上不同于當前各種微流驅(qū)動技術，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應產(chǎn)生超聲振動在輸送管道壁上激起行波，該行波使輸送管道壁質(zhì)點產(chǎn)生與管道壁垂直的橢圓運動，使管道內(nèi)的液體產(chǎn)生行波聲場，在雷諾切應力、聲輻射壓力、管壁黏附力和液體分子間的作用力共同作用下，使液體沿行波方向運動，是一種新的微流體驅(qū)動技術。作為一種新型微流體驅(qū)動技

2、術，超聲行波驅(qū)動沒有可動部件，所需驅(qū)動電壓低，材料選擇較廣泛，可適用于各種環(huán)境，具有廣泛的應用前景。 本文針對國家自然科學基金和山東省優(yōu)秀中青年科學家獎勵基金項目中有關超聲行波微流體驅(qū)動與控制技術的可行性和驅(qū)動模型，從動力學分析的角度進行了較為深入的研究。 首先，介紹了微流體驅(qū)動技術的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，詳細分析了行波形成和橢圓運動的機理，深入討論了壓電陶瓷的逆壓電效應及其材料特性和頻率特性，通過對聲輻射壓力及聲流產(chǎn)生機理的

3、研究，得出驅(qū)動機理與模型參數(shù)的關系，為超聲行波微流體的驅(qū)動控制打下基礎。 然后，利用ANSYS有限元軟件，分別對圓環(huán)形模型和直管型模型的動力學特性進行了分析研究。通過有限元模態(tài)分析，討論了模型固有頻率與基體結構參數(shù)的關系，并分析了溝道尺寸對固有頻率的影響。通過基于逆壓電效應的激振響應分析，激勵出所需振型，得出了響應位移隨頻率的變化特性，為模型的進一步優(yōu)化設計提供指導。 最后，本文將面向?qū)ο笥邢拊ㄒ胛⒘黧w分析軟件(MF