一種基於柔性壓電驅動器的仿生泵的製作方法

2024-03-02 06:15:15

本實用新型屬於微機械電子工程領域，具體涉及一種基於柔性壓電驅動器的仿生泵。

背景技術：

微泵可以輸送微量的氣體和液體，或者氣液混合物，被認為是微流體系統中的重要部件因而,受到了人們的普遍關注。由於微泵能精確控制流量,它在微量化學分析與檢測、微量藥品注射、印表機噴墨陣列、集成電子元件的冷卻、燃料微量注射等領域有著廣泛的應用。壓電纖維複合材料壓電片作為一種新型壓電材料，將其應用到微泵領域，是一種全面的創新和大膽的嘗試。該類型的壓電微泵具有結構簡單、重量輕、耗能低、可控性強、無電磁幹擾等優點，而且可以通過改變電壓或頻率來控制輸出流量，因此，其具有相當廣闊的應用前景。

技術實現要素：

本實用新型提供一種基於柔性壓電驅動器的仿生泵，目的在於利用柔性壓電纖維複合材料輕薄且是柔性的特點，將其與彈性矽膠材料相結合，設計一種新型，結構簡單，可精確控制流量的仿生泵。

上述目的主要通過以下技術方案來實現：一種基於柔性壓電驅動器的仿生泵包括入口管，入口單向閥，彈性泵體，泵體側壁，柔性壓電纖維複合材料，基板，出口單向閥和出口管。其中入口管，出口管泵體，彈性泵體和泵體側壁採用矽膠材料製成。由於柔性壓電纖維複合材料加載交變電壓後運動方式是沿著材料長度方向產生伸縮變形，而本裝置需要左右平動，於是在柔性壓電纖維複合材料底部增加基板使得整個驅動部分能夠產生彎曲變形。柔性壓電纖維複合材料與其下側對應位置布置的基板緊密粘貼共同組成柔性壓電驅動器。在交變電壓作用，柔性壓電驅動器產生往復彎曲變形，帶動與之緊密粘和的彈性泵體表面往復運動，使得腔體體積交替變大和變小，利用單向閥的開合實現流體的單向運動。

彈性泵體上下兩側中心位置各有一小孔，基板的對應位置也有開孔，且基板上孔的直徑略大於入口管和出口管的直徑。採用矽橡膠粘合劑將入口單向閥粘接於泵腔腔體下側開孔的內表面，即位於腔體內部，出口單向閥粘接於泵腔腔體上側開孔的外表面，即位於泵體外部。入口管和出口管分別穿過基板上開孔粘貼於彈性泵體兩端中心位置開孔的外表面。

在初始狀態下，未粘貼柔性壓電驅動器的彈性泵體對稱的兩個側面向內自然凹陷。

附圖說明

圖1是本實用新型一種基於柔性壓電驅動器的仿生泵靜止時的示意圖。

圖2是本實用新型一種基於柔性壓電驅動器的仿生泵的基板示意圖。

圖3是本實用新型一種基於柔性壓電驅動器的仿生泵的剖面示意圖。

圖4是彈性矽膠泵體體積變大，流體吸入腔體的示意圖。

圖5是彈性矽膠泵體體積變大，流體吸入腔體的剖面示意圖。

圖6是彈性矽膠泵體體積變小，流體排出腔體的示意圖。

圖7是彈性矽膠泵體體積變小，流體排出腔體的剖面示意圖。

具體實施方式

參照圖1,本實用新型一種基於柔性壓電驅動器的仿生泵，是由出口管1，出口單向閥2，彈性泵體3，泵體側壁4，入口管5，入口單向閥6，柔性壓電纖維複合材料701，基板702組成,其中:

兩片對稱布置的柔性壓電纖維複合材料701粘在材料的基板702上組成柔性壓電驅動器7，使在交變電壓的作用下整個驅動部分能夠產生彎曲變形，基板702內輪廓與彈性泵體3外表面緊密地粘在一起。

彈性泵體3上下兩側各有一個小孔，基板702的對應位置也開有孔，且基板702上孔的直徑略大於出口管1和入口管5的直徑，採用矽橡膠粘和劑將入口單向閥6粘貼於彈性泵體3下孔的上側，即位於泵腔內部，出口單向閥2粘貼於彈性泵體3上孔上側，即位於泵腔外部。出口管1通過基板702上開孔粘接於彈性泵體3上側，入口管5通過基板702下開孔粘接於彈性泵體3下側。

彈性泵體3，泵體側壁4，入口單向閥6和出口單向閥2共同組成一個封閉的系統，在沒有加載交變電壓的情況下，兩片對稱布置的柔性壓電纖維複合材料701粘在初始狀態下向外側自然彎曲的基板702外表面，彈性泵體3其的泵體側壁4向內自然凹陷。在交變電壓的作用下，柔性壓電纖維複合材料701做伸長，縮短的往復運動。當彈性泵體3兩側對稱粘接的柔性壓電纖維複合材料701同時伸長時，由於基板702的限制，使得兩側的柔性壓電驅動器7同時由平衡位置向外彎曲變形，帶動和基板702粘接的彈性泵體3兩面同時向外運動，彈性泵體3的泵體側壁4受基板702向外彎曲的力的作用，彈性泵體3和泵體側壁4長軸長度縮小，短軸長度增大，泵體側壁4由向內的自然凹陷變為平面，彈性泵體3的體積增大，位於彈性泵體3上側外部的出口單向閥2關閉，同時位於彈性泵體3下側內部的入口單向閥6打開，流體從外部經由入口管5和打開的入口單向閥6流入泵腔中。

當彈性泵體3兩側對稱粘接的柔性壓電纖維複合材料701由伸長狀態到平衡狀態時，由於基板702的限制，兩側對稱粘接的柔性壓電驅動器7彎曲弧度逐漸縮小直至恢復平衡狀態，泵體側壁4由受拉伸變成的平面狀態恢復到自然凹陷，在此過程中，入口單向閥6關閉，出口單向閥2打開，彈性泵體3內的流體由泵腔內經出口單向閥2和出口管1流出，直至平衡狀態，此時泵腔內外壓力平衡，入口單向閥6和出口單向閥2均關閉。

當腔體兩側對稱粘接的柔性壓電纖維複合材料7同時縮短時，由於基板702的限制，使得兩側的柔性壓電驅動器7同時產生由平衡位置向內的彎曲變形，帶動和基板702粘貼的彈性泵體3兩面同時向內運動，彈性泵體3的泵體側壁4受基板702向內彎曲的力的作用，彈性泵體3和泵體側壁4長軸長度增大，短軸長度縮小，泵體側壁4由向內凹陷程度加劇，彈性泵體3的體積縮小，位於彈性泵體3下側內部的入口單向閥6關閉，同時位於彈性泵體3上側外部的出口單向閥2打開，泵腔內部的流體繼續經過打開的出口單向閥2和出口管1流出。

當彈性泵體3兩側對稱粘接的柔性壓電纖維複合材料701由縮短狀態恢復平衡狀態時，由於基板702的限制，兩側對稱粘接的壓電驅動器7的彎曲弧度逐漸增加直至恢復平衡狀態，泵體側壁4向內凹陷程度變小，恢復到自然凹陷，在此過程中，由於壓力的作用入口單向閥6打開，出口單向閥2關閉，流體由外部經入口管5和入口單向閥6流入泵腔，直至平衡狀態，此時，入口單向閥6和出口單向閥2均關閉。如此往復運動實現流體的連續定向輸送。