資源描述：
《基于mems技術(shù)新型壓電微驅(qū)動器的研制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、用MEMS技術(shù)硼制壓電微驅(qū)動器摘要微流動系統(tǒng)作為MEMS的一個重要分支，近年來在微型傳感器、微型閥、微泵等元件研究方面取得了很大的進(jìn)展。微驅(qū)動器由于尺寸微小，可減小流動系統(tǒng)中的無效體積，降低能耗和試樣用量，而且響應(yīng)快，因此有著廣泛的應(yīng)用前景，可用于微量流體的壓力、流量和方向控制及成分分析。本課題根據(jù)無閥微泵的工作原理，基于MEMS技術(shù)設(shè)計了一種新型具有PZT驅(qū)動的無閥型微驅(qū)動器，對微驅(qū)動器結(jié)構(gòu)中的PZT驅(qū)動薄膜、無閥型的結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動器的特性進(jìn)行了研究，利用計算機輔助設(shè)計(CAD)方法研究了相關(guān)制作工藝并給出該結(jié)構(gòu)主要參數(shù)，研制出一種新型微驅(qū)動器。根據(jù)PZT微驅(qū)動器的
2、基本結(jié)構(gòu)設(shè)計，從理論上闡明了逆壓電效應(yīng)PZT驅(qū)動工作機理，分析了有效載荷與撓度之間的關(guān)系，為方型PZT驅(qū)動薄膜的設(shè)計提供了理論支持。無閥型微閥采用擴(kuò)散、收縮結(jié)構(gòu)，利用微流體理論分析了圓柱形微體積元得到壓力損失系數(shù)與擴(kuò)散、收縮角度的關(guān)系，根據(jù)Gibson的計算結(jié)果其最佳角度為5?！?。。同時也證明了擴(kuò)散、收縮管具備液體單向流動整流效應(yīng)的決定因數(shù)是擴(kuò)散、收縮角度和擴(kuò)散、收縮口的截面積，也就是通過改變擴(kuò)散管的入口和出IZl的截面積的比值可以改變擴(kuò)散、收縮管的輸出效率。利用計算機輔助設(shè)計給出了微驅(qū)動器的驅(qū)動腔體和擴(kuò)散、收縮閥體的制備工藝結(jié)果。通過對方形PZT復(fù)合驅(qū)動薄板仿真
3、，給出方形PZT復(fù)合驅(qū)動薄板的驅(qū)動電壓與撓度、復(fù)合驅(qū)動薄板的厚度與撓度，驅(qū)動復(fù)合薄板厚度與固有頻率的關(guān)系，并給出了各階振型進(jìn)行分析結(jié)果。為進(jìn)一步研究方形硅杯結(jié)構(gòu)器件的理論與實驗提供了參考依據(jù)。在計算機模擬微流體特性分析過程中發(fā)現(xiàn)無閥型微驅(qū)動器設(shè)計制作的關(guān)鍵因素是擴(kuò)散、收縮管的角度以及管的長度，并給出了計算機模擬無閥型微驅(qū)動器的流量、背壓與擴(kuò)散、收縮管的角度、長度以及雷諾數(shù)等參數(shù)之間的關(guān)系。一一一一一．．墮釜莖三里盔堂墮主堂垡堡壅對于無閥型微驅(qū)動器的制備，介紹了與本課題相關(guān)的MEMS工藝，即薄膜制備技術(shù)、雙面光刻技術(shù)、硅刻蝕技術(shù)及界面輔助鍵合技術(shù)。給出了微驅(qū)動器設(shè)計的
4、關(guān)鍵尺寸，用MEMS工藝制作了驅(qū)動腔和無閥型閥體的實物。在PZT驅(qū)動的無閥型微驅(qū)動器的研制過程中，得出了硅各向異性腐蝕速度與溫度、KOH刻蝕溶液濃度之間的關(guān)系，探索了溶膠凝膠法制備PZT駙動薄膜制各關(guān)鍵工藝，對底電極、過渡層的材料選擇，PZT溶膠、凝膠的制備方法、以及PZT薄膜O．3復(fù)合法進(jìn)行了實驗研究。經(jīng)過SEM形貌觀測PZT溶膠、凝膠的制備薄膜膜厚均勻，無裂紋，PZT厚膜橫斷面，表面的平整度較好，厚度可達(dá)2岬。其中Si02／Ti／Au／PzT層界面清晰。PZT驅(qū)動薄膜XRD表征分析表明PZT薄膜呈(110)擇優(yōu)取向的鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)。證明無閥型微驅(qū)動器的關(guān)鍵工藝溶膠
5、、凝膠制備方法效果良好。微驅(qū)動器性能測試中給出了PZT極化的工作原理，給出極化的工作條件。對壓電振子的變形測試，得出了驅(qū)動電壓及頻率與PZT薄膜撓度的關(guān)系，以及與撓度有關(guān)位移量和驅(qū)動腔容積的變化值。給出了輸出流量與驅(qū)動頻率之間的關(guān)系以及最高背壓值。結(jié)果證明采用MEMS技術(shù)研制的PZT無閥型微驅(qū)動器的工藝方案可行，同時具有集成化和大批量生產(chǎn)的特點，尤其適用微流體控制領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：MEMS；微驅(qū)動器；PZT薄膜；擴(kuò)散／收縮管用MEMS技術(shù)研制壓電微驅(qū)動器AbstractMicro—flowsystemisallimportantbranchofMicroelectrom
6、echanicalsystem(MEMS)Theresearchesofmicrosensorsandmicrovalvescomponentshavebeenmadegreatprogressinrecentyears．Becausethemicroacthatorissmallinsize，theinvalidvolumeoffluidislOW,thepowerconsumptionandsampledosagearedecreased，andthemicroactuatorresponseisalsofast．Sothemicroactuatorisappl
7、iedextensively．Forinstance，itCanbeusedinthepressure，flowrateanddirectionalcontrols，andthemicro—fluidcompositionanalysis．Accordingtotheoperationprincipleofvalvelessmicropump，anewtypemicroactuatorwhichdrivenbyPZTisdesignedandproposal．ThePZTfilm，valvelessstructureandcharacteristicofactu
