A Billow-mimetically Peristaltic Micropump Based on Acoustic Streaming Generated by Quartz Actuator

• Main Authors: Lee, Chung-Yu, 李崇宇
• Other Authors: Liu, Cheng-Hsien
• Format: Others
• Language: en_US
• Published: 2010
• Online Access: http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/29723391683809387724

碩士 === 國立清華大學 === 動力機械工程學系 === 98 === 在此研究中，我們成功地利用石英產生的聲波擾流 (acoustic streaming) 實現了一種仿浪濤之蠕動式微型幫浦；其中，擁有厚度振動模態的X 切向 (X-cut)石英晶片同時擔任了基材和制動器的角色，並且憑藉著石英本身的壓電特性和極高的品質係數 (Q-factor) ，我們即可簡單地利用沈積一對上下電極的方式，在石英晶片上定義出制動區的範圍，又因其對質量負荷的高靈敏度，即使只在石英晶片表面放置一微質量，也會造成其諧振頻率的向下偏移。因此，我們以上述的特性為基礎，利用一傾斜的玻璃上蓋形成兩側相異的流道高度，造成晶片上的流體負荷不同，進而於制動區內產生一個帶狀且連續的諧振頻率分佈，而當其上的電極被施予某一頻率的交流訊號時，唯有諧振頻率符合此一訊號頻率的局部區域將產生振動，並以一聲波噴流 (jet) 之形式將其正上方的流體驅離，因此，當訊號 於某固定頻率區間進行掃描 (sweep) 時，此噴流亦會同步的進行平移，進而產生一淨流向；有鑑於此，我們所提出的低耗能幫浦並不需藉由過去複雜的電路所控制，僅需以一台波形產生器 (function generator) 之掃描功能即可進行操作，並使幫浦內的工作流體實現一種狀似浪濤之蠕動式運動；而藉由實驗得知，在本設計中，頻率掃描的最佳速度 (sweep time) 大約為6 秒一個週期，並於操作電壓 為10 伏特的情況下，可產生102.8 μm/s 的流速，我們亦可藉由調整操作電壓的方式，輕易的對流速進行調控，其流速和電壓呈現一個近似二次多項式曲線之關係。藉由聲波的溫和機制，我們開發了一個新穎和高效率的微型幫浦，其於工作時不產生高溫及強電場，亦不對工作流體造成污染，十分適合生醫或生化檢測方面的應用，此外，由於石英符合微機電 (Micro Electro Mechanical Systems) 的標準製程，因此生醫和生化領域常在意的交叉污染之問題，可以藉由大量製造之可拋棄式幫浦的方式所解決。