[實用新型]硅基微型電滲泵三維陣列

無效

• 申請號: 200920243053.0
• 申請日: 2009-11-03
• 公開（公告）號: CN201802574U
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 楊濤;劉婷婷;梁晉濤;韓賓;高楊;譚先吉;馮月暉;白竹川;周玲;孟凡超
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: F04B19/00
• 分類號: F04B19/00;B81B7/02;B81B1/00;B81C3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種可用于微通道冷卻系統的硅基微型電滲泵，特別涉及微型電滲泵的三維陣列。?

背景技術

微泵是將電能、熱能等轉化為流體動能的一種新型流體傳輸部件，是微流體系統中重要的執行器件。MEMS技術的發展為微泵的研制提供了技術和工藝基礎。微流體技術作為MEMS技術的一個分支，具有廣闊的應用前景。?

電滲泵一般由大量的直徑在1～50μm之間的細槽構成，槽壁與電解液發生電化學反應，在貼近槽壁處形成厚度為1～100nm的穩定雙電層：緊密層和擴散層。在外電場作用下，擴散層的離子產生定向遷移形成電滲流，由于電解液具有粘性，擴散層會帶動中間部分的液體定向流動，呈現出塞狀的流型。?

根據電滲泵的結構特征將其劃分為多孔介質型電滲泵和開放通道電滲泵。根據多孔介質型電滲泵多孔介質形成方法的不同，可分為一下三種：填充床多孔介質電滲泵、整體柱多孔介質電滲泵、多孔介質膜電滲泵。開放通道電滲泵根據聯接方式不同可分為并聯式開放通道電滲泵及串聯式開放通道電滲泵。多孔介質電滲泵的通道，由微粒之間的間隙或多孔材料的內部小孔形成。開放通道電滲泵的微通道，主要采用干法刻蝕工藝和濕法腐蝕工藝成形，通道截面一般為規則的幾何形狀，如矩形和三角形。?

填充床多孔介質電滲泵是通過將介電微粒(一般為直徑為1～5μm的硅膠)填充到熔石英毛細管(Φ50～800μm)中，再采用多孔玻璃材料填充到毛細管兩端，燒結形成毛細管的柱塞。通道中微粒之間的孔形成了間隙通道，孔隙在長度和徑向上的分布可以看作是許多直徑極細的毛細管的集合。電解溶液與微粒接觸時，介電微粒被雙電層所包圍。外加電場與各微粒上形成的ξ電勢進行耦合作用時，介電微粒所形成的間隙通道便可形成電滲流。在填充床多孔介質電滲泵中，介電微粒之間孔非常小形成很高的水力阻力，同時間隙通道內濕周表面積與流體體積之比非常大，因此填充床電滲泵壓力輸出可高達幾兆帕到幾十兆帕。但流量非常小，通常為每分幾十納升或幾微升。Zeng等人將3.5μm直徑的無孔硅膠粒子填充到500～700μm直徑的熔融石英毛細管中，再在通道兩端填充多孔玻璃材料，通過燒結形成柱塞，形成了一個填充床多孔介質電滲泵，如圖2所示。其中1為多孔玻璃柱塞，2為毛細管壁，3為硅膠微粒。以去離子水作為測試流體，在2kV電壓下獲得超過2MPa壓力、3.6μL/min流量的微泵，計算得到熱動力效率為1.3％。該填充床電滲泵顯示了更高的流體壓力性能，但是熱力效率較低。原因是電解質中有?電流通過，產生很高的焦耳熱。?

目前填充床多孔介質電滲泵存在的為題如下：1、熱力效率較低。2、制備過程復雜，柱塞的制備需要燒結，工藝與當前的微加工工藝不匹配。3、很難與其他微器件芯片集成。?

發明內容

根據上述現有技術部分存在的缺陷和不足，本發明的目的是提供一種采用單晶硅作為泵體材料，利用MEMS加工技術制備可用于微通道冷卻系統的高效率，工藝簡單，且易于與其他微器件芯片集成的電滲泵三維陣列結構。?

為了實現上述目的，本發明的設計機理是基于電滲原理實現流體的定向流動。在經過高平面度研磨拋光的硅片上利用干法蝕刻技術刻蝕出高寬比的二維陣列微槽。針對不同的流量和壓強的需求，可以選擇適當數量的二維陣列的疊層來滿足三維陣列要求，因此電滲泵三維列陣的結構設計具有可伸縮性。?

所采用的技術方案是：一種硅基微型電滲泵三維陣列，它包括一定數量的電滲泵二維陣列層疊形成三維陣列。?

本實用新型的其他一些特點是，所述的電滲泵微槽是用干法蝕刻技術刻蝕出的高寬比二維陣列微槽。?

附圖說明

圖1為填充床多孔介質電滲泵?

圖2為電滲泵二維陣列結構立體圖?

圖3為電滲泵二維陣列結構平面圖?

圖4為電滲泵三維陣列結構立體圖?

具體實施方式

下面結合附圖和發明人依照上述技術方案給出的實施例對本實用新型作進一步詳細說明，但并不限于該實施例。?

實施例：參見圖2～圖4，硅基微型電滲泵二維陣列，它包括由電極4、微槽5及入水口6組成。圖中箭頭為工作流體流向。電滲泵二維陣列各個泵之間是并聯關系，電滲泵三維陣列各層之間是串聯關系。若電滲泵二維陣列含有200個泵，二維陣列輸出流量為單個電滲泵的200倍，輸出壓強與單個電滲泵相同。若電滲泵三維陣列由10層構成，三維陣列輸出壓強為單個電滲泵的10倍，輸出流量與二維陣列相同。?