[發明專利]一種集成微泵微閥的液態金屬驅動控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201811301553.5
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109185107B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 李平;許諾;王忠晶;臧金良;劉秀潔
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: F04B43/12
• 分類號: F04B43/12;F04B49/22;F04B53/10
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 和歡慶;侯永帥

本發明涉及一種集成微泵微閥的液態金屬驅動控制系統，屬于液態金屬驅動系統技術領域，用以解決現有液態金屬的驅動方式中，壓力驅動難以實現體積小型化、電磁泵驅動中液態金屬流動管道尺寸較大且無法實現液態金屬的電學阻斷作用等技術問題。該液態金屬驅動控制系統包括液態金屬儲液池、柔性微流道、集成微泵以及集成微閥；液態金屬儲液池通過柔性微流道依次與集成微泵、集成微閥連通；集成微泵用于驅動液態金屬在柔性微流道內流動；集成微閥用于控制液態金屬在柔性微流道中的電學導通與阻斷；柔性微流道的寬度和高度為μm?mm級。該系統用于實現液態金屬在微流道結構中的高精度流動驅動控制與物理電學隔斷，進而實現對微結構形態的動態重構。

技術領域

本發明涉及液態金屬驅動控制技術領域，尤其涉及一種集成微泵微閥的液態金屬驅動控制系統及控制方法。

背景技術

近年來隨著液態金屬性能的不斷開發，利用不同的材料配比能夠實現不同低溫熔點，并且利用液態金屬的大變形和流動性與微結構進行集成，實現在微通道結構中液態金屬的微流動，成為一個極具發展前景的全新領域。液態金屬綜合了傳統剛性和柔性材料的優良性能，目前主要有五種熔點接近或低于室溫的金屬：鈁、銣、銫、汞和鎵。其中，鈁具有輻射性，銫和銣與空氣接觸后會劇烈反應，汞具有毒性且它表面張力大，不易對其進行圖案化成型，這四種材料均不適合用于制備柔性電子器件，但鎵及其合金適用于制備各種器件，主要得益于：1)熔點非常低，在室溫下為液態；2)粘度低，便于注入微流道中；3)電導率較高，雖然比銅的電導率低，但是遠遠高于其他導電液體等；4)不易蒸發，性能穩定，操作時不會吸入氣體分子；5)液態金屬在注入前不用加熱熔化，易于與有機、生物材料兼容；并且在注入過程中始終保持液態，注入完成后無冷卻過程，減少工藝耗時。

液態金屬具有保持良好導電性的同時，在常溫下具有流動性、大變形和可重構性，因此，能夠廣泛應用于柔性電子、柔性傳感及射頻可重構天線等領域，特別是在射頻可重構天線等動態重構結構應用中，需要驅動控制液態金屬在流道結構中的精確控制流動特性、與液態金屬儲液池的的電學導通和物理阻斷特性。通過液態金屬的可任意流動性，尤其是將液態金屬進行微流體化，能夠實現在射頻天線微流道結構中的微流動控制，將其應用于射頻天線結構參數和結構形態的重構中，具有對常規射頻天線結構的調控及天線性能(頻率、極化方式、方向圖)重構能力。

目前，液態金屬在微流道結構中驅動控制以常規電磁泵、壓力、電壓驅動控制為主，但電磁泵目前體積較大，一般應用于液態金屬流道為毫米級-厘米級的通道結構中，且無法實現流道結構液態金屬的電學阻斷作用；壓力驅動控制方式需要外置體積較大的驅動泵，難以實現體積小型化，無法與流道結構一體化集成；電壓驅動控制方法在動態重構液態金屬過程中由于電壓直接施加在液態金屬與氧化層去除溶液中，影響液態金屬電學性能，并且液態金屬的表面張力大，難以應用于長度較長的流道結構中。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明實施例旨在提供一種集成微泵微閥的液態金屬驅動控制系統及控制方法，用以解決現有液態的驅動方式中，壓力驅動難以實現體積小型化、電磁泵驅動中液態金屬流動管道尺寸較大且無法實現液態金屬的電學阻斷作用的技術問題。

本發明提供了一種集成微泵微閥的液態金屬驅動控制系統，包括液態金屬儲液池、柔性微流道、集成微泵以及集成微閥；液態金屬儲液池通過柔性微流道依次與集成微泵、集成微閥連通；集成微泵用于驅動液態金屬在柔性微流道內流動；集成微閥用于控制液態金屬在柔性微流道中的電學導通與阻斷；柔性微流道的寬度和高度為μm-mm級。

進一步地，集成微泵包括微泵和微泵通道，微泵的驅動方式為壓力驅動、磁力驅動或者壓電驅動中的一種。

進一步地，微泵為磁力驅動微泵，磁力驅動微泵包括電機、磁鐵及鋼珠；磁鐵設于電機上并在電機的帶動下轉動，鋼珠隨著磁鐵轉動并擠壓微泵通道使其蠕動變形，進而推動柔性微流道中的液態金屬流動。

進一步地，集成微閥通過微閥驅動結構、微閥門以及微閥通道一體化集成，集成微閥用于微閥通道兩側液態金屬的物理隔離和電學隔離。