Бесклапанные микронасосы

Наиболее сложным в изготовлении и капризным элементом конструкции микронасосов является клапан. Поэтому предпринимались попытки создания бесклапанных микронасосов. В 1989г. была предложена идея использовать в насосах структуры с переменным сечением канала, в которых сопротивление протекающему потоку зависит от направления (рис. 54).

Рис. 54. Структуры диффузоров

В таких структурах (их иногда называют диффузорами) при протекании жидкости или газа скорость потока и давление в нем меняется по координате (у широкого конца давление и скорость меньше). Но главным их свойством является сопротивление протеканию потока слева направо или справа налево.

В 1990г. был предложен прототип такого насоса (рис. 55). Он содержит возбуждающий колебания (и переменное давление в камере) пьезоэлектричекий диск, закрепленный на диафрагме. Входной и выходной диффузоры обеспечивают однонаправленное движение жидкости в циклах сжатия и разряжения в рабочей камере.

Рис. 55. Структуры микронасосов с диффузорами

Вариант реализации конструкции в микроисполнении схематично представлен на рис. 56.

Рис. 56. Прототип микронасоса в микроисполнении

Возможна реализация структуры подобного микронасоса с помощью технологии анизотропного травления кремния (рис. 57).

Ри

Рис. 57. Структура микронасоса на основе анизотропного травления кремния

Электрические микронасосы

Для перекачивания электропроводящих дипольных жидкостей могут быть использованы насосы с перемещением жидкости за счет электрических сил (даже электростатических). Известно, что на диполь, находящийся в неоднородном магнитном поле, действует сила, вызывающая его поступательное движение по силовым линиям. Разберемся с этим подробнее. Известно, что напряженность поля E определяется силой, действующей на единичный заряд. Рассмотрим фрагмент неоднородного электрического поля (рис. 58).

_

U2

U1

+ E1 E2

12

Рис. 58. Силы, действующие на диполь в неоднородном электрическом поле

В левой его части поле меняется быстрее и Е1>Е2. Силы действующие на пробный заряд в точках 1 и 2 разные. Если в такое поле попадет диполь, то, во-первых, он развернется вдоль силовой линии, так чтобы его положительный заряд был ближе к отрицательному электроду, создающему поле, а отрицательный – ближе к положительному электроду. При этом силы, действующие на положительный и отрицательный заряд диполя, окажутся разными в силу его конечной длины ∆l. Поэтому появится равнодействующая этих сил, пропорциональная (Е2-Е1)q∆l, где q – заряд диполя. Эта сила вызовет движение (дрейф) диполя в направлении вдоль силовых линий поля в сторону, где силовые линии поля “гуще”, т.е. в область, где градиент поля выше (это приводит, например, к широко известному накоплению пыли на кинескопе, поверхность которого находиться под высоким потенциалом). Существует ряд конструкций микронасосов, основанных на использовании этого принципа действия. Приведем одну из них (рис. 59).

Si

SiO2

Рис. 59. Сечение фрагмента электрического микронасоса

В тонкой кремниевой пластине делается матрица отверстий конфигурации, указанной на рисунке. На стороне пластины, где площадь отверстий меньше (на рисунке - снизу) поверхность кремния оксидирована и на диэлектрик нанесен тонкий слой металла Me. Пара электродов полупроводник – металл образует неоднородное и не симметричное в области отверстия поле. В силу малой величины отверстия и толщины диэлектрика напряженность поля получается высокой даже при небольших рабочих напряжениях.