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系統識別號 U0026-2108201017472600
論文名稱(中文) Fe-PDMS製作之無動件閥微幫浦設計與操作
論文名稱(英文) Design and Operation of Fe-PDMS Fabricated No-Moving-Part Valve (NMPV) Micropump
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 高瑞鴻
研究生(英文) Ruei-Hung Kao
學號 p4697443
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 94頁
口試委員 指導教授-呂宗行
口試委員-王覺寬
口試委員-王金燦
中文關鍵字 無動件閥  微幫浦  Fe-PDMS  磁控幫浦 
英文關鍵字 No moving part valve (NMPV)  micropump  Fe-PDMS  micro pump 
學科別分類
中文摘要 本研究是以聚二甲基矽氧烷(PDMS: polydimethylsiloxan)混合鐵粉製作微管道內無動件閥微幫浦,在微幫浦之致動薄膜上下兩側,藉由永久磁鐵上下振動去驅動微幫浦。而此微幫浦前後兩端採用一新型無動件閥門之設計,由於無動件閥門微幫浦主要原理是利用順向流壓力差(△Pf)與逆向流壓力差(△Pr)的不同,讓流體在薄膜往復式驅動下形成單一淨流量方向,其△Pr和△Pf兩壓力差比值稱為無動件閥門雙極性(Dpi),可以做為無動件閥微幫浦效率依據,Dpi越大代表效能越好,本研究是以傳統Tesla型式無動件閥作為改良對象,新改良式無動件閥在雷諾數ReD=100的Dpi由原來1.2上升到2.28,在致動機制方面,本研究採用Fe-PDMS感磁性薄膜來驅動流體,永久磁鐵藉由直流馬達運動而影響薄膜形變,配合無動件閥不對稱設計而形成幫浦,無動件閥微幫浦流量量測為秤重法的實驗方式,經由秤重法證明薄膜在振動頻率f=3.3Hz時,平均淨流量可達1425±12.13μl/min。
英文摘要 This research uses Fe-PDMS to fabricate a no-moving-part valve micro pump. Fe-PDMS membrane is actuated by oscillating two magnets on both upper and lower sides of a Fe-PDMS membrane. A novel no-moving-part valves (NMPV) design, called improved T-135 Tesla valve, has been proposed. It is found by numerical simulation that dipole (Dpi)value of the improved T-135 Tesla NMPV increases from 1.2 to 2.28 at ReD=100. The improved T-135 Tesla valve has been implemented in a NMPV micro pump by using MEMS fabrication. According to experimental results, pumping flow rate can reach 1425±12.13 μl/min when membrane actuation frequency is 3.3Hz.
論文目次 目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究動機與目的 7
第二章 研究方法與步驟 18
2-1 CFD-RC流場模組 19
2-1-1質量守恆方程式 19
2-1-2動量守恆方程式 19
2-1-2數值模擬參數 20
2-2數值模擬之網格測試 21
2-3數值模擬網格對照測試-T-135與T-45 22
2-4二維穩態無動件閥參數 23
2-5二維穩態無動件閥參數分析-擴張閥角度(A) 23
2-5二維穩態無動件閥參數分析-旁通流道直徑(R) 24
2-6二維穩態無動件閥參數分析-無動件閥位置設計以及無動件閥間距(B) 25
2-7二維穩態無動件閥參數分析-無動件閥數量(N) 27
2-8三維非穩態無動件閥參數分析 28
2-9三維非穩態參數分析-頻率、振幅、無動件閥數目 29
第三章 無動件閥結構與Fe-PDMS製作流程 46
3-1微影製程流程 46
3-1-1光罩製作 47
3-1-2矽晶圓清潔 47
3-1-3塗佈SU-8 50光阻 48
3-1-4光阻軟烤 49
3-1-5曝光 49
3-1-6曝後烤 50
3-1-7顯影 51
3-1-8硬烤 51
3-2利用Fe-PDMS以及PDMS製作微管道 51
3-3黃光微影總結 53
3-4實驗架構設備 54
3-4-1實驗流程 55
第四章 實驗結果與討論 70
4-1 Fe-PDMS致動薄膜直徑(Dm) 70
4-2淨流量之量測 72
4-2-1淨流量之量測-Fe-PDMS與PZT蜂鳴片 73
4-2-2淨流量之量測-頻率與無動件閥數量、薄膜厚度、直徑 74
4-2-2背壓之量測 76
4-3實驗與模擬之比較 76
第五章 結論與未來工作 88
5-1結論 88
5-2未來工作 90
參考文獻 91
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