一种用于带FR-4覆铜电极板的传导式微泵的性能测试平台

摘要

本文介绍了一种使用阻燃型玻璃纤维增强环氧树脂（FR-4）覆铜板（CCL）上对称平面电极制备传导式微泵的方案，用于测试泵腔尺寸对传导式微泵性能的影响。

摘要

本文制备了一种在阻燃型玻璃纤维增强环氧树脂（FR-4）覆铜板（CCL）上构建对称平面电极对的传导式微泵。该微泵用于研究泵腔尺寸对其性能的影响，并评估当丙酮作为工作流体时传导泵的可靠性。搭建了测试平台，以在不同条件下评估传导式微泵的性能。当泵腔高度为 0.2 mm 时，泵压达到峰值。

引言

微泵能够在比大多数泵小得多的尺度上驱动液体流动。近年来，多种驱动方式已成功应用于微流控系统^1,2,3,4,5。电液动力学（EHD）泵能够直接对液体施加作用力，且无需任何运动部件，因而结构更简单、易于制造⁶。根据电荷类型的差异，EHD泵可分为注入式泵、感应式泵和传导式泵。感应式泵无法在等温液体中工作，而注入式泵会改变液体的电导率。由于不存在上述问题，传导式泵更为稳定，应用范围更广。

传导泵的工作原理基于液体分子解离与复合速率之间的失配。通常，解离与复合过程可表示如下^7,8：

方案

警告：使用前请查阅所有相关的材料安全数据表（MSDS）。丙酮高度易燃，可引起眼睛和呼吸道刺激。实验涉及的电压高达数千伏，因此实验过程中可能产生电火花。请在通风良好的房间内进行实验，以避免电火花引发爆炸和火灾。

1. 培养板与支架的制备

注意：本研究中，电极板和支架由工厂生产线制造。由于工艺复杂，本文仅介绍所有部件所用材料及参数。

1. 电极板的材料与尺寸
   1. 使用1.4 mm厚的FR-4 CCL材料制作电极板，其表面覆有35 µm厚的薄铜层。电极板的具体参数见图1。
2. 电极的参数
   1. 向工厂定制电极板。更多细节见图2。
3. 电极板的检查
   1. 电极板制备完成后，使用电子显微镜在100倍和300倍放大倍数下检查电极是否存在明显缺陷。请注意，电极表面的任何微小缺陷都可能导致短路，如图3所示。
   2. 检查并测量电极的宽度和间距，以确定其尺寸精度是否符合要求。
   ....

结果

如图所示 图11随着电压升高，泵压及其上升速率也随之增加。当电压达到500 V时，泵压达到1,100 Pa。

当泵腔高度低于0.2 mm时，随着泵腔高度的增加，泵的静态压力也随之上升。当泵腔高度为0.2 mm时，泵的性能达到最高点。随后，若继续增加泵腔高度，静态压力则下降。因此认为，0.2 mm是泵腔高度的最佳值。结果如图所示 图12.

通过增加腔室长度，静压随之上升，在腔室长度达到23 mm之前上升斜率较大，之后斜率减小，表明压力呈逐渐上升趋势。泵压的变化趋势如图所示。 图13.

讨论

该方案中的一个关键步骤是仔细检查电极板。电极边缘上的微小毛刺可能导致短路，而表面完整性会显著影响泵的性能。电极板和电极支架的清洁也非常重要。电极腔的高度小于1 mm，因此微小的灰尘颗粒可能阻塞工作液的流动并导致短路。测试前，向腔内注入丙酮可去除腔体外部的气泡。

腔室高度会显著影响微泵的性能。为消除这种影响，可将弹性腔室板替换为更硬的材料。

该技术存在一些局限性。首先，电极高度由覆铜板（FR-4 CCL）上的金属层决定，相对较高，这在一定程度上影响了液体的流动。其次，虽然使用硅胶膜作为腔室盖板可提高腔室的密封性，但硅胶的弹性可能导致腔室高度出现一定偏差。最后，电极宽度和电极间距受限于该技术本身，使得实现比其他技术更高的电场强度变得更加困难。

与光刻及其他高精度制造技术不同，使用FR-4覆铜板（CCL）进行电极制备的过程相对更简单且成本更低。另一方面，本研究所需的电电压也显著降低。Pearson和Seyed-Yagoobi¹³曾.......

材料

本文使用的材料清单

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