發(fā)布時(shí)間：2024-10-03 02:24

　　微流體驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中,由于聲表面波工藝成熟、生物相容性好、驅(qū)動(dòng)力可控及便于集成,能夠快速的驅(qū)動(dòng)微流體完成輸送、聚集、混合、噴射、霧化等響應(yīng),因此成為生化反應(yīng)、生物傳感器、微驅(qū)動(dòng)器等方向研究的熱點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中,由于壓電基片的自熱效應(yīng)存在,容易造成器件本身的裂片與失效等問(wèn)題,降低芯片的性能和使用壽命,使得高功率器件的發(fā)展十分有限。除此之外,流體受到聲波的輻射也會(huì)產(chǎn)生熱量,該聲熱效應(yīng)在一些需要控制溫度的生化反應(yīng)中尤為重要。因此,本文基于微機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù),對(duì)器件的壓電材料和叉指換能器進(jìn)行了選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),加工出了適用于微流體驅(qū)動(dòng)的聲表面波微驅(qū)動(dòng)器件,并嘗試從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)熱效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理和影響參數(shù)進(jìn)行合理的解釋與探究。理論研究方面,對(duì)系統(tǒng)本身的損耗機(jī)制進(jìn)行了探討,論證器件的自熱效應(yīng)主要來(lái)自于壓電材料的結(jié)構(gòu)阻尼損耗和介電損耗,流體的聲熱效應(yīng)主要來(lái)自于流體內(nèi)部的聲流模式帶來(lái)的粘性耗散。使用COMSOL仿真軟件建立了二維壓電-傳熱仿真模型,獲得數(shù)學(xué)模型的解析結(jié)果,從微觀尺度對(duì)聲表面波的傳播特性和熱能量的傳遞進(jìn)行了描述。實(shí)驗(yàn)研究方面,整個(gè)微驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的熱效應(yīng)均由紅外熱成像儀和熱電偶的傳感數(shù)據(jù)得到溫度...

【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來(lái)源及研究背景和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 聲表面波微流體驅(qū)動(dòng)概述
        1.2.2 常見(jiàn)聲表面波微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)
        1.2.3 聲表面波微流體熱效應(yīng)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 聲表面波器件的總體設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 聲表面波的產(chǎn)生與傳播
        2.2.1 聲表面波驅(qū)動(dòng)原理
        2.2.2 聲表面波的激勵(lì)與傳播
    2.3 壓電基底材料參數(shù)及選擇
        2.3.1 壓電基底材料參數(shù)
        2.3.2 壓電基底的選擇
    2.4 叉指換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.5 聲表面波驅(qū)動(dòng)芯片的制造與測(cè)試
        2.5.1 聲表面波驅(qū)動(dòng)芯片的制造
        2.5.2 聲表面波驅(qū)動(dòng)芯片的測(cè)試
    2.6 本章小結(jié)
第3章 聲表面波微流體驅(qū)動(dòng)熱效應(yīng)損耗機(jī)制與模型
    3.1 引言
    3.2 聲表面波微流體驅(qū)動(dòng)熱效應(yīng)損耗機(jī)制
        3.2.1 器件壓電效應(yīng)
        3.2.2 器件自熱效應(yīng)
        3.2.3 微流體聲熱效應(yīng)
    3.3 聲表面波微流體驅(qū)動(dòng)多物理場(chǎng)耦合分析
    3.4 聲表面波器件壓電-傳熱模型仿真
        3.4.1 建立二維壓電-傳熱模型
        3.4.2 求解模型步驟
    3.5 仿真結(jié)果分析
        3.5.1 特征頻率分析
        3.5.2 頻域分析
        3.5.3 時(shí)域分析
        3.5.4 穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 聲表面波微流體驅(qū)動(dòng)熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)
    4.1 引言
    4.2 聲表面波微驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
    4.3 聲表面波器件生熱實(shí)驗(yàn)
        4.3.1 粘結(jié)材料對(duì)芯片熱效應(yīng)的影響
        4.3.2 散熱片對(duì)芯片熱效應(yīng)的影響
        4.3.3 基片厚度對(duì)芯片熱效應(yīng)的影響
        4.3.4 驅(qū)動(dòng)功率對(duì)芯片熱效應(yīng)的影響
    4.4 聲表面波驅(qū)動(dòng)流體生熱實(shí)驗(yàn)
        4.4.1 驅(qū)動(dòng)功率對(duì)流體熱效應(yīng)的影響
        4.4.2 液體粘度對(duì)流體熱效應(yīng)的影響
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：4006642