2009年Ardila-Rodriguez等设计开发了一种低压微型作动器,并将该推进器用于一次性含能芯片。此作动器由可膨胀的聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性膜组成,通过沉积在硅制微结构平台上的小块活性材料分解来实现推进[ROD 09]。该推进器包含一个加热平台,该平台由SiO2/SiNx电介质薄膜上的多晶硅电阻构成。将少量的双金属(Mn/Co)活性粉末喷在加热平台上,然后用PDMS薄膜密封[SUN 09]。当需要推进时,含能混合物被加热至220℃,反应并产生由N2、H2O和O2组成的生物相容性气体,引起PDMS薄膜的膨胀。图6.13给出了可反应作动器设计与结构的三维和二维示意图。
图6.13 微作动器结构的三维剖面图和作动器的功能原理示意图
图6.14所示为示意图,描述了将微型作动平台集成到喷射流体微通道中。图6.15给出了实物照片。
图6.14 微作动器及尺度特征示意图
图6.15 微作动器照片
(a)两个作动器放大图;(b)单个作动器放大图(www.xing528.com)
当施加90 mW(6.5 V,13.9 mA)初始功率时,该作动器能够产生13 kPa的压力和46μm的膜变形量,这使得其可以很好地用于微流体,特别是用于排出微通道中的流体。
2012年美国装备研究实验室提出了一种类似结构的微流体作动器,名为微流喷射注射器,如图6.16所示。该注射器选择Al/CuO纳米铝热剂作为反应材料,采用PDMS膜通过流体传递压力。如图6.17和图6.18所示,注射器包含4个单独的Si晶片。实验证实了电阻加热器能够控制和重复点火,但并没透露填充活性纳米材料的操作细节以及活性纳米材料的喷射情况。
图6.16 微流体注射器组件的横截面图
图6.17 两段组装得到的微流体喷射注射器组件
(a)与材料室连接的点火基片;(b)与喷嘴连接的流体储存器
图6.18 组装好的微流体喷射注射器:无喷嘴(左),有喷嘴(右)
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