A Hybrid Silicon-PDMS Micropump Actuated by PZT Bimorph

The fabrication and characterization of a hybrid Silicon-PDMS micropump based on MEMS technology is presented. The micropump consists of one chamber,two passive valves and one PDMS diaphragm.A PZT bimorph working as the actuator is mounted on the PDMS diaphragm.The use of the PDMS diaphragm and the PZT bimorph can give rise to large displacements of the pump diaphragm,making the micropump more efficient and easier to be fabricated.The flow rate of the micropump is a function to the voltage and frequency of the applied square wave.When a square wave of 100V is applied,a maximum flow rate of 317μL/min and a back-pressure of 2 kPa are achieved at 20 Hz.

压电双晶片的有限元分析及实验(英文)

采用有限元分析方法,分析了压电双晶片悬臂梁的位移形变特征。研究了金属弹性层、压电陶瓷片的材料属性及几何尺寸对双晶片偏转位移的影响;计算了双晶片的弹性模量、厚度以及加载电压与位移形变产生弯应力的关系;通过位移测试、弯应力测试等相关实验对有限元分析进行了验证。当加载电压为60V(120Vp-p)时,双晶片的偏转位移和弯应力分别为166μm和34.7m.N,实验结果证明本文所建的有限元模型是合理有效的。此外,测试了压电双晶片的振动特性,测得其谐振频率为310Hz,在该频率下加载20Vp-p电压,其端部位移输出即可达1.7mm。有限元分析结果及实验验证为压电双晶片结构的优化设计提供了依据。

水热法制备压电双晶片的研究

用水热合成法在金属基板上制备了压电双晶片,该法简单,成本低。为了更好地研究双晶片的特性,利用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)技术,对PZT薄膜的特性进行了较为详细的研究。发现PZT薄膜由平均尺寸约为5μm的PZT晶粒组成,其物相组成成分PbTiO3和PbZrO3的比值约为53/47,处在准同型相界附近。根据试验中测得数据,计算出了薄膜的平均密度;并建立了双晶片位移驱动模型,由该模型得到压电系数d31,并研究了双晶片的铁电性。

压电双晶梁MEMS传感器的稳健设计研究

微机电系统(MEMS)传感器结构参数的微小变差会影响其性能稳定。为提高MEMS传感器性能的稳健性,以压电双晶梁MEMS传感器为例,根据Smits模型,分析压电双晶梁的设计变量和噪声因素的随机性,建立基于随机模型的稳健设计数学模型;编制算法程序,确定MEMS传感器的最优设计解结果优于原设计方案。对比其稳健设计容差模型所得优化解,两者误差率为6.17%,验证了稳健设计结果的正确性。研究表明,即使设计变量存在变差,稳健设计仍能提高MEMS传感器的性能,并保证设计解的稳健性。