一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，属于液态金属驱动系统技术领域，用以解决现有液态金属的驱动方式中，压力驱动难以实现体积小型化、电磁泵驱动中液态金属流动管道尺寸较大且无法实现液态金属的电学阻断作用等技术问题。该液态金属驱动控制系统包括液态金属储液池、柔性微流道、集成微泵以及集成微阀；液态金属储液池通过柔性微流道依次与集成微泵、集成微阀连通；集成微泵用于驱动液态金属在柔性微流道内流动；集成微阀用于控制液态金属在柔性微流道中的电学导通与阻断；柔性微流道的宽度和高度为μm‑mm级。该系统用于实现液态金属在微流道结构中的高精度流动驱动控制与物理电学隔断，进而实现对微结构形态的动态重构。

【技术实现步骤摘要】
一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统及控制方法
本专利技术涉及液态金属驱动控制
，尤其涉及一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统及控制方法。
技术介绍
近年来随着液态金属性能的不断开发，利用不同的材料配比能够实现不同低温熔点，并且利用液态金属的大变形和流动性与微结构进行集成，实现在微通道结构中液态金属的微流动，成为一个极具发展前景的全新领域。液态金属综合了传统刚性和柔性材料的优良性能，目前主要有五种熔点接近或低于室温的金属：钫、铷、铯、汞和镓。其中，钫具有辐射性，铯和铷与空气接触后会剧烈反应，汞具有毒性且它表面张力大，不易对其进行图案化成型，这四种材料均不适合用于制备柔性电子器件，但镓及其合金适用于制备各种器件，主要得益于：1)熔点非常低，在室温下为液态；2)粘度低，便于注入微流道中；3)电导率较高，虽然比铜的电导率低，但是远远高于其他导电液体等；4)不易蒸发，性能稳定，操作时不会吸入气体分子；5)液态金属在注入前不用加热熔化，易于与有机、生物材料兼容；并且在注入过程中始终保持液态，注入完成后无冷却过程，减少工艺耗时。液态金属具有保持良好导电性的同时，在常温下具有流动性、大变形和可重构性，因此，能够广泛应用于柔性电子、柔性传感及射频可重构天线等领域，特别是在射频可重构天线等动态重构结构应用中，需要驱动控制液态金属在流道结构中的精确控制流动特性、与液态金属储液池的的电学导通和物理阻断特性。通过液态金属的可任意流动性，尤其是将液态金属进行微流体化，能够实现在射频天线微流道结构中的微流动控制，将其应用于射频天线结构参数和结构形态的重构中，具有对常规射频天线结构的调控及天线性能(频率、极化方式、方向图)重构能力。目前，液态金属在微流道结构中驱动控制以常规电磁泵、压力、电压驱动控制为主，但电磁泵目前体积较大，一般应用于液态金属流道为毫米级-厘米级的通道结构中，且无法实现流道结构液态金属的电学阻断作用；压力驱动控制方式需要外置体积较大的驱动泵，难以实现体积小型化，无法与流道结构一体化集成；电压驱动控制方法在动态重构液态金属过程中由于电压直接施加在液态金属与氧化层去除溶液中，影响液态金属电学性能，并且液态金属的表面张力大，难以应用于长度较长的流道结构中。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统及控制方法，用以解决现有液态的驱动方式中，压力驱动难以实现体积小型化、电磁泵驱动中液态金属流动管道尺寸较大且无法实现液态金属的电学阻断作用的技术问题。本专利技术提供了一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，包括液态金属储液池、柔性微流道、集成微泵以及集成微阀；液态金属储液池通过柔性微流道依次与集成微泵、集成微阀连通；集成微泵用于驱动液态金属在柔性微流道内流动；集成微阀用于控制液态金属在柔性微流道中的电学导通与阻断；柔性微流道的宽度和高度为μm-mm级。进一步地，集成微泵包括微泵和微泵通道，微泵的驱动方式为压力驱动、磁力驱动或者压电驱动中的一种。进一步地，微泵为磁力驱动微泵，磁力驱动微泵包括电机、磁铁及钢珠；磁铁设于电机上并在电机的带动下转动，钢珠随着磁铁转动并挤压微泵通道使其蠕动变形，进而推动柔性微流道中的液态金属流动。进一步地，集成微阀通过微阀驱动结构、微阀门以及微阀通道一体化集成，集成微阀用于微阀通道两侧液态金属的物理隔离和电学隔离。进一步地，微阀驱动结构采用电压驱动，采用电压驱动的微阀驱动结构通过控制微阀门的往复运动，挤压液态金属实现电学导通和物理阻断。进一步地，微阀门和微阀通道均采用绝缘耐腐蚀材料。进一步地，微泵通道和微阀通道均为柔性微流道的其中一段，且均由流道基底与盖板密封而成。进一步地，基底的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯或硅胶。进一步地，盖板的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯或硅胶。本专利技术还提供了一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制方法，采用上述的集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，包括以下步骤：S1.制备柔性微流道并对其进行表面粗糙度处理；S2.将液态金属储液池通过柔性微流道与集成微泵以及集成微阀进行连通；S3.利用集成微泵驱动液态金属在柔性微流道内流动；利用集成微阀控制液态金属在柔性微流道中的电学导通与物理阻断。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术利用集成微泵机构和集成微阀结构驱动控制液态金属在射频天线流道中流动，不同的流动位置对应不同的天线频率，在连续动态驱动控制的过程实现天线频率在宽带范围内的连续调节控制。(2)柔性微流道的基底和盖板的材料采用聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯及硅胶，并进行表面粗糙度处理，降低其微观作用力，提高液态金属微液滴的操控和流动性。(3)柔性微流道的宽度和高度为μm-mm级，液态金属能够在柔性微流道中移动和迁移，可以广泛用于柔性电子、柔性传感器及射频天线等
本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术提供的液态金属驱动控制系统图；图2为本专利技术提供的集成微阀模型图；图3为本专利技术提供的集成微泵模型图。附图标记：1-液态金属；2-柔性微流道；3-液态金属储液池；4-集成微泵；5-集成微阀；6-微阀门；7-钢珠；8-磁铁；9-微阀驱动结构。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。一方面，本专利技术提供了一种集成微泵微阀的液态金属1驱动控制系统，如图1所示，包括液态金属储液池3、柔性微流道2、集成微泵4以及集成微阀5；液态金属储液池3通过柔性微流道2依次与集成微泵4、集成微阀5连通；集成微泵4用于驱动液态金属1在柔性微流道2内流动；集成微阀5用于控制液态金属1在柔性微流道2中的电学导通与物理阻断。实施时，将微泵和微阀集成到柔性微流道2中，分别形成集成微泵4和集成微阀5这两种结构，利用微注入工艺(例如高精度微注射器、注射泵、蠕动泵等方式)将液态金属1注入到液态金属储液池3中，液态金属储液池3的出口端通过柔性微流道2与集成微泵4的入口端连通，集成微泵4的出口端通过柔性微流道2与集成微阀5连通，集成微阀5的出口端连接有柔性微流道2，将该集成微泵4微阀的液态金属1驱动控制系统置于电子器件中，例如射频天线的微流道结构、柔性电子微流道结构以及柔性传感微流道结构中。液态金属1具有良好导电性的同时，在常温下具有流动性、大变形和可重构性，本专利技术通过将集成微泵4和集成微阀5集成于柔性微流道2上，将液态金属1驱动控制系统与柔性微流道2一体化集成，利用集成微泵4驱动液态金属1在柔性微流道2中流动，并利用集成微阀5控制液态金属1在柔性微流道2中的电学导通和物理阻隔特性，进而实现在长距离或者复杂流道结构的柔性微流道2中实现对液态金属1的驱动控制；在结构形态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，其特征在于，包括液态金属储液池、柔性微流道、集成微泵以及集成微阀；所述液态金属储液池通过柔性微流道依次与集成微泵、集成微阀连通；所述集成微泵用于驱动液态金属在柔性微流道内流动；所述集成微阀用于控制液态金属在柔性微流道中的电学导通与阻断；所述柔性微流道的宽度和高度为μm‑mm级。

【技术特征摘要】
1.一种集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，其特征在于，包括液态金属储液池、柔性微流道、集成微泵以及集成微阀；所述液态金属储液池通过柔性微流道依次与集成微泵、集成微阀连通；所述集成微泵用于驱动液态金属在柔性微流道内流动；所述集成微阀用于控制液态金属在柔性微流道中的电学导通与阻断；所述柔性微流道的宽度和高度为μm-mm级。2.根据权利要求1所述的集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，其特征在于，所述集成微泵包括微泵和微泵通道，所述微泵的驱动方式为压力驱动、磁力驱动或者压电驱动中的一种。3.根据权利要求2所述的集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，其特征在于，所述微泵为磁力驱动微泵，所述磁力驱动微泵包括电机、磁铁及钢珠；所述磁铁设于电机上并在电机的带动下转动，所述钢珠随着磁铁转动并挤压微泵通道使其蠕动变形，进而推动柔性微流道中的液态金属流动。4.根据权利要求1或3所述的集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，其特征在于，所述集成微阀通过微阀驱动结构、微阀门以及微阀通道一体化集成，所述集成微阀用于微阀通道两侧液态金属的物理隔离和电学隔离。5.根据权利要求4所述的集成微泵微阀的液态金属驱动控制系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李平，许诺，王忠晶，臧金良，刘秀洁，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11