用于MEMS的液晶微流体驱动与控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于MEMS的液晶微流体驱动与控制方法，步骤一，制作液晶盒，所述液晶盒盒体的玻璃板由三层结构组成，分别为导电玻璃板层、透明电极层和配向高分子层；步骤二，选择极化特性好的液晶或者形变大、挠曲电效应强的液晶充入液晶盒，封口；步骤三，向液晶盒上焊接导线，施加电/磁场作为输入量；步骤四，选择极化特性好的液晶，则调节电/磁场的输入量的大小、方向特征量得到基于液晶引流效应的液晶流动；步骤五，选择形变大、挠曲电效应强的液晶，则调节电/磁场输入量以获取基于液晶的挠曲电效应的液晶流动。本发明专利技术结构简单，易于控制，可以依靠热、压力、磁场驱动液晶，利用各场的切换可以在微通道的交叉口控制液晶流的方向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微流体驱动与控制
，特别是涉及一种用于MEMS的液晶微流体驱动与控制方法。
技术介绍
目前现有微流体驱动与控制技术分为两大类，一类是从宏观流体驱动移植过来的驱动方式，如机械压差驱动、离心力驱动、电水力驱动等；另一类是根据微尺度下流体特性设计的驱动方式，如表面张力驱动、热气泡驱动和电渗式驱动等。在微系统的条件下，由于尺度的减小，微流体器件的面/体比大大增加，表面张力的影响变得十分明显，流体的流动特性发生了变化。因此，从宏观流体驱动移植过来的驱动与控制方法在微管道中往往效果不好甚至是不可行的。其次，近年来，微系统已经越来越多地涉及到纳米通道和纳流控制，成为分子水平上进行生命科学、药学、化学和化学工程研究的重要平台之一。流体控制开始趋向于在更低流量水平上(pl/min)的驱动，更多的关注流量为100ρ1/π η-50μ Ι/min范围，压强为几个厘米水柱到几个标准大气压不等的流体驱动，并在很多情况下要求流量/压强可控，流动相组成和流向可控。而直接移植的驱动方式的微执行器结构复杂，大多存在机械可动部件，必然受到加工工艺和精度的限制，很难实现微型化和精确、灵活驱动，可靠性和寿命也不高，无法达到应用标准。综上的因素大大限制了从宏观移植过来的驱动方式在微流体驱动与控制领域的应用与发展。根据微尺度下流体特性设计的驱动方式，比较成熟的是电渗驱动。其控制原理是利用电渗流产生泵和阀的动作驱动流体在微管道中流动。在微流体系统，尤其是在生物和电泳芯片中，得到了广泛的应用。但其缺点也很明显首先，电渗流对管壁材料和被驱动流体的物理化学性质敏感，因此它只适用于一定范围的流体和管壁材料。其次，产生电渗流所需要的高压电源会带来安全、功耗和所占空间大的问题，这不利于系统的微小型化；最后， 电渗流尽管适于驱动和控制狭窄管道中的微量液体，但由于焦耳热问题，它却不能高速驱动更宽管道中的流体，而这一能力在许多的微流体系统应用中是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于MEMS (微电子机械系统)的液晶微流体驱动与控制方法，克服了现有驱动方法驱动电压高、结构复杂、驱动力小等缺点，结构简单，易于控制，并且可以依靠热、压力、磁场驱动液晶，利用各场的切换可以在微通道的交叉口控制液晶流的方向。其驱动原理如图1所示，由于液晶的各向异性，在电/磁场的作用下，液晶分子会产生转动，又由于液晶还具有流动性，因此液晶分子的旋转会导致速度梯度的变化，微观的速度梯度的变化在宏观的表现就是液晶流动的发生。本专利技术采用以下技术方案一种用于MEMS的液晶微流体驱动与控制方法，其中，包括如下步骤 步骤一，制作液晶盒，所述液晶盒盒体的玻璃板由三层结构组成，分别为导电玻璃板层、透明电极层和配向高分子层；步骤二，选择极化特性好的液晶或者形变大、挠曲电效应强的液晶充入液晶盒，封口 ；步骤三，向液晶盒上焊接导线，施加电/磁场作为输入量；步骤四，如果步骤二中选择极化特性好的液晶，则调节电/磁场的输入量的大小、方向特征量得到基于液晶引流效应的液晶流动；步骤五，如果步骤二中选择形变大、挠曲电效应强的液晶，则调节电/磁场输入量以获取基于液晶的挠曲电效应的液晶流动。进一步，所述液晶盒盒体的导电玻璃板层采用ITO导电玻璃板，透明电极层采用 ITO膜，配向高分子层采用聚酰亚胺膜。进一步，所述液晶盒盒体的玻璃板间距离为5 - 100微米。本专利技术的有益效果为本专利技术属于非机械驱动，非机械驱动指的是通过把其他能量形式(电、光、磁、热)转化或直接施加到被驱动流体上使之具有运动能量的驱动方式，由于其一般为无可动部件结构，因此通常称为动态连续流驱动。与其他驱动方式相比，这种驱动具有结构简单、没有可动部件，尺寸小和可大规模集成等优点；而且不受被驱动流体介质性质限制，易于将控制电路和流体管道集成为一体，是一种比较理想的驱动与控制方式。这种驱动方式中液晶流的速度大小与管道或横道的横向尺寸无关，易于控制；并且可以依靠热、压力、磁场驱动液晶， 利用各场的切换可以在微通道的交叉口控制液晶流的方向。优化通道的几何结构，可以在微流装置的不同部位产生不同的流速。除此以外，液晶流对管道或槽道壁面材料的物理化学性质没有要求。这些优点基本满足了微流体驱动应用的要求。本专利技术具有开拓性的意义， 其成果能够促进微泵、微阀等微流体元器件的发展，拓宽其应用领域，在航空、航天、医疗器械尤其是芯片实验室等方面具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术的驱动原理图2为本专利技术实施例1-3液晶盒的结构示意图3为本专利技术实施例4液晶盒玻璃板的结构示意图及叠放示意图4为配向膜摩擦方法示意图5为本专利技术实施例5的液晶盒示意图。图6为本专利技术实施例6的液晶盒玻璃板示意图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述如图1所示，本专利技术的驱动原理是在外加能量(包括电、磁、热等)的作用下，长棒状的液晶分子重新排列，分子的旋转产生了微观的速度梯度，液晶的流动性将这种微观的梯度表现为宏观的液晶流动，客观上完成了由电能到机械能的转换，为液晶作为微流体驱动与控制方法的驱动介质提供了条件。完成这个过程的前提条件是首先载体必须同时具有方向性与流动性，其次载体分子必须具备能够被极化的性质和形状。本专利技术利用液晶挠曲电效应和液晶引流效应，进行微流体驱动与控制，以下分别进行详述。用于MEMS的液晶微流体驱动与控制方法(基于液晶挠曲电效应)，其具体步骤如下的玻璃板由三层结构组成，分别为导电玻璃板层、透明电极层和配向高分子层；步骤二，选择形变大、挠曲电效应强的液晶充入液晶盒，封口 ；步骤三，向液晶盒上焊接导线，施加电/磁场作为输入量；步骤四，调节电/磁场输入量以获取基于液晶的挠曲电效应的液晶流动。在液晶中展曲或弯曲形变会引起液晶的极化，反过来电场也可使液晶发生形变， 这种效应称之为液晶的挠曲电效应，简单来讲，类似于晶体的压电效应。但由于液晶的流动性，当液晶分子发生形变后会以宏观流动的方式表现出来，因此可以通过这一效应达到将电能转化为机械能的目的，实现微流体的驱动与控制。也就是通过电场的输入，引起液晶分子形状的变化，形状的变化导致分子排列方式发生变化，从而导致液晶流动的形成，作为输出ο由挠曲电效应所引起的液晶流动是精确可控的，并且同晶体的压电效应一样，液晶的挠曲电效应也存在反效应，即液晶分子的形变可引起电场的变化，产生微弱的驱动电流，这在微流体驱动中也可以加以利用。除此以外，液晶的挠曲电效应与晶体的压电效应相比无需很高的驱动电压，可实现真正的低电压驱动。并且，液晶的本质属于流体，没有固定的形状，可以被灌入任意形状的液晶盒内，因此对液晶盒的形状没有要求，大大降低了对微加工技术的依赖程度，拓宽了该驱动方法的应用范围。基于液晶引流效应的驱动方法，其具体步骤如下步骤一，制作液晶盒，所述液晶盒盒体的玻璃板由三层结构组成，分别为导电玻璃板层、透明电极层和配向高分子层；步骤二，选择极化特性好的液晶充入液晶盒，封口 ； 步骤三，向液晶盒上焊接导线，施加电/磁场作为输入量；步骤四，则调节电/磁场的输入量的大小、方向特征量得到基于液晶引流效应的液晶流动；液晶的引流效应是指在外加电(磁)场的作用下，由液晶流动与其内部分子指向矢(液晶内部一点附近小区域内所有分子的平均指向)的排列相互作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春波，邓鹏辉，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：