مىكرو سۇ پومپىسى بىلەن تەمىنلىگۈچى
ئىزاھات: ئىلغار مىكرو تىپتىكى ياساش تېخنىكىلىرى مىكروپوپنىڭ ئۈنۈمىدە يېڭىلىق يارىتىدۇ.
تونۇشتۇرۇش
كىچىكلىتىشنىڭ ساقلىقنى ساقلاشتىن قايتا ھاسىل بولىدىغان ئېنېرگىيەگىچە بولغان كەسىپلەرنى داۋاملىق شەكىللەندۈرۈشىگە ئەگىشىپ ، ئېھتىياجيۇقىرى ئۈنۈملۈك مىكروپلارمىكروسكوپتا سۇيۇقلۇقنى كونترول قىلىشقا بولىدىغان ئۈسكۈنىلەر ئەزەلدىن بولۇپ باقمىغان. بۇ پومپىلار داۋالاش دورىلىرىنى يەتكۈزۈش ، مۇھىتنى سېزىش ۋە ئىخچام ئېنېرگىيە سىستېمىسى قاتارلىق قوللىنىشچان پروگراممىلاردا ئىنتايىن مۇھىم. قانداقلا بولمىسۇن ، ئۇلارنىڭ ئىقتىدارىنى ئەلالاشتۇرۇش ئېنېرگىيە سەرپىياتى ، ئېقىش ئېنىقلىقى ۋە كىچىكلىتىش چەكلىمىسى قاتارلىق خىرىسلارنى يېڭىشنى تەلەپ قىلىدۇ. بۇ ماقالىدە كېيىنكى ئەۋلاد مىكروپوم ئۈنۈمىنى ئېچىشتىكى مۇھىم تەتقىقات ۋە تەرەققىيات ئىستراتېگىيىسى ئۈستىدە ئىزدىنىلدى.
1. كۈچەيتىلگەن ئىقتىدار ئۈچۈن ماتېرىيالدا يېڭىلىق يارىتىش
1.1 ئىلغار ئىقتىدارلىق ماتېرىياللار
ماتېرىيال تاللاش چىدامچانلىقى ، ئېنېرگىيەنىڭ يوقىلىشى ۋە سۇيۇقلۇقنىڭ ماسلىشىشچانلىقىغا تەسىر كۆرسىتىپ ، مىكروپوپنىڭ ئۈنۈمىگە بىۋاسىتە تەسىر كۆرسىتىدۇ.
- Nanocomposites: گرافېن ئوكسىد ۋە كاربون نانو ube (CNT) بىرىكمىلىرى ئەۋزەل مېخانىكىلىق كۈچ ۋە ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى بىلەن تەمىنلەيدۇ. مەسىلەن ، CNT كۈچەيتىلگەن دىئافراگما ئېلېكتر پومپىسىدىكى ئەۋرىشىملىك ھارغىنلىقنى ئازايتىپ ، يۇقىرى چاستوتىلىق ھەرىكەتنى (10-100 kHz) ساقلاپ قېلىش بىلەن بىللە ، مەشغۇلات ئۆمرىنى% 30 ئۇزارتىدۇ.
- شەكىل ئىچكى ساقلىغۇچ قېتىشمىسى (SMAs): نىكېل-تىتان قېتىشمىسى كلاپانسىز پومپىدا ئىخچام ، يۇقىرى قۇۋۋەتلىك ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچنى قوزغىتىدۇ. ئۇلارنىڭ ئىسسىقلىق ئېنېرگىيىسىنى مېخانىكىلىق ھەرىكەتكە ئايلاندۇرۇش ئىقتىدارى چوڭ ماتورغا تايىنىشنى ئازايتىپ ، ئەنئەنىۋى ئېلېكتر ماگنىت لايىھىسىگە سېلىشتۇرغاندا% 50 تېجەپ قالالايدۇ.
- Hydrophilic Coatings: دەرىجىدىن تاشقىرى گىدروفىللىق يۈزنى بىر تەرەپ قىلىش (مەسىلەن ، سىلىتسىيلىق نانو بۆلەكلىرى) مىكرو قانالدىكى سۇيۇقلۇقنىڭ يېپىشقاقلىقىنى ئەڭ تۆۋەن چەككە چۈشۈرۈپ ، سۈركىلىش زىيىنىنى% 20-% 25 تۆۋەنلىتىدۇ ھەمدە تۆۋەن 雷诺数 (Re <100) مۇھىتىدا ئېقىش ماسلىشىشچانلىقىنى ئۆستۈرىدۇ.
1.2 بىئولوگىيىلىك ماسلىشىشچان ۋە سىجىل ماتېرىياللار
داۋالاش ئىلتىماسىدا ، كۆپ قۇتۇپلۇق كىسلاتا (PLA) ۋە يىپەك تالاغا ئوخشاش بىئوپولىمېرلار بىر قېتىم ئىشلىتىلىدىغان مىكرو پومپىنىڭ جەلپ قىلىش كۈچىگە ئېرىشىپ ، مۇھىتنىڭ تەسىرىنى ئازايتىش بىلەن بىللە ، بىئولوگىيىلىك ماسلىشىشچانلىقىغا كاپالەتلىك قىلىدۇ. بۇ ماتېرىياللار ئايلانما ئىقتىساد نىشانىغا ماس كېلىدۇ ، چۈنكى ئۇلار مېخانىكىلىق خۇسۇسىيەتكە دەخلى يەتكۈزمەي قايتا پايدىلىنىشقا ياكى بىئولوگىيىلىك پارچىلىغىلى بولىدۇ.
2. كۆپ ئىقتىدارلىق مودېل ئارقىلىق لايىھىلەش ئەلالاشتۇرۇش
2.1 ئېقىننى ئاشۇرۇش ئۈچۈن ھېسابلاش سۇيۇقلۇقى دىنامىكىسى (CFD)
CFD تەقلىد قىلىش (مەسىلەن ، ANSYS راۋان ، COMSOL) ئىنژېنېرلارنىڭ مىكرو قانال گېئومېتىرىيىسىنى مۇكەممەللەشتۈرۈشىگە يول قويىدۇ:
- چاپلانغان كىرىش ئېغىزى / چىقىش لايىھىسى: تۇيۇقسىز بۆلەك ھالقىغان ئۆزگىرىشنى ئازايتىش داۋالغۇشنى ئازايتىپ ، ھەزىم قىلىش پومپىسىدىكى ھەجىم ئۈنۈمىنى% 65 تىن% 85 كىچە ئۆستۈرىدۇ.
- سىممېترىك بولمىغان كلاپان قۇرۇلمىسى: تارقاقلاشتۇرغۇچ پومپىسىدا ، دىففۇزېر (12 °) بىلەن ئوق ئارىلىقى (8 °) قانىلىنىڭ بۇلۇڭىنى ئەلالاشتۇرۇش ئالدى-كەينىگە ئېقىش نىسبىتىنى% 40 ئاشۇرۇپ ، تۆۋەن بېسىمدىكى ساپ ئېقىش نىسبىتىنى ئۆستۈرىدۇ (0.1-1 kPa).
2.2 ئېنېرگىيە تېجەيدىغان ھەرىكەت مېخانىزمى
توغرا ھەرىكەت تېخنىكىسىنى تاللاش ئىنتايىن مۇھىم:
- Piezoelectric Actuators: تۆۋەن توك سەرپىياتى (5-50 mW) يۇقىرى چاستوتىلىق مەشغۇلات (1-10 kHz) بىلەن تەمىنلەڭ ، ئىنسۇلىن پومپىسىغا ئوخشاش ئېنىق قوللىنىشچان پروگراممىلارغا ماس كېلىدۇ.
- Electrostatic Motors: دەرىجىدىن تاشقىرى ئىخچام لايىھىلەش بىلەن تەمىنلەڭ (≤1 mm³) ، ئەمما يۇقىرى بېسىملىق (100-300 V) تەلەپ قىلىدۇ. دىئېلېكترىك ئېلاستومېرنىڭ يېقىنقى ئىلگىرىلىشى توك بېسىمىنى% 50 تۆۋەنلىتىدۇ.
- ئىسسىقلىق كۆپۈك پومپىسى: ئۆزەك ئۈسكۈنىلىرىدە يەككە ئىشلىتىش تەجرىبىخانىسىدىكى Excel ، تېز ئىنكاس قايتۇرۇش ۋاقتى (<1 ms) بىلەن پىكولېتېرلىق چوڭلۇقتىكى ئېنىقلىقنى ئەمەلگە ئاشۇرالايدۇ ، گەرچە نانوۋىر ئىسسىقلىق بىلەن ئىسسىتىش ئۈنۈمى (ئەنئەنىۋى قارشىلىقلارغا قارىغاندا 10 ھەسسە تۆۋەن).
3. مىكروسكوپ ئېنىقلىقى ئۈچۈن ئىلغار توقۇلما تېخنىكىسى
3.1 MEMS نى ئاساس قىلغان مىكرو ئىشلەپچىقىرىش
فوتوگرافىيە ۋە چوڭقۇر رېئاكتىپ ئىئون قېتىش (DRIE) غا ئوخشاش ئۆلچەملىك MEMS جەريانلىرى مىكرو كۆلەمدىكى ئىقتىدارلارنى قوزغىتىدۇ:
- 3D Microchannels: كۆپ قەۋەتلىك SU-8 تاش مەتبەئە قانالنىڭ كەڭلىكى 5 مىللىمېتىرغا يېتىدىغان مۇرەككەپ سۇيۇقلۇق تورىنى ھاسىل قىلىدۇ ، پومپىنى سېنزور بىلەن بىرلەشتۈرۈشتە ئىنتايىن مۇھىم (مەسىلەن ، يېپىق ھالقىلارنى كونترول قىلىشتىكى بېسىم سېنزورى).
- Microvalve Integration: پومپا ھۇجرىسىنىڭ يېنىدا پاسسىپ تەكشۈرۈش كلاپانلىرىنى ياساش (مەسىلەن ، قېلىنلىقى 50 مىللىمېتىر قېلىنلىقتىكى كلاپان كلاپان) سىرتقى زاپچاسلارنىڭ تايىنىشچانلىقىنى تۆۋەنلىتىدۇ ، ئۆلۈك مىقدارىنى تۆۋەنلىتىدۇ ۋە ئىنكاس ۋاقتىنى ياخشىلايدۇ.
3.2 خۇرۇچ ياساش (3D بېسىش)
پولىجېت ۋە ئىككى فوتون پولىمېرلاشتۇرۇش (TPP) تېخنىكىسى لايىھىلەشنىڭ جانلىقلىقىنى تەمىنلەيدۇ:
- نانو قۇرۇلمىسى ئۈچۈن TPP: 100 nm دىن تۆۋەن بولغان ئىقتىدارنىڭ چوڭ-كىچىكلىكىنى قوزغىتىپ ، ئەلالاشتۇرۇلغان تىغ ئەگرى سىزىقلىق مىكرو ھەرىكەتلەندۈرگۈچ كۈچ ھاسىل قىلالايدۇ (مەسىلەن ، مەركەزدىن قاچۇرۇش پومپىسىنىڭ ئېقىش نىسبىتى% 25 تىن يۇقىرى 30 ° لىك تىك بۇلۇڭ).
- كۆپ ماتېرىيال بېسىش: قاتتىق قۇرۇلما زاپچاسلىرى (ABS) بىلەن ئەۋرىشىم تامغا (PDMS) نى بىرلەشتۈرۈپ ، قۇراشتۇرۇش خاتالىقىنى ئازايتىپ ، ئېقىپ كېتىشكە قارشى تۇرۇش نىسبىتىنى% 30 ئۆستۈرىدۇ.
4. ماسلىشىش ئۈنۈمى ئۈچۈن ئەقلىي ئىقتىدارلىق كونترول سىستېمىسى
4.1 سېنزور بىرلەشتۈرۈش ۋە ئىنكاس قايتۇرۇش ھالقىسى
دەل ۋاقتىدا نازارەت قىلىش ئىقتىدارنى ئۆستۈرىدۇ:
- Flow Rate Sensing: پومپا سېتىش نۇقتىلىرىغا قىستۇرۇلغان ئىسسىقلىق ئانومومېتىرى سېنزورى (توغرىلىق نىسبىتى% 2) ماتورنىڭ سۈرئىتىنى تەڭشەپ ، نىشان ئېقىمىنى ساقلاپ ، تۆۋەن ئېھتىياجلىق مەزگىلدىكى ئېنېرگىيە ئىسراپچىلىقىنى ئازايتىدۇ.
- يېپىشقاق تۆلەم: ماشىنا سېنزورىغا ماسلاشتۇرۇلغان بېسىم سېنزورى سۇيۇقلۇقنىڭ ئۆزگىرىشىنى بايقىيالايدۇ ، ھەرىكەتچان پارامېتىرلارنى ئاپتوماتىك ئەلالاشتۇرىدۇ (مەسىلەن پورشېن پومپىسىدىكى سەكتىنىڭ مىقدارى) ئوخشىمىغان سۇيۇقلۇقلارنىڭ ئۈنۈمى% 15.
4.2 ئىلغار كونترول ئالگورىتمىلىرى
- PID كونترول: نىسبەت-پۈتۈن گەۋدە ھاسىل قىلغان ئالگورىزىم ئوخشىمىغان بېسىم ئاستىدا ئېقىننى مۇقىملاشتۇرىدۇ ، تومۇر ئېقىمى قوللىنىشچان پروگراممىلىرىدىكى نۇقتىدىن% 5 ئېغىشنى ئەمەلگە ئاشۇرىدۇ.
- ماسلىشىشچان تۇتۇق لوگىكا: سىزىقسىز سىستېمىلاردىكى ئەنئەنىۋى PID دىن ئېشىپ كېتىدۇ (مەسىلەن ، كلاپانسىز پومپىسى) ، ناچار مۇھىتتا بېسىمنىڭ تەڭشىلىشىنى% 20 ئۆستۈرىدۇ (تېمپېراتۇرا داۋالغۇشى: ° 10 ° C).
5. بۆسۈش خاراكتېرلىك يېڭىلىق يارىتىش ھالقىغان تەتقىقات
5.1 Bioinspired Design
تەبىئەت ئۈنۈم لايىھىسىنى تەمىنلەيدۇ:
- ئەجدىھا قانىتى: پومپا دىئافراگمىدىكى قاتلاملىق تومۇر قۇرۇلمىسىنى تەقلىد قىلىش قۇرۇلما ئۈنۈمىنى ئاشۇرۇپ ، ئوخشاش ھەرىكەت كۈچى بىلەن% 20 يۇقىرى بېسىم ھاسىل قىلالايدۇ.
- سىكادا قانات يۈزىنىڭ تۈزۈلۈشى: دەرىجىدىن تاشقىرى گىدروپوبىكلىق نانو پلاستىنكىسى سۇيۇقلۇقنىڭ يېپىشقاقلىقىنى تۆۋەنلىتىدۇ ، ئۆز-ئۆزىنى تازىلايدىغان مىكرو قاناللارنى ئاسراش ئىمكانىيىتىگە ئىگە قىلىدۇ.
5.2 پەنلەر ئارا ھەمكارلىق ئەندىزىسى
ماددى ئالىملار ، سۇيۇقلۇق ھەرىكەتچانلار ۋە كونترول ئىنژېنېرلىرى ئوتتۇرىسىدىكى ھەمكارلىق ئىلگىرىلەشنى تېزلىتىدۇ:
- سانائەت-ئاكادېمىك تۈرلىرى.
- ئوچۇق كودلۇق سۇپىلار.
6. رېئال دۇنيا ئىپادىسىنى سىناش ۋە دەلىللەش
6.1 ئۆلچەملىك ئۆلچەم
ئۈنۈمنىڭ ئاساسلىق ئىقتىدار كۆرسەتكۈچلىرى (KPIs) تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:
- قۇۋۋەت ئۈنۈمى (μW / (μL / min)): ھەر بىر ئېقىندىكى ئېنېرگىيەنى ئۆلچەيدۇ. زامانىۋى پومپى تۆۋەن ئېقىمى تۈزۈمىدە (<10 μL / min) 0.5-2 μW / (μL / min) غا يېتىدۇ.
- بېسىم ئېقىمى ئەگرى سىزىقى: نىشان دائىرىسىدىكى ئەڭ ياخشى مەشغۇلاتقا كاپالەتلىك قىلىدۇ (مەسىلەن ، ئۆزەك تەجرىبىخانىسىدىكى 0-5 kPa بىلەن سانائەتنى سوۋۇتۇش ئۈچۈن 50-200 kPa).
6.2 مۇھىت بېسىمىنى سىناش
پەۋقۇلئاددە شارائىتتا قاتتىق سىناق (تېمپېراتۇرا: -20 سېلسىيە گرادۇستىن 85 سېلسىيە گرادۇسقىچە ، نەملىك:% 10-% 90) ئىشەنچلىكلىكىنى ئىسپاتلايدۇ. مەسىلەن ، سوۋۇتۇش سىستېمىسىنىڭ ماشىنا مىكروپلىرى 1000 ئىسسىقلىق دەۋرىيلىكىدىن كېيىن چوقۇم% 90 ئۈنۈمنى ساقلىشى كېرەك.
خۇلاسە
يۇقىرى ئۈنۈمنى تەرەققىي قىلدۇرۇشmicropumpsماتېرىيال ئىلمى ، ھېسابلاش لايىھىسى ، ئىلغار ياسىمىچىلىق ۋە ئەقلىي كونترول قىلىشنى بىرلەشتۈرىدىغان بىر پۈتۈن ئۇسۇلنى تەلەپ قىلىدۇ. تەتقىقاتچىلار نانو تېخنىكىسى ، بىئولوگىيىلىك روھ ۋە پەنلەر ئارا يېڭىلىق يارىتىش ئارقىلىق ، كىچىكلىتىش سودىسىنى يېڭىپ ، ساقلىقنى ساقلاش ، يېشىل ئېنېرگىيە ۋە مۇھىتنى نازارەت قىلىشتىكى يېڭى قوللىنىشچان پروگراممىلارنى ئاچالايدۇ. كەسىپلەر بارغانسىرى كىچىكرەك ، تېخىمۇ ئەقىللىق سۇيۇقلۇق باشقۇرۇش ھەل قىلىش لايىھىسىگە ئېھتىياجلىق بولغاچقا ، بۇ ئىستراتېگىيەلەر كېيىنكى دولقۇننى ئىلگىرى سۈرىدۇmicropumpئىلگىرىلەش ، كەلگۈسى نەچچە ئون يىلدا سىجىل ۋە ئېنىق ئۈنۈمگە كاپالەتلىك قىلىش.
ھەممىنى ياخشى كۆرىسىز
تېخىمۇ كۆپ خەۋەرلەرنى ئوقۇڭ
يوللانغان ۋاقتى: مايدىن 08-مايغىچە