集成球形玻璃諧振腔的超聲微流控芯片的研究.pdf

1、微流控技術(shù)把化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)室的大部分功能集成到尺寸很小的芯片上，并采用電場(chǎng)力、超聲波、磁力等處理和操控微流體。實(shí)現(xiàn)超聲波功能在單個(gè)微流控芯片上的集成是微流控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。在微流控領(lǐng)域，玻璃因?yàn)槠浠瘜W(xué)穩(wěn)定性、親水性、透光性等性質(zhì)被認(rèn)為是制備這種微流控器件中換能器的優(yōu)勢(shì)材料。前期工作已將球形玻璃諧振器集成到微流控器件中，并對(duì)空氣填充的球腔的諧振特性進(jìn)行了表征。本文改進(jìn)了微流控芯片的制備工藝，模擬了聲場(chǎng)-結(jié)構(gòu)的相互作用，并研究了填充液體

2、介質(zhì)的諧振腔的諧振特性，為超聲微流控芯片的制備和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　首先，通過使用發(fā)泡劑液體代替粉末的新型發(fā)泡工藝，制備了尺寸可控、成型度好的玻璃微流控芯片。
　　然后，對(duì)超聲微流控芯片進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真。使用COMSOL Multiphysics軟件建立了填充介質(zhì)的球形諧振腔有限元模型，分析了球殼結(jié)構(gòu)參數(shù)和填充液體介質(zhì)對(duì)諧振頻率的影響。結(jié)果顯示對(duì)于特定大小的球形微腔，其內(nèi)部流體介質(zhì)由空氣變成水之后一階諧振頻率偏移了約180K

3、Hz。
　　同時(shí)，通過建立填充液體介質(zhì)的諧振腔的聲殼耦合模型，模擬了聲場(chǎng)對(duì)諧振頻率的影響和聲壓場(chǎng)的分布。結(jié)果表明在聲場(chǎng)與結(jié)構(gòu)振動(dòng)耦合后，諧振頻率發(fā)生了50-150KHz的偏移。
　　最后，對(duì)諧振腔進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試。使用激光多普勒測(cè)振儀對(duì)兩種尺寸的球形諧振腔進(jìn)行表征，結(jié)果表明填充液體介質(zhì)后一階諧振頻率發(fā)生了偏移，偏移量為145KHz和210KHz，與模擬基本相符。此結(jié)果表明液體介質(zhì)填充導(dǎo)致的諧振頻率的變化十分顯著。同時(shí)，通過進(jìn)一