利用非穩態流場特性開發微粒子分離器之研究

Development of trifurcate-channel particle separator by unsteady flow

朱信彰(Hsin-Chang Chu)

指導教授 ： 沈弘俊

國立臺灣大學/工學院/應用力學研究所/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2006.02545

摘要

本研究利用微機電製程技術，成功製作出本身具有推動流體功能的微粒子分離器，即是不需要外加的動力源便可推動流體及分離微粒子。
此微粒子分離器以微幫浦作為基本元件，並於下游處連接三叉型流道，其驅動流體的原理是利用貼附在震動腔上的壓電片反覆震動並配合漸張漸縮管作為流體導向的元件，而分離的原理是利用非穩態週期流於三叉型流道產生的渦漩流場作為一阻擋粒子前進的擋體，再依據渦漩的方向帶動微粒子往分支流道前進，進而達到分離的效果。
在製程方面以矽晶圓為基材，利用顯影與乾蝕刻技術製作出微流道，再利用陽極結合使其與玻璃封裝，最後貼附壓電片作為驅動源便完成微粒子分離器的製作。實驗採用紅色螢光微粒子搭配脈衝式雷射作為燈源觀測流道內微粒子分離的現象，再利用影像處理計數下游出口的微粒子數目，以分析其分離效率。此外，利用微粒子影像測速儀量測非穩態週期流的流場特性，以評估渦漩流場發生的位置對於分離效率的影響。所製作出的微粒子分離器於較低驅動電壓時具有較佳的混合效果，若下游三叉型流道間的夾角角度愈小時，也有助於分離效率的提升。本研究僅以一道光罩完成具有雙重功能的晶片，大幅縮小元件的體積，更有益提高系統整合的可行性。

關鍵字

微機電製程 ； 微粒子分離器 ； 非穩態週期流 ； 壓電片。

並列摘要

無資料

並列關鍵字

MEMS ； separator ； unsteady periodic flow ； PZT

參考文獻

吳咨亨, “無閥門壓電微幫浦與微混合器之整合設計”, 國立台灣大學應用力學所碩士論文, 2005.

Ahn, S.H., & Kim, Y.K., “Fabrication and experiment of a planar micro ion drag pump”, Sensors and Actuators A., Vol. 70, pp. 1-5, 1998.

Andersson, H., van der Wijngaart, W., Nilsson, P., Enoksson, P. & Stemme, G., “A valve-less diffuser micropump for microfluidic analytical systems ”, Sensors and Actuators B., Vol. 72, pp. 259-265, 2001.

Fox, R.W., & Kline, S.J., “Flow Regime Data and Design Methods for Curved Subsonic Diffusers”, J. Basic Eng, Vol. 84, pp. 303-312, 1962.

Gerlach, T., “Microdiffuser as dynamic passive valve for micropump applications”, Sensors and Actuators A., Vol. 69, pp. 181-191, 1998.