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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 應用力學研究所
Please use this identifier to cite or link to this item: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/42309
Full metadata record
???org.dspace.app.webui.jsptag.ItemTag.dcfield???ValueLanguage
dc.contributor.advisor翁宗賢(Tzong-Shyan Wung)
dc.contributor.authorHsieh-Te Linen
dc.contributor.author林協德zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-15T00:59:09Z-
dc.date.available2013-08-08
dc.date.copyright2008-08-08
dc.date.issued2008
dc.date.submitted2008-08-01
dc.identifier.citation參考文獻
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[3] Zengerle R, Ulrich J, Kluge S, Richter M, and Richter A, “A bidirection silicon micropump” Sensors Actuators A 50 81-6, 1995
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[5] Koch M, Evans A G R, and Brunnschweiler A, “Simulation and fabrication of micromachined cantilever valves” Sensor Actuators A 62 756-9, 1997
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/42309-
dc.description.abstract摘要
  微流體系統中通常包含了微流道、微型閥、微致動器以及微感測器等組件,可以整合各種功能應用於不同領域。本研究首先以數值模擬方法,應用有限元素法分析軟體探討懸臂樑式閥門在不同壓力下作動的關係,目的在研析出小壓力下能驅動的微型閥門。閥門在流場中受力變形的程度,與閥門的機械性質有關,欲在低壓力驅動時,閥門材料需有較低的楊氏係數與較高的蒲松比,以往所使用的材料為矽或鋁,楊氏係數在169 GPa及200 GPa之間,相當強硬;而聚二甲基矽氧烷(PDMS)的楊氏係數為1.4 MPa、蒲松比為0.49,即具備前述的特性,故本論文採用PDMS做為懸臂樑式閥門的材料。
  本文在進行數值模擬前,先測試網格的獨立性,以確定計算結果之準確性,並以合宜的網格數進行接下來的模擬,模擬結果顯示閥門位移與壓力差呈一線性關係,且對三維流場進行模擬,並比較兩者的結果,二維流場的模擬結果與三維流場中閥門對稱面的模擬結果接近,並可得知閥門在三維流場中壓力分布的趨勢。
  本文接著以微機電技術製作出PDMS微型閥模組,並以注射式幫浦做為微閥效能測試的驅動源。本文製作出兩種尺寸的微閥做比較,一厚度為5 μm、長度為270 μm,另一厚度為10 μm、長度為290 μm,以推出液體量與抽回的液體量的比值做為效能依據,其中厚度為10 μm、長度為290 μm的微閥在操作頻率0.25 Hz,推出液體量與抽回的液體量的比值比值為1.6,且對250 μm寬的微流道,閥門長度設計為290 μm較佳。
zh_TW
dc.description.abstractAbstract
  A micro-fluid system usually involves micro channel, micro valve, micro actuator, and micro sensor. It can be applied to different areas as integrating with other devices. This study employs FEM computational software to investigate how a cantilever type valve acts under various pressures and to develop a micro valve which can be operated under low pressure. PDMS material has Young’s modulus of 1.4 MPa and Poisson ratio 0.49 favorable for a passive micro valve. This study uses PDMS material to manufacture cantilever type valves.
  Before numerical simulation, the grid independence has been tested in order to assure the accuracy of simulation. Simulation results shows a linear relationship between displacements of valves and the driven pressures. Results of 2D and 3D simulations are also compared.
  Bases on the numerical works, micro valves were fabricated by MEMS techniques, and a syringe pump was used as an actuating source. Two sizes of micro valves were fabricated. The performance of the two valves are compared based on the infuse/withdraw ratio. The ratio of the valve with 290 μm length shows a better pumping capability of 1.6 under 0.25 Hz operating frequency.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-15T00:59:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1
ntu-97-R95543070-1.pdf: 2387823 bytes, checksum: 0cd3f6b9cab1c70f4460b92ddad6a81a (MD5)
Previous issue date: 2008
en
dc.description.tableofcontents目錄
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 VIII
符號表 IX
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2文獻回顧 2
1.2.1微型閥 2
1.2.2主動式微型閥 2
1.2.3被動式微型閥 3
1.3文獻回顧 3
1.4研究動機 5
1.5研究目的 5
第二章 數值模型與閥門設計 10
2.1 模擬分析理論 10
2.1.1 空間描述法 10
2.1.2 流固耦合 11
2.1.3 基本假設 11
2.1.4 統御方程式 11
2.2 數值模型建立 12
2.2.1 建立CAD模型 13
2.2.2 網格劃分 13
2.2.3 網格獨立性測試 13
2.2.4 邊界條件設定 13
2.3 閥門設計 14
第三章 微型閥門製作與實驗架設 19
3.1 前言 19
3.2 母模製作程序 19
3.2.1 黃光微影原理與製程 19
3.2.2 乾式蝕刻原理與製程 21
3.3 微型閥製程 21
3.3.1 PDMS微閥門製作 22
3.3.2 封裝原理與製程 22
3.3.3 PE管連接 23
3.4 實驗架設 23
3.4.1 實驗儀器 23
3.4.2 實驗架設 24
3.4.3 實驗方法 24
第四章 結果與討論 30
4.1 PDMS微型閥數值模擬結果 30
4.2 實驗結果 31
4.3 模擬討論 32
4.4 實驗討論 32
第五章 結論與未來展望 47
5.1 結論 47
5.2 未來展望 47
參考文獻 49








圖目錄
圖1-1 雙模結構熱驅動幫浦結構圖 7
圖1-2 p+ etch-stop法所蝕刻出瓣型閥 7
圖1-3 平面彈簧閥結構圖 7
圖1-4 相變化致動微幫浦結構圖 8
圖1-5 Feng設計的懸壁樑式閥門以及橋式閥門 8
圖2-1 Lagrangian description 14
圖2-2 Eulerian description 14
圖2-3 ALE description 14
圖2-4 建立好的模型 15
圖2-5 閥門進行導圓角後 15
圖2-6 網格模型 16
圖2-7 微型閥設計 16
圖2-8 閥門結構示意圖 17
圖2-9 閥門開合示意圖 17
圖2-10 閥門關閉示意圖 17
圖3-1 光罩設計圖 24
圖3-2 微閥結構1俯視圖 24
圖3-3 微閥結構2俯視圖 25
圖3-4 PDMS 微閥體1 25
圖3-5 PDMS 微閥門2 26
圖3-6 微閥完成品圖示 26
圖3-7 NE-1000 注射式幫浦 27
圖3-8 壓克力平台 27
圖3-9 微閥模組置於壓克力平台圖示 28
圖4-1 閥門在壓力差20至100 Pa位移圖 33
圖4-2 閥門在壓力差120至200 Pa位移圖 34
圖4-3 閥門在壓力差220至300 Pa位移圖 35
圖4-4 閥門在壓力差320至400 Pa位移圖 36
圖4-5 閥門在壓力差420至500 Pa位移圖 37
圖4-6 三維流場壓力差100 Pa的閥門位移圖 38
圖4-7 三維流場壓力差200 Pa的閥門位移圖 38
圖4-8 三維流場壓力差300 Pa的閥門位移圖 39
圖4- 9 三維流場壓力差400 Pa的閥門位移圖 39
圖4-10 三維流場壓力差500 Pa的閥門位移圖 40
圖4-11 二維流場與三維流場最大位移對壓差比較圖 40
圖4-12 三維流場位移對壓力差圖 41
圖4-13 操作頻率0.25Hz最大壓力100Pa之閥門位移對時間圖 41
圖4-14 操作頻率0.25Hz最大壓力200Pa之閥門位移對時間圖 42
圖4-15 操作頻率0.25Hz最大壓力300Pa之閥門位移對時間圖 42
圖4-16 操作頻率0.5Hz最大壓力100Pa之閥門位移對時間圖 43
圖4-17 操作頻率0.5Hz最大壓力200Pa之閥門位移對時間圖 43
圖4-18 操作頻率0.5Hz最大壓力300Pa之閥門位移對時間圖 44
圖4-19 微閥1效能圖 44
圖4-20 微閥2效能圖 45
圖4-21 閥門在高流量下閉合圖 45
圖4-22 閥門在高流量下開合圖 46


表目錄
表1-1 各類閥門材料性質 9
表1-2 微型閥分類 9
dc.language.isozh-TW
dc.subject微型閥zh_TW
dc.subject被動閥zh_TW
dc.subjectPDMSzh_TW
dc.subject流固耦合zh_TW
dc.subject動網格zh_TW
dc.subjectPDMSen
dc.subjectmoving meshen
dc.subjectfluid structure interactionen
dc.subjectpassive valveen
dc.subjectmicro valveen
dc.title微流道中被動懸臂樑式閥門之模擬與研製zh_TW
dc.titleFabrication and simulation of passive cantilever valves in micro-channelen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear96-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee沈弘俊(Horn-Jiunn Sheen),張正憲(Jeng-Shian Chang)
dc.subject.keyword微型閥,被動閥,流固耦合,PDMS,動網格,zh_TW
dc.subject.keywordmicro valve,passive valve,fluid structure interaction,PDMS,moving mesh,en
dc.relation.page50
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2008-08-01
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept應用力學研究所zh_TW
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