Как сделать микронасос

Обновлено: 05.07.2024

Вакуумные насосы уже давно стали незаменимым атрибутом жизни. Их применяют не только в промышленности. Они повсеместно облегчают жизнь и в быту. Рассмотрим самые популярные модели, которые используют самодельный компрессор. Читайте до конца и будете знать, как сделать самостоятельно простейшую вакуумную помпу и оригинальную конструкцию, использующую силу прибоя.

Для чего нужен вакуумный насос

Чтобы понять, где можно применять подобное оборудование, нужно всего лишь вспомнить продукты в вакуумной упаковке, которые продаются в гипермаркетах. Это самый популярный способ использования столь полезных свойств безвоздушного пространства.

Если из пластиковой упаковки откачать воздух, то срок хранения еды повышается в разы. Кислород имеет способность окислять все вокруг себя. Поэтому, если его убрать, то микроорганизмы, ответственные за брожение, гниение и плесневение не могут выполнять свои функции. Разносчики патогенных факторов просто прекращают свою жизнедеятельность.

Но список применения вакуумного насоса достаточно обширен:

Увеличивает срок эксплуатации тормозной системы в транспортных средствах и усиливает ее действие.
Стравливает смесь ненужных газов из трубопровода, по которому движется фреон. Это повышает срок службы кондиционера.
Удаляет воздух из упаковки с вещами (одеждой), тем самым снижает общий объем. При этом значительно экономится свободное пространство.

Помогает фильтрации различных растворов через мельчайшие сетки.
Производит консервацию продуктов в банках без воздуха.
Помогает отсосать масло при ремонте автомобильного двигателя.

Перечисления выше относятся к повседневной деятельности человека. Они облегчают быт и добавляют комфорта в ежедневное проживание. Но также вакуумные насосы нашли использование и в промышленности. И там сфера их применения значительно шире.

Принцип работы вакуумного насоса

Устройство вакуумного насоса можно разобрать на действии обычного медицинского шприца. Если потянуть поршень на себя, то гильза заполнится воздухом. А последний покинет какую-нибудь емкость, например, равную по объему с шприцом. И если соединение будет герметичным, то там образуется безвоздушное пространство.

Разберем вакуумное устройство для откачивания воды. Подобная конструкция может быть применена не только для жидкости, но для газов. А также для смеси газов с жидкостью. Такое оборудование применяется повсеместно в быту для автономного водоснабжения, а также откачки воды из резервуаров.

Принцип работы вакуумного насоса сводится к следующему:

Рабочее колесо с лопастями, которое установлено внутри камеры, начинает вращение и захватывает воду.
Этими действиями создается центробежная сила, в которую вовлекается жидкость, и она отталкивается к стенкам камеры.
В результате в центральной части емкости воздух разряжается.
Если устройство герметично, то вакуум втягивает во внутрь следующую порцию воды извне.

На этом примере можно понять, что основной принцип работы – это вытеснение. Другими словами, чтобы вода побежала по трубам, из последних необходимо удалить воздух.

Переделка компрессора

Существуют специализированные бытовые приборы по созданию вакуума. Они способны откачать воздух из упаковки и герметично запечатать ее. Но стоимость домашнего оборудования довольно высока. А между тем умельцы уже давно придумали, как сделать вполне продуктивный насос для откачки воздуха, используя вакуумный компрессор.

Из холодильника

Если под рукой оказался сломанный холодильник или кондиционер, но с еще действующим компрессором, то последний можно переделать под бытовые нужды, для создания вакуума. Конечно же, большие объемы устройство не переработает. Но откачать воздух из упаковки вполне пригодно. И не только.

Действия необходимо выполнить минимальные:

Нужно ножовкой по металлу отпилить медные трубки, которые подключали прибор к испарителю и конденсатору. Необходимо оставить концы не больше 3-5 см.
Компрессор закрепляется для устойчивости на широкой доске.
Далее для эффективного использования создается узел контроля и управления. Он состоит из двух латунных тройников, которые соединены последовательно. С обоих концов устанавливаются обычные штуцера. А на вертикальные отводы навинчивается манометр и запорный кран.
Узел контроля надежно закрепляется на подставке.
Дюритовым шлангом соединяют компрессор с первым штуцером. Для прочности применяют хомуты.
На второй штуцер надевают шланг, на котором будут закрепляться приспособления для решения задачи.

Например, для стабилизации древесины шланг одевается на штуцер, который закреплен в обычной металлической крышке для закатывания консервации. В банку заливается полимер и помещается деревянная деталь. Необходимо, чтобы жидкость полностью покрыла древесину.

Крышка плотно навинчивается на банку, а компрессор включается в сеть. Прибор отсосет весь воздух из емкости и тогда во все поры древесины поступит полимер. Для продуктивной работы оборудования необходимо лишь грамотно подсоединить его к сети. А перед выключением прибора не забывать медленно приоткрывать запорный кран, чтобы сбросить вакуум.

Аквариумный компрессор

Можно сделать малопроизводительный вакуумный насос из компрессора от аквариума. В устройстве есть маленький электродвигатель, который приводит в действие мембранный микронасос. Вот с последним и нужно поработать.

Необходимо проделать следующие действия:

С помощью отвертки снимается крышка с корпуса.
Пинцетом и ключом отсоединяется тяга от мембраны.
Насос вынимается из гнезда и от него отделяется клапанная группа.
Необходимо поменять клапана местами.
Поскольку после операции крышка плохо становится на место, то необходимо немного спилить один из ее углов.

Аппарат собирается в обратном порядке.

Прибор получается очень маломощный, способный решить лишь самые простейшие задачи. Но если решено приобщить его к делу, то лучше на подводящем шланге установить бензиновый фильтр от автомобиля. Он убережет мембранный узел от пыли и влаги.

Автомобильный

Немного повысить мощность прибора можно если применить китайский насос для подкачки шин у легкового автомобиля. Производительность поднимется совсем немного, поскольку поршневой узел слишком мал. Но переделать прибор в вакуумную помпу легко.

Достаточно приклеить к отверстию выпускного клапана трубку из пластика. Использовать можно клеевой пистолет. Далее на всасывающей стороне устанавливается фильтр и по желанию манометр. Но чтобы пользоваться прибором необходимо смонтировать двенадцативольтовый источник постоянного тока.

Намного лучше подойдет для переделки китайский компрессор с производительностью 350 л/мин. Агрегат можно использовать в качестве полноценного вакуумного упаковщика или формовщика. Потому что он способен почти мгновенно создавать вакуум на глубину до 1 Бар.

Чтобы сделать вакуумный насос для откачки воздуха, нужно:

На головке цилиндра открутить воздушный фильтр.
Вместо него необходимо собрать узел из последовательно подсоединенных ресивера, манометра и автомобильного бензинового фильтра.
Собранный узел шлангом подключается к головке цилиндра компрессора.
На штатном ресивере необходимо вывернуть пробку для слива конденсата.

В качестве последнего рекомендуется применять стандартный пропановый баллон, емкостью в 50 литров. Он будет осушивать откачиваемый воздух. А также в момент запуска агрегата сгладит скачок давления.

Простейшие самодельные ручные помпы

Но самое широкое распространение вакуумные насосы получили на приусадебных участках. Народные умельцы с успехом применяют полезные свойства создания безвоздушного пространства в небольших камерах для полива своих огородов. Ручные помпы заменили электрические аналоги, тем самым ощутимо сохраняя семейные бюджеты.

Для перелива жидкости

Самую простую помпу для откачки воды можно собрать из пластиковых бутылок. Понадобится клапан, который делается из горлышка и крышки. Также будет нужна еще одна бутылка, кусок пластиковый трубы (не более метра) и гибкий резиновый шланг.

Процесс изготовления следующий:

Из крышки удаляется пластиковая прокладка.
Диаметр последней уменьшают на 3 мм, но оставляют нетронутым небольшой выступ (лепесток).
В самой крышке по центру просверливается отверстие диаметром 8 мм.
У одной из бутылок срезается горлышко.
Последнее закручивается в подготовленную крышку. При этом не забыв установить обрезанную прокладку. Она должна прижиматься к внутренней стороне пробки оставленным лепестком. Остальная же часть остается подвижной.
Готовый клапан одевается на один конец пластиковой трубы, подходящей по диаметру.
От второй бутылки отрезается верхняя часть, в виде воронки.
Она плотно насаживается на трубу, чтобы конец с клапаном оказался внутри конуса.
На другой конец трубы насаживается гибкий шланг произвольной длины.

Для начала работы нужно поместить конец с клапаном в воду, и резкими движениями вверх-вниз нагнетать жидкость в трубу. Когда она польется из шланга, то необходимо опустить конец последнего, чтобы он находился ниже клапана. После этого вода будет поступать из источника самотеком.

Видео описание

Видео покажет, как сделать насос из двух пластиковых бутылок и куска трубки:

С прямым изливом

Можно сделать ручное приспособление для откачивания воды из шахтного колодца с высокой производительностью. Для этого понадобятся простые детали. В основном куски пластиковой трубы и их составляющие. Рассмотрим, как сделать помпу из этих материалов.

Сначала нужно собрать клапан из пластиковой заглушки ø 50 мм. Подбираем пару (винт-гайка) и по диаметру первого в центре высверливаем отверстие. Затем вокруг него проделываем несколько дырок ø 5-6 мм.

Из куска резины толщиной 3-4 мм вырезается прокладка, которая должна свободно входить во внутрь заглушки. Она обязана перекрыть все отверстия. В центре прокладки делается отверстие, и она прижимается к заглушке с помощью винта и гайки.

Из канализационных труб ø 50 мм собирается гильза насоса. Она должна быть равной глубине колодца. Обрезать трубу нужно только с узкого конца. Со стороны раструба вставляется заглушка-клапан. Для надежности его крепят с двух сторон на саморезы. Для узкого конца готовится заглушка с отверстием по центру ø 25 мм. В него будет вставляться шток и деталь выступает, как опора скольжения.

Самодельная помпа должна иметь поршень. Шток делают из трубы ø 24 мм, и он должен быть на полметра длиннее гильзы. Понадобится пустой баллон от силикона, у которого отрезается носик. А отверстие расширяют так, чтобы в него проходил шток. Баллон разрезается пополам. Диаметр детали должен плотно подходить к гильзе.

На конце штока нарезается резьба, на которую навинчивается гайка с прокладкой. Следом надевается половинка баллона. Его плотно закрепляют еще одной гайкой с прокладкой. После этого шток вставляется гильзу. На последнюю одевается заглушка, которая будет опорой для скольжения и сверху фиксируется муфтой.

При работе вода будет устремляться вверх по штоку, который плотно скользит по гильзе, благодаря баллончику из-под силикона. Поэтому для удобства на конце монтируется тройник. На одну сторону накручивается пластиковый отвод с уголком на конце. Из него будет литься вода. На другую сторону тройника прикручивается заглушка в виде обычной ручки.

С боковым изливом

Если на верхнюю часть гильзы одеть тройник с отводом 35 °, то вода начнет поступать через эту часть. Но для этого в штоке, возле самого поршня, необходимо проделать несколько отверстий. Чтобы вода могла поступать внутрь гильзы. Высверливая шток нужно постараться сохранить прочность у конструкции. Поэтому отверстия лучше расположить по спирали.

Поршневая самодельная конструкция для скважины

Вакуумный насос для откачки воды из скважины прост по своей конструкции, но требует навыка в изготовлении. Понадобятся сварочные работы, поскольку помпу лучше делать из гильзы двигателя грузового автомобиля. Потому что ее внутренние стенки идеально гладкие и ровные.

Снизу приваривается днище, которое перекроет оголовок скважины. В его центре устанавливается обратный клапан. Последний можно изготовить самостоятельно, но лучше купить в магазине заводского производства.

Для штока нужно подобрать два стальных диска, диаметром чуть меньше гильзы. Между ними прокладывается резина толщиной в 1 см, и конструкция стягивается болтом с гайкой. Смысл в том, чтобы резина, немного выступая за края дисков, создавала уплотнение в гильзе. К болту приваривается сам шток. Для него можно взять подходящий стальной пруток.

Для удобства профилактических работ оголовок скважины и днище гильзы снабжаются резьбой. Она не только облегчит демонтаж конструкции по необходимости, но и сделает все соединение герметичным. В верхней части гильзы высверливается отверстие и к нему приваривается стальной патрубок для сброса воды.

Шток вставляется в гильзу и сверху закрывается крышкой с отверстием для скольжения. Для удобства стержень оборудуется ручкой. Устройство способно легко поднять воду с глубины в 7 метров.

Видео описание

Про то, как сделать вакуумную помпу для быстрой откачки воды, расскажет следующее видео:

Оригинальные самодельные конструкции

Волновой насос

Оригинальную конструкцию имеет вакуумный насос для воды, использующий силу берегового прибоя. Поскольку по любому достаточно крупному водоему бегут волны, то это можно использовать для накачивания из него воды. Для этого понадобится бревно и полый цилиндр в виде гармошки (гофра).

Последний одной стороной привязывается к бревну, а другой к свае, которая вбивается в дно недалеко от берега. Принцип работы чрезвычайно прост. Когда набегающая волна поднимает плавающее бревно, натяжение заставляет гофру растягиваться. При опускании гармошка возвращается в исходное положение.

Если концы цилиндра снабдить втулками с клапанами и залить внутрь воду, то при набеге волн на берег, импровизированная помпа начнет выкачивать воду. Для гофрированной трубы диаметром до 60 мм бревно должно иметь массу не меньше 60 кг. А для гашения нежелательного крутящего момента, к свае крепят ограничитель.

Болт, зафиксированный на бревне, под накладной пластиной позволит вращаться поплавку в разные стороны. И это не позволит разрушить уникальный вакуум-насос при возникновении высокой волны.

Печная тяга

Не менее оригинально можно наполнить двухсотлитровую бочку для полива на участке. Последняя должна в нижней своей части имеет вмонтированный кран и быть установлена на постамент из кирпичей. В бочку наливается несколько литров воды.

Затем нужно подобрать резиновый шланг, достающий до водоема. Один его конец оборудуют штуцером с резьбой, которая подходит под верхнее отверстие бочки. Его герметично вкручивают в крышку. Другой конец шланга должен иметь сетчатый фильтр.

Далее проверяется, чтобы нижний кран был в закрытом положении, и под бочкой разводят костер. Шланг опускается в воду. Огонь нагреет воздух в бочке и заставит его уйти по трубе в водоем. Когда пузыри на поверхности перестанут выделяться, можно загасить костер.

При остывании металла, в бочке образуется безвоздушное пространство. И вакуум втянет воду в бочку из водоема.

Видео описание

Видео покажет, как работает вакуумный насос, состоящий из одной бочки:

Солнечная тяга

Можно заставить солнце выкачивать воду из колодца. Для этого необходимо собрать простую конструкцию, в которой в определенный момент будет создаваться вакуум. Последний и будет вытягивать воду в емкость. Причем самодельный водяной насос будет работать без вмешательства человека. Все действия будут происходить циклично, пока светит солнце.

Для реализации проекта необходимо проделать следующее:

Из металлических патрубков собирается решетка. Например, если используется медная трубка, то ее можно просто закрутить в спираль.
Когда в наличии только стальная труба, то конструкция собирается с помощью уголков и переходников. Главное, чтобы решетка имела только один выход.
Для повышения теплопроводности нужно покрасить трубы в черный цвет.
В нижней части бидона проделывается отверстие, куда заводится выход тепловой решетки. На его конец надевается резиновая груша (можно использовать автомобильную камеру).
Отверстие герметизируется.
В крышке бидона монтируются два клапана. Через один вода будет поступать из источника. Посредством другого поливать огород.

Воздух, нагреваемый солнцем в решетке, начнет надувать резиновую грушу в бидоне. Этим самым вода будет вытесняться из емкости и поступать на огород. Когда контур остынет, то груша сдуется. Созданный вакуум в бидоне притянет новую порцию воды.

Видео описание

Коротко о главном

Использование вакуумного насоса в бытовых целях может быть реализовано двумя путями. В первом случае, на базе любого компрессора можно собрать прибор, который будет откачивать воздух. Его можно применить в разных сферах. И самая распространенная – это создание вакуумной упаковки для продуктов или вещей.

Во втором случае можно осуществлять условно бесплатный полив на приусадебном участке. Причем способов воплощения великое множество. Можно сделать ручную помпу, от самой простой и дешевой, но малоэффективной конструкции до вполне продуктивного насоса.

Для этого придется собрать устройство с поршнем, который будет создавать вакуум в камере. А отсутствие воздуха в системе позволит замещать его водой, которая сразу же начнет притягиваться, заполняя трубопровод.

Можно проявить смекалку и позволить природе работать вместо себя. Конструкции, использующие солнечную или тепловую энергии, сами заставят воду поступать в емкость. Также можно продуктивно найти применение для энергии набегающей на берег волны.

Сегодня позвонили с почты насчёт мелкого пакета и я рысью после работы помчался…

Оплатил 6 марта, получил сегодня.

Напряжение постоянного тока: 2.5-6 В
Максимальная грузоподъемность: 40-110 см/15.75 "-43.4"
Расход: 80-120L/ч
Наружный диаметр воды на выходе: 7.5 мм/0.3"
Внутренний диаметр воды на выходе: 4.7 мм/0.18"
Диаметр: прибл. 24 мм/0.95"
Длина: прибл. 45 мм/1.8"
Высота: ок. 33 мм/1.30"
Материал: Пластик инженерных
Режим движения: Бесщеточный дизайн, магнитные вождения
Непрерывный трудовой жизни 500 часов
Количество: 1 шт.

Быстренько сваял из огрызка USB-кабеля и повербанка питание для тестирования и начал мерить потребление.

Ток на холостом ходу:

Рабочий ток:

Самое приятное, что потребляемый ток укладывается в ограничения (40 миллиампер, кажется) на выходах той же ардуины и можно обойтись без дополнительных хитростей.
(дарю идею насчёт полива домашних цветов)

Извините, измерял впопыхах, сделал неправильные выводы, дезориентировал читателей.
Фото исправлено, голова пеплом посыпана.

Мне нужны были маленькие и маломощные насосики для перекачки жидкостей, скажем, из ёмкости (бутылки).
Для этого я заказал клапаны, которые предполагал использовать как входные штуцеры для насосов.
Разобрал один:

И приклеил цианакрилатом к насосу:

Подсоединил трубку от капельницы, бросил её в стакан и…
Не сосёт! Жаль…

Если кому-то попадались насосы в сходной ценовой категории, которые могут работать над уровнем жидкости, пожалуйста, дайте ссылку.

Насос качает воду, только будучи погружённым в неё. Возможно, изготовитель загерметизировал вход провода, однако, я не стал рисковать и полностью погружать насос. Потом залью термоклеем, надставлю провод и опробую на ёмкости побольше, чем стакан.

Итоги:
+ малое потребление;
+ низкое безопасное напряжение;
+ смешная цена.

"> Воспроизвести медиа

Трубка из Ti-Cr-Pt (длиной ~ 40 мкм) выделяет пузырьки кислорода при погружении в нее. пероксид водорода (каталитическое разложение). Полистирол сферы (диаметром 1 мкм) добавляли для изучения кинетики потока. [1]

"> Воспроизвести медиа

Микронасосы - это устройства, которые могут управлять небольшими объемами жидкости. [3] Хотя любой маленький насос часто называют микронасос, более точное определение ограничивает этот термин насосы с функциональными размерами в диапазоне микрометров. Такие насосы представляют особый интерес в микрофлюидный исследования и стали доступными для интеграции промышленных продуктов в последние годы. Их миниатюрный общий размер, потенциальная стоимость и повышенная точность дозирования по сравнению с существующими миниатюрными насосами подпитывают растущий интерес к этому инновационному типу насосов.

Обратите внимание, что приведенный ниже текст является очень неполным с точки зрения предоставления хорошего обзора различных типов и приложений микронасосов, поэтому, пожалуйста, обратитесь к хорошим обзорным статьям по этой теме. [4] [5] [6]

Содержание

Введение и история

Схема, показывающая, как можно использовать три последовательно установленных микроклапана для вытеснения жидкости. На этапе (A) жидкость вытягивается из впускного отверстия в первый клапан. Шаги (B) - (E) перемещают жидкость к выпускному клапану, прежде чем жидкость будет вытеснена к выпускному отверстию на шаге (F).

Типы и технологии

В микрожидкостном мире физические законы меняют свой внешний вид. [9] Например, объемные силы, такие как вес или инерция, часто становятся незначительными, тогда как поверхностные силы могут доминировать в жидкостном поведении. [10] , особенно при наличии газовых включений в жидкостях. За некоторыми исключениями, микронасосы основаны на принципах микропривода, которые могут быть увеличены только до определенного размера.

Микронасосы можно разделить на механические и немеханические устройства. [11] Механические системы содержат движущиеся части, которые обычно являются исполнительными и микроклапан мембраны или лоскуты. Движущая сила может быть создана за счет использования пьезоэлектрический [12] , электростатический, термопневматический, пневматический или же магнитный последствия. Немеханические насосы работают с электрогидродинамическими, электроосмотический, электрохимический [13] или же ультразвуковой генерация потока - это лишь некоторые из изучаемых в настоящее время исполнительных механизмов.

Механические микронасосы

Диафрагменные микронасосы

Диафрагменный микронасос использует многократное срабатывание диафрагмы для перемещения жидкости. Мембрана расположена над главным клапаном насоса, который расположен по центру между входом и выходом. микроклапаны. Когда мембрана отклоняется вверх под действием некоторой движущей силы, жидкость втягивается во впускной клапан в главный клапан насоса. Затем мембрана опускается, вытесняя жидкость через выпускной клапан. Этот процесс повторяется для непрерывной перекачки жидкости. [5]

Пьезоэлектрические микронасосы

Пьезоэлектрический микронасос - один из наиболее распространенных типов поршневых диафрагменных насосов. В основе микронасосов с пьезоэлектрическим приводом лежит электромеханическое свойство пьезокерамики деформироваться в ответ на приложенное напряжение. Пьезоэлектрический диск, прикрепленный к мембране, вызывает отклонение диафрагмы под действием внешнего осевого электрического поля, расширяя и сжимая камеру микронасоса. [14] . Эта механическая деформация приводит к изменению давления в камере, что вызывает приток и отток жидкости. Скорость потока контролируется пределом поляризации материала и напряжением, подаваемым на пьезоэлектрический преобразователь. [15] . По сравнению с другими принципами срабатывания пьезоэлектрическое срабатывание обеспечивает большой рабочий объем, высокую силу срабатывания и быструю механическую реакцию, хотя требует сравнительно высокого напряжения срабатывания и сложной процедуры монтажа пьезокерамики. [8] .

Самый маленький пьезоэлектрический микронасос с размерами 3,5x3,5x0,6 мм. 3 был разработан Fraunhofer EMFT [16] всемирно известная исследовательская организация, специализирующаяся на МЭМС и микросистемные технологии. Микронасос состоит из трех слоев кремния, один из которых в качестве диафрагмы насоса ограничивает камеру насоса сверху, а два других представляют собой микросхему среднего клапана и микросхему нижнего клапана. Отверстия пассивных заслонок на входе и выходе ориентированы в соответствии с направлением потока. Диафрагма насоса расширяется при приложении отрицательного напряжения к пьезоэлементу, создавая отрицательное давление для всасывания жидкости в камеру насоса. В то время как положительное напряжение, наоборот, опускает диафрагму вниз, что приводит к открытию выпускного клапана из-за избыточного давления и вытеснению жидкости из камеры.

Отверстия пассивных откидных клапанов на входе и выходе ориентированы в соответствии с направлением потока. Диафрагма насоса расширяется при приложении отрицательного напряжения к пьезоэлементу, создавая отрицательное давление для всасывания жидкости в камеру насоса в режиме подачи. В то время как положительное напряжение опускает диафрагму, что приводит к открытию выпускного клапана из-за избыточного давления в режиме насоса.

В настоящее время в механических микронасосных технологиях широко используется кремний и стекло. микрообработка процессы для изготовления. Среди распространенных процессов микротехнологии можно назвать следующие методы: фотолитография, анизотропный травление, поверхностная микрообработка и объемная микрообработка кремния [15] . Микрообработка кремния имеет множество преимуществ, которые упрощают использование технологии, широко распространенной в высокопроизводительных приложениях, таких как, например, доставка лекарств. [8] . Таким образом, микромеханическая обработка кремния обеспечивает высокую геометрическую точность и долгосрочную стабильность, поскольку механически движущиеся части, например клапанные заслонки, не имеют износа и усталости. Как альтернатива кремнию полимерматериалы на основе PDMS, PMMA, PLLA и т. Д. Могут использоваться благодаря превосходной прочности, улучшенным структурным свойствам, стабильности и дешевизне. Кремниевые микронасосы на Fraunhofer EMFT производятся с использованием технологии микрообработки кремния. [17] . Три монокристаллический кремний Пластины (с ориентацией 100) структурированы методом двусторонней литографии и протравлены методом влажного травления кремния (с использованием раствора гидроксида калия КОН). Соединение между структурированными слоями пластины осуществляется сплавлением кремния. Эта технология склеивания требует очень гладких поверхностей (шероховатость менее 0: 3 нм) и очень высоких температур (до 1100 мкм). о В) для осуществления прямого соединения кремний – кремний между слоями пластины. Отсутствие связующего слоя позволяет определить конструктивные параметры вертикального насоса. Кроме того, перекачиваемая среда может повлиять на связующий слой.

Степень сжатия микронасоса как один из критических показателей производительности определяется как отношение между рабочим объемом, т. Е. Объемом жидкости, вытесняемым мембраной насоса в течение цикла насоса, и мертвым объемом, т. Е. Минимальным оставшимся объемом жидкости. в насосной камере в режиме откачки [14] .

Степень сжатия определяет устойчивость микронасосов к образованию пузырьков и противодавление. Пузырьки газа в камере препятствуют работе микронасоса, так как из-за демпфирующих свойств пузырьков газа пики давления (∆P) в камере насоса снижаются, в то время как из-за свойств поверхности критическое давление (∆P_крит), который открывает пассивные клапаны, увеличивает [18] . Степень сжатия микронасосов Fraunhofer EMFT достигает значения 1, что подразумевает способность самовсасывания и устойчивость к пузырькам даже при сложных условиях давления на выходе. Большая степень сжатия достигается благодаря особой запатентованной технологии пьезомонтажа, когда электрическое напряжение прикладывается к электродам сверху и снизу пьезокерамики в процессе отверждения клея, используемого для пьезомонтажа. Значительное уменьшение мертвого объема за счет предварительно выбранных приводов наряду с малой глубиной изготовленной высоты насосной камеры увеличивает степень сжатия.

Перистальтические микронасосы

Перистальтический микронасос - это микронасос, состоящий как минимум из трех микроклапаны последовательно. Эти три клапана открываются и закрываются последовательно, чтобы втягивать жидкость от входа к выходу в процессе, известном как перистальтика. [19]

Немеханические микронасосы

Бесклапанные микронасосы

Статические клапаны определяются как клапаны с фиксированной геометрией без каких-либо движущихся частей. Эти клапаны обеспечивают выпрямление потока за счет добавления энергии (активный) или создания желаемого режима потока за счет инерции жидкости (пассивный). Двумя наиболее распространенными типами пассивных клапанов со статической геометрией являются элементы диффузора и сопла. [20] [21] и клапаны Тесла. Микронасосы, имеющие элементы сопла-диффузора в качестве устройства для выпрямления потока, обычно известны как микронасосы без клапана.

Капиллярные насосы

В микрофлюидике капиллярная перекачка играет важную роль, потому что перекачивающее действие не требует внешней энергии срабатывания. Стеклянные капилляры и пористые среды, включая нитроцеллюлозную бумагу и синтетическую бумагу, [22] может быть интегрирован в микрофлюидные чипы. Капиллярная перекачка широко используется при испытании бокового потока. В последнее время появились новые капиллярные насосы с постоянной скоростью подачи, не зависящей от вязкости жидкости и поверхностной энергии, [23] [24] [25] [26] были разработаны, которые имеют значительное преимущество перед традиционными капиллярными насосами (у которых поведение потока соответствует поведению Уошберна, а именно скорость потока непостоянна), поскольку их производительность не зависит от вязкости образца.

Насосы с химическим приводом

Немеханические насосы с химическим приводом были изготовлены путем крепления наномоторы к поверхностям, управляя потоком жидкости посредством химических реакций. Существует множество насосных систем, включая насосы на основе биологических ферментов, [27] [28] [29] [30] [31] [32] насосы для органических фотокатализаторов, [33] и насосы с металлическим катализатором. [30] [34] Эти насосы создают поток с помощью ряда различных механизмов, включая самодиффузиофорез, электрофорез, движение пузырьков и создание градиентов плотности. [28] [31] [35] Более того, эти микронасосы с химическим приводом могут использоваться в качестве датчиков для обнаружения токсичных веществ. [29] [36]

Насосы с легким приводом

Другой класс немеханической откачки - это перекачка с малым приводом. [37] [38] Некоторые наночастицы способны преобразовывать свет от УФ-источника в тепло, которое создает конвективную накачку. Эти виды насосов возможны с наночастицами диоксида титана, а скорость откачки может контролироваться как интенсивностью источника света, так и концентрацией частиц. [39]

Приложения

Микронасосы имеют потенциальное промышленное применение, такое как доставка небольших количеств клея во время производственных процессов, и биомедицинские применения, включая портативные или имплантированные устройства для доставки лекарств. Биологические приложения включают гибкий электромагнитный микронасос, использующий магнитореологический эластомер заменить лимфатические сосуды. [40] Микронасосы с химическим приводом также демонстрируют потенциал для применения в химическом зондировании с точки зрения обнаружения боевых отравляющих веществ и экологических опасностей, таких как ртуть и цианид. [29]

Учитывая современное состояние загрязнения воздуха, одним из наиболее многообещающих применений микронасоса является усовершенствование датчиков газа и твердых частиц для мониторинга качества воздуха у людей. Благодаря технологии изготовления МЭМС датчики газа на основе MOS, NDIR, электрохимический принципы могут быть уменьшены, чтобы соответствовать портативным устройствам, а также смартфонам и носимым устройствам. Применение пьезоэлектрического микронасоса Fraunhofer EMFT сокращает время реакции датчика до 2 секунд за счет быстрого отбора проб из окружающего воздуха. [41] . Это объясняется быстрой конвекцией, которая имеет место, когда микронасос направляет воздух к датчику, в то время как в отсутствие микронасоса из-за медленной диффузии реакция датчика задерживается на несколько минут. Современная альтернатива микронасосу - вентилятор - имеет множество недостатков. Невозможно добиться значительного отрицательного давления, вентилятор не может преодолеть падение давления на диафрагме фильтра. Кроме того, молекулы и частицы газа могут легко повторно прилипнуть к поверхности датчика и его корпусу, что со временем приводит к дрейфу датчика.

Кроме того, встроенный микронасос облегчает регенерацию сенсора и, таким образом, решает проблемы насыщения, вытесняя молекулы газа с поверхности сенсора. Анализ дыхания - это связанная область использования газового датчика, работающего от микронасоса. Micropump может продвинуть дистанционную диагностику и мониторинг желудочно-кишечных и легочных заболеваний, диабета, рака и т. Д. С помощью портативных устройств внутри телемедицина программы.

Многообещающее применение микронасосов MEMS заключается в системах доставки лекарств для лечения диабета, опухолей, гормонов, боли и лечения глаз в форме ультратонких пластырей, адресной доставки в имплантируемых системах или умные таблетки. Пьезоэлектрические микронасосы MEMS могут заменить традиционные перистальтические или шприцевые насосы для внутривенный, подкожный, артериальное, глазное введение лекарств. Приложение для доставки лекарств не требует высоких скоростей потока, однако микронасосы должны обеспечивать точную подачу малых доз и демонстрировать поток, не зависящий от противодавления. [42] . Благодаря биосовместимости и миниатюрным размерам кремниевый пьезоэлектрический микронасос можно имплантировать на глазное яблоко для лечения глаукома или же туберкулез. Поскольку в этих условиях глаз теряет способность обеспечивать отток или производство водянистой влаги, имплантированный микронасос, разработанный Fraunhofer EMFT со скоростью потока 30 мкл / с, обеспечивает надлежащий поток жидкости, не ограничивая и не создавая каких-либо неудобств для пациента. [43] . Еще одна проблема со здоровьем, которую необходимо решить с помощью микронасоса: недержание мочевого пузыря. Технология искусственного сфинктера на основе титанового микронасоса обеспечивает удержание мочи за счет автоматической регулировки давления во время смеха или кашля. Уретра открывается и закрывается с помощью наполненной жидкостью втулки, регулируемой микронасосом. [44] .

Micropump может облегчить сценарий запаха для потребительских, медицинских, защитных приложений, приложений быстрого реагирования и т. Д., Чтобы усилить эффект с помощью повсеместных сценариев изображения (фильмы) и звуковых сценариев (музыка). Устройство для микродозирования с несколькими резервуарами для запахов, установленными возле носа, может выдать 15 различных запахов за 1 мин. [17] . Преимущество микронасоса заключается в возможности нюхать последовательность ароматов без смешивания разных запахов. Система гарантирует, что соответствующая доза запаха будет обнаружена пользователем только после доставки молекул запаха. Возможны многочисленные применения микронасоса для дозирования запахов: обучение дегустаторов (вино, еда), обучающие программы, психотерапия, аносмия лечение, первый респондент обучение и т. д., чтобы облегчить полное погружение в желаемую среду.

В аналитических системах микронасос может использоваться в лабораторных условиях, ВЭЖХ и Газовая хроматография системы и т. д. Для последних требуются микронасосы, обеспечивающие точную подачу и поток газов. Поскольку сжимаемость газов является сложной, микронасос должен обладать высокой степенью сжатия. [42] .

Среди других областей применения можно назвать следующие области: системы дозирования для небольшого количества смазочных материалов, системы дозирования топлива, микропневматика, микрогидравлические системы и системы дозирования в производственных процессах, обработка жидкости (пипетки с подушками, микролитровые планшеты) [45] .

Микроскопическое устройство, которое поможет сохранить людям зрение при внутриглазном давлении, разработали немецкие ученые. По сути, разработка представляет собой имплантируемый в глазное яблоко микроскопический насос. Устройство сможет регулировать внутриглазное давление, перекачивая глазную жидкость в те отсеки органа, где ее не хватает.

Наиболее распространенное заболевание при нарушении глазного давления – это глаукома. На сегодняшний день средства, чтобы полностью подавить это заболевание не существует, можно лишь приостановить прогрессирование. Инновационное устройство, имплантируемое в глазное яблоко, способно полностью ликвидировать заболевание.

Разработка имплантата велась учеными в рамках программы микросистем и модульных твердотельных технологий. Микронасос после внедрения сможет самостоятельно регулировать глазное давление пациента путем перекачки жидкости, тем самым снимая необходимость проведения дополнительных процедур. Устройство создано с использованием систем из кремниевого сплава.

Габариты микронасоса составляют 7х7х1 кубический миллиметр. В конструкции системы установлен сенсор, батареи, а также модуль для ретрансляции данных. Скорость перекачивания жидкости составляет до 30 микролитров в секунду.

По словам ученых, инновационная технология позволит навсегда забыть о заболеваниях, связанных с глазным давлением. Кроме того, устройство поможет восстановлению во время послеоперационного периода. Микронасос, перекачивая жидкость по глазным каналам, предотвратит рубцевание ткани. На сегодняшний день уже создан прототип модели, которая может продемонстрировать собственные возможности в лабораторных условиях.

Читайте также: