Herstellung und Charakterisierung einer piezoelektrisch aktuierten bidirektionalen Polymer-Mikropumpe

Abstract:
In diesem Artikel wird die Herstellung und Charakterisierung einer piezoelektrisch aktuierten bidirektionalen Polymer-Mikropumpe dargestellt. Die Mikropumpe soll aufgrund der Materialwahl und der eingesetzten Herstellungstechnologie den Low-Cost- und Einwegmarkt bedienen können und somit neue mikrofluidische Anwendungen ermöglichen, bei denen eine kostengünstige Mikropumpe zum bidirektionalen Flüssigkeitstransport benötigt wird. Die Mikropumpe besteht aus einer die Pumpkammer bildenden Kavität und drei geometrieoptimierten Membranbiegeaktoren als Piezo-Polymer-Komposit (Abb. 1). Zwei dieser Aktoren, die sogenannten Ventilaktoren, dienen zum Verschluss der beiden Ein- und Auslassöffnungen, der dritte Aktor dient der eigentlichen Fluidverdrängung in der Pumpkammer. Durch eine zeitlich abgestimmte elektrische Ansteuerung der Piezoaktoren entsteht eine vom anliegenden Druck und vom Membranhub abhängige Fluidbewegung. Die Bidirektionalität der Förderung wird durch Änderung des Ansteuerschemas ohne weiteren konstruktiven Aufwand erreicht. Die Flussrate und deren Druckabhängigkeit sind aufgrund der Geometriesymmetrie richtungsunabhängig. Die Piezoaktoren werden im Pumpbetrieb mit Aktorspannungen von ± 260 V betrieben, wodurch die Pumpe mit einer Gesamtgröße von 46 mm x 18 mm x 4 mm eine maximale Förderrate von 4,8 ml/min generiert und einen maximalen Gegendruck von ca. 200 mBar aufbauen kann.