열공압형 마이크로펌프의 액추에이터 박막 거동 특성에 관한 실험적 연구

Abstract

본 연구에서는 다양한 작동조건(인가전압, 주파수)에 대하여 박막의 두께와 챔버의 직경이 열공압형 마이크로펌프의 액추에이터 박막의 거동 특성에 미치는 영향을 실험적으로 파악하기 위해 다양한 박막 두께와 챔버직경의 액추에이터를 제작하였다. 액추에이터는 파이렉스 표면에 위치한 마이크로히터, 챔버, 그리고 박막으로 구성된다. 모든 인가전압에 대하여 주파수가 10 Hz 이하로 감소함에 따라 박막 중앙의 최대 변위는 박막의 두께와 챔버의 직경에 관계없이 크게 증가한다. 낮은 주파수 영역에서 챔버로 공급되는 열량이 증가함에 따라 박막중앙의 변위는 박막의 두께가 얇을수록, 챔버의 직경이 작을수록 증가한다. 10 Hz 이상의 주파수 영역에서 박막두께, 챔버 직경, 공급 열량과 같은 모든 설계 변수가 박막 중앙의 변위에 미치는 영향은 미미하다.

In the present study, actuators with diaphragms of different thickness and chambers of different diameter are fabricated to examine experimentally how the behavior characteristics of the actuator diaphragm in a thermopneumatic micropump are affected by diaphragm thickness and chamber diameter under various operating conditions with different values of input voltage and frequency. The actuator comprises a microheater set on Pyrex glass, a chamber, and a diaphragm. For all values of the input energy, as the frequency decreases below 10 Hz, the maximum center deflection of the diaphragm greatly increases irrespective of diaphragm thickness and chamber diameter. At low frequencies, as the heat energy supplied to the chamber increases, the center of deflection of the diaphragm increases; the magnitude of deflection is high for thin diaphragms and for diaphragms whose chambers have small diameters. At frequencies higher than 10 Hz, all the design variables such as diaphragm thickness, chamber diameter, and the input energy have negligible effect on the center deflection of the diaphragm.