介電彈性體無閥微泵設(shè)計

陳 潔，鄭國華，崔春華，馬小晶

（新疆大學(xué)，烏魯木齊市 830047）

1 前言

無閥微泵利用流體在微尺下的新特性，原理比較新穎，具有更大的發(fā)展前景。但目前常見的壓電式無閥微泵工藝復(fù)雜，成本高昂［1］。

介電彈性體作為一種電場型電致動聚合物（EAP），是一種新型的智能材料。它在外電場的作用下可以產(chǎn)生很大的電致應(yīng)變，一旦電場撤除，介電彈性體材料能夠迅速恢復(fù)到其初始的尺寸。同時，介電彈性體材料還具有質(zhì)量輕（丙烯酸聚合物密度近似1 g/m3），輸出應(yīng)力大（最大應(yīng)力可達(dá)7.2 MPa），響應(yīng)速度快（響應(yīng)頻率在0.1～20 kHz），質(zhì)量能力密度高（可高達(dá)3.4 J/g），極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性（硅樹脂薄膜可工作在260 ℃的高溫下），耐用性（最高可工作1千萬次工作周期，使用壽命超過3年），大柔順性，好的負(fù)載匹配性等優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得它在驅(qū)動器應(yīng)用領(lǐng)域具有其它材料不可比擬的優(yōu)越性［2］。

本設(shè)計中采用VHB4910制備的介電彈性體材料作為無閥微泵的驅(qū)動膜，自制錐形介電彈性體作為驅(qū)動部件。

2 介電彈性體的加壓變形測試

由于橡膠材料初次加載時，會產(chǎn)生應(yīng)力軟化（Mullins效應(yīng)），本文采用在預(yù)拉伸前循環(huán)加載5次的方法來減小應(yīng)力軟化對試驗誤差的影響［3，4］。均勻預(yù)拉伸后的VHB4910膜型材料利用其自身黏性粘到中間開直徑φ40 mm窗口的絕緣框架上，并在正反兩面中心位置涂抹柔性電極材料，最后由導(dǎo)線連接到直流高壓發(fā)生器上，如圖1所示，并將絕緣框架垂直固定到絕緣支座上。

圖1 試驗單元構(gòu)成

用數(shù)碼相機(jī)采集加電壓前后的圖像數(shù)據(jù)，利用基于OpenCV中cvContourArea函數(shù)設(shè)計的C程序計算出加電壓前后柔性電極區(qū)域的面積變化，進(jìn)而計算出變形量（變形前后面積差與變形前面積之比）。……