翁宗賢Wung, Tzong-Shyan臺灣大學:應用力學研究所林協德Lin, Hsieh-TeHsieh-TeLin2010-06-022018-06-292010-06-022018-06-292008U0001-3007200823124700http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/184823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等，可以整合其他元件應用於不同領域。本研究以建構數值模形的方法，係以有限元素法的數值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。閥門在流體中受力變形的程度，與閥門的機械性質有關，欲在低壓力驅動時，閥門材料要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，楊氏係數為169 GPa及200 GPa，而聚二甲基矽氧烷(PDMS)的楊氏係數1.4 MPa、蒲松比0.49，即具備前述的特性，本論文以PDMS做為懸臂樑式的閥門。　本文在進行模擬前，先測試網格的獨立性，以增加計算結果之準確性。模擬結果顯示閥門位移與壓力差呈一線性關係，且對三維流場進行初步的模擬，並比較兩者的結果。　以微機電技術製作出PDMS微型閥模組，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，以推出液體量與抽回的液體量的比值做為效能依據，其中，設計2的微閥在操作頻率0.25 Hz，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。Abstract　A micro-fluid system usually involves micro channel、micro valve、micro actuator and micro sensor. It can be applied in different areas after integrating other devices. This study uses FEM computational software to research how cantilever type valve acts under different pressures and develop micro valve which can be used under low pressure. PDMS material’s Young’s modulus is 1.4 MPa and Poisson ratio is 0.49. This study uses PDMS material as cantilever type valves.　Before simulation, the independence of meshes should be tested. To improve the accuracy of simulation results. Simulation results shows a linear relation between dis- placements of valves and pressures. And compare 2D results and 3D preliminary resu- lts.　Fabricate valve module by MEMS techniques, and use syringe pump as an actuating source. There are two size micro valves which are fabricated. Compare t- wo valves by infuse/withdraw ratio. The ratio of valve 2 is 1.6 under 0.25 Hz operati- ng frequency.目錄謝 I要 IIBSTRACT III錄 IV目錄 IX目錄 XI號表 XII一章 緒論 1.1 引言 1.2文獻回顧 2.2.1微型閥 2.2.2主動式微型閥 2.2.3被動式微型閥 2.3文獻回顧 3.4研究動機 4.5研究目的 4二章　數值模型與閥門設計 8.1　模擬分析理論 8.1.1　空間描述法 8.1.2　流固耦合 9.1.3　基本假設 9.1.4　統御方程式 9.2　數值模型建立 10.2.1　建立CAD模型 11.2.2　網格劃分 11.2.3　網格獨立性測試 11.2.4　邊界條件設定 11.3　閥門設計 12三章　微型閥門製作與實驗架設 17.1 前言 17.2 母模製作程序 17.2.1 黃光微影原理與製程 17.2.2 乾式蝕刻原理與製程 19.3 微型閥製程 19.3.1　PDMS微閥門製作 20.3.2　封裝原理與製程 20.3.3　PE管連接 21.4　實驗架設 21.4.1　實驗儀器 21.4.2　實驗架設 22.4.3　實驗方法 22四章　結果與討論 28.1　PDMS微型閥數值模擬結果 28.2　實驗結果 29.3　模擬討論 29.4　實驗討論 30五章　結論與未來展望 42.1　結論 42.2　未來展望 43考文獻 44目錄 1-1 p+ etch-stop法所蝕刻出瓣型閥 6 1-2 相變化致動微幫浦結構圖 6 1-3 Feng設計的懸壁樑式閥門以及橋式閥門 6 2-1 Lagrangian description 13 2-2 Eulerian description 13 2-3 ALE description 13 2-4 建立好的模型 14 2-5 閥門進行導圓角後 14 2-6 網格模型 15 2-7 微型閥設計 15 2-8 閥門結構示意圖 16 2-9 閥門開合示意圖 16 2-10 閥門關閉示意圖 16 3-1 光罩設計圖 23 3-2 微閥結構1俯視圖 23 3-3 微閥結構2俯視圖 24 3-4 PDMS 微閥體1 24 3-5 PDMS 微閥門2 25 3-6 微閥完成品圖示 25 3-7 NE-1000 注射式幫浦 26 3-8 壓克力平台 26 3-9 微閥模組置於壓克力平台圖示 274-1 閥門在壓力差20至100 Pa位移圖 314-2 閥門在壓力差120至200 Pa位移圖 324-3 閥門在壓力差220至300 Pa位移圖 334-4 閥門在壓力差320至400 Pa位移圖 344-5 閥門在壓力差420至500 Pa位移圖 354-6 三維流場壓力差100 Pa的閥門位移圖 364-7 三維流場壓力差200 Pa的閥門位移圖 364-8 三維流場壓力差300 Pa的閥門位移圖 374- 9 三維流場壓力差400 Pa的閥門位移圖 374-10 三維流場壓力差500 Pa的閥門位移圖 384-11 二維流場與三維流場最大位移對壓差比較圖 384-13 微閥1效能圖 394-14 微閥2效能圖 404-15 閥門在高流量下閉合圖 404-16 閥門在高流量下開合圖 41目錄 1-1 各類閥門材料性質 7 1-2 微型閥分類 7application/pdf2387823 bytesapplication/pdfen-US微型閥被動閥流固耦合PDMS動網格micro valvepassive valvefluid structure interactionmoving meshthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/184823/1/ntu-97-R95543070-1.pdf