一种基于结构超滑的被动式单向微阀及具有其的微泵

本技术涉及微泵，尤其涉及一种基于结构超滑的被动式单向微阀及具有其的微泵。

背景技术：

1、微型仿生机器人和人工触觉等技术日益发展的今天，微气动执行器因材料选择广泛，成本低，形变量大等优点成为了研究的热点，面对数量庞大或者尺寸微小的执行器节点，基于mems技术的流体微泵由于其微型化、集成化、重量轻、功耗低，可靠性好及控制精度高的特性，有望成为下一代气动执行器的理想驱动技术。但是，泵阀阀片受高压流体冲击所引起的磨损及泄露问题，以及如何实现低功耗的输出压力控制成为其在相关领域大规模应用的主要瓶颈。

2、结构超滑(structural superlubricity)技术的提出为解决阀片磨损问题提供了全新的方案，2012年，科研团队首次实现了在大气条件下微米尺度的结构超滑。经研究发现结构超滑状态能够耐受约9.45gpa的高压，且具有耐高/低温的特性，使得超滑器件具有极高的寿命、耐久性及环境适应性，同时结构超滑界面还具有超强的流体密封性能。经过多年的发展已经将二维材料间的结构超滑扩展到了二维与三维材料，同时也实现了大尺度超滑材料的制备，为结构超滑技术的广泛应用提供了可能。

技术实现思路

1、本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本实用新型的实施例提出一种基于结构超滑的被动式单向微阀及具有其的微泵。

3、本实用新型提出了一种基于结构超滑的被动式单向微阀，包括：

4、阀盖，所述阀盖为超滑片，且所述超滑片朝向阀座的下表面具有原子级平整表面；

5、弹性支撑结构，所述阀盖由所述弹性支撑结构支撑，且所述弹性支撑结构对所述阀盖施加向下的预紧力；以及

6、所述阀座，所述阀座中部预设通孔，所述阀座靠近所述阀盖的一面为原子级平整的表面，所述阀盖在所述弹性支撑结构的预紧下覆盖所述通孔。

7、在一些实施例中，所述阀盖采用单晶石墨材料或石墨烯。

8、在一些实施例中，所述弹性支撑结构包括弹簧梁和支撑设置在所述弹簧梁两端的支撑柱，所述支撑柱远离所述弹簧梁的一端固定在所述阀座上，所述阀盖设置在所述弹簧梁的中部。

9、在一些实施例中，还包括腔体，所述阀盖和所述阀座封装在所述腔体中，所述腔体上预留流体过孔。

10、在一些实施例中，所述流体过孔包括第一流体过孔和第二流体过孔，所述第一流体过孔为流体入口端，所述第二流体过孔为流体出口端。

11、在一些实施例中，所述阀座包括第一绝缘层和设置在第一绝缘层下方的第二绝缘层。

12、在一些实施例中，所述第一绝缘层为氮化硅层，所述第二绝缘层为硅层。

13、在一些实施例中，所述腔体的外壁为玻璃材质。

14、另一方面，本实用新型提出了一种微泵，包括第一微阀、第二微阀和腔体，所述第一微阀和所述第二微阀均采用本发明提出的基于结构超滑的被动式单向微阀，所述第一微阀与所述第二微阀通过腔体相连通，且所述腔体内设置有通电后会发生形变的压电薄膜，所述腔体由所述压电薄膜分割为两个独立腔室，且任一腔室第一微阀的出口和第二微阀的入口相连通。

15、相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

16、本实用新型利用超滑材料制备微泵中的单向阀，实现对流体流向的控制，由于结构超滑界面超强的密封性，降低了在驱动流体过程中的泄露量，提高了驱动效率；同时超滑材料具有超强的机械性能，由于阀盖在即将完全覆盖上通孔时，阀盖可能会由于界面力的作用发生横向的偏移，从而造成摩擦和磨损，通过将阀盖设置为超滑片，其不仅可以提高密封性能，且可以完全规避横向偏移导致的摩擦和磨损，使得阀门在开合过程中能够抵抗撞击过程中的磨损，提高了连续工作时间及使用寿命。

17、本实用新型的微泵避免了高速冲击下阀片的破坏所引起泵阀的泄露从而导致微泵的失效问题，具有耐磨损、寿命长、可靠性好的优点。

技术特征：

1.一种基于结构超滑的被动式单向微阀，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于结构超滑的被动式单向微阀，其特征在于，所述阀盖采用单晶石墨材料或石墨烯。

3.如权利要求1所述的基于结构超滑的被动式单向微阀，其特征在于，所述弹性支撑结构包括弹簧梁和支撑设置在所述弹簧梁两端的支撑柱，所述支撑柱远离所述弹簧梁的一端固定在所述阀座上，所述阀盖设置在所述弹簧梁的中部。

4.如权利要求1所述的基于结构超滑的被动式单向微阀，其特征在于，还包括腔体，所述阀盖和所述阀座封装在所述腔体中，所述腔体上预留流体过孔。

5.如权利要求4所述的基于结构超滑的被动式单向微阀，其特征在于，所述流体过孔包括第一流体过孔和第二流体过孔，所述第一流体过孔为流体入口端，所述第二流体过孔为流体出口端。

6.如权利要求1所述的基于结构超滑的被动式单向微阀，其特征在于，所述阀座包括第一绝缘层和设置在第一绝缘层下方的第二绝缘层。

7.如权利要求6所述的基于结构超滑的被动式单向微阀，其特征在于，所述第一绝缘层为氮化硅层，所述第二绝缘层为硅层。

8.如权利要求4所述的基于结构超滑的被动式单向微阀，其特征在于，所述腔体的外壁为玻璃材质。

9.一种微泵，其特征在于，包括第一微阀、第二微阀和腔体，所述第一微阀和所述第二微阀均采用如权利要求1-8任一所述的基于结构超滑的被动式单向微阀，所述第一微阀与所述第二微阀通过腔体相连通，且所述腔体内设置有通电后会发生形变的压电薄膜，所述腔体由所述压电薄膜分割为两个独立腔室，且任一腔室第一微阀的出口和第二微阀的入口相连通。

技术总结本技术公开了一种基于结构超滑的被动式单向微阀及具有其的微泵。微阀包括阀盖、阀座和腔体，阀盖由弹性支撑结构支撑，弹性支撑结构对阀盖施加向下的预紧力，阀盖为单晶石墨材质；阀座包括第一绝缘层和设置在第一绝缘层下方的第二绝缘层，阀座中部预设通孔，第一绝缘层靠近阀盖的一面为原子级平整的表面，阀盖在自然状态下覆盖通孔。本技术利用超滑材料制备微泵中的单向阀，实现对流体流向的控制，由于结构超滑界面超强的密封性，降低了在驱动流体过程中的泄露量，提高了驱动效率；同时由于超滑材料超强的机械性能，使得阀门在开合过程中能够抵抗撞击过程中的磨损，提高了连续工作时间及使用寿命。技术研发人员：安杰,胡国锋,郑泉水受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：20231130技术公布日：2024/7/11