文献综述
1引言
微流控器件及系统是当前微系统领域中的研究热点,包括各种类型的微泵、微阀、微流量计及生物芯片等,其在生物医学检测、药物合成及成分鉴定、微量药物控释、化学分析和集成电路冷却等领域具有较大的潜在应用前景。
数字化液滴微喷射技术作为当今前沿技术有着巨大的发展和应用前景。根据此技术可制作微流控芯片等科学前沿分析仪器。最早该技术由比利时科学家比利时科学家J. A. F. Plateau和英国物理学家Lord Rayleigh提出和研究，在发展中不断涌现了大量具有代表性的成果及产品，如IBM公司生产的第一部喷墨打印机即是根据连续式液滴喷射技术。二十世纪八十年代初微喷射技术实现商品化，对微喷射技术的研究也愈发迫切。在微喷射技术中，微喷嘴的研究与改进是占据半壁江山的。微喷嘴作为在微喷射技术中重要的器件，具有成本高、损坏快、制作工艺复杂等特点。
在对微喷嘴进行改进中，寻求新材料、新工艺成为研究微喷嘴的主要任务。同时，在微喷嘴的检测中，数字化测量的改进也成为一项重要的研究任务。
目前用于液滴微喷射技术中的微喷嘴制作工艺大多使用MEMS工艺，主要通过微研磨技术、热氧化、RF 磁控溅射技术、常规光刻及刻蚀技术等制作而成，而在MEMS工艺中主要使用硅作为原材料制作微喷嘴。而硅的制作工艺复杂，容易出现成品不理想、粗糙等缺点。而另一种材料玻璃则成为了现今研究的热点。选用硼酸硅盐玻璃作为制作微喷嘴的材料，有以下几个优点：
- 较小的流动阻力：玻璃管内管壁光滑，其表面性质如极性、表面吸附和表面反应性等均可以通过不同的化学方法对其进行表面改性，减小内部液体流动的阻力。
- 稳定性和良好的光学特性：硼硅酸盐玻璃具有高度的化学和物理稳定性，使得微喷射液滴的化学性质、酸碱度范围、温度范围等可在一定程度内调整，由于大多数检测溶液都具有一定的生物、化学性质，同时对于固体石蜡微喷射，需要将微喷嘴加热至高于石蜡熔化的温度（一般为 60 ℃），而该硼硅酸盐玻璃材质硼硅酸盐玻璃还具有较低的热膨胀系数，较好的耐热性，能够满足高温液滴微喷射需求。
- 机械强度：微喷嘴需要与压电陶瓷作动器固连，同时微喷嘴内部需要填充一定量微喷射用液体，对于石蜡阳模制作则需要针柄内部填充 0.5mL 左右的石蜡，因此微喷嘴应有一定的机械强度，保证其能够承受压电陶瓷高频驱动的动载荷同时承受长期使用产生的疲劳磨损。
- 原料来源充分，成本低：硼硅酸盐玻璃是以硅砂与氧化硼为主的熔融混合物，具有较高的化学稳定性、高的电阻率及低的热膨胀率，且机械强度较大，常用于制作实验室高精度玻璃仪器。
基于以上硼硅酸盐玻璃的优点，将使用玻璃作为原材料，同时，对于以硼硅酸盐玻璃为原料制作微喷嘴的工艺也将不同于MEMS工艺，目前国内外使用MEMS工艺的缺点愈发明显。玻璃微喷嘴示意图如下图1。
图1 玻璃微喷嘴结构示意图
2 玻璃微喷嘴的热成型制作
剩余内容已隐藏，您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容！立即支付
