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研究生: 陳定璿
Ting Hsuan Chen
論文名稱: 動態表面粗糙度改變之微液滴致動器
Micro Droplet Actuator Driven by Dynamic Surface Roughness Effect
指導教授: 曾繁根
F. G. Tseng
錢景常
C. C. Chieng
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 奈米工程與微系統研究所
Institute of NanoEngineering and MicroSystems
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 液滴靜電粗糙度致動器疏水
外文關鍵詞: droplet, electrostatic, roughness, actuator, hydrophobic
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  • 在微系統生醫檢測的流體運輸上,由於低雷諾數的特性,使黏滯性難以克服。本論文的研究以液滴操控為主,其目標在於設計製作出動態改變表面粗糙度之液滴致動器,藉靜電力吸引致動懸浮的高分子薄膜以達到動態改變表面、可逆式致動、精確定位的目的,且藉由高分子薄膜上的導電金屬層,達到屏蔽電場對液滴的影響,使液滴內分子不受外加致動能量的影響。
    設計概念為採用靜電動態控制高分子薄膜上的微柱和液滴的接觸,藉由靜電吸引薄膜,使微柱產生不同的高低差,以改變液固相介面的面積比率,使接觸角依循Cassie model改變。達到在低遲滯的情況下高致動力的目的,佐以表面自由能理論和測試實驗已同時驗證致動效果,證明設計概念的可行性。
    實驗結果顯示與電極平行的Spacer設計有最佳的薄膜致動量,且應用於液滴操控時,採用Pull-in的方式使致動簡化以及大位移量,在250V的輸入電壓下,可使薄膜產生10μm的位移量。同時,在接觸角的轉變上,也可達到從131∘增加到152∘的變化量。
    目前完成動態表面粗糙元件,包括區域陣列式與可逆式致動,且可應用於切換液滴的疏水性質上。未來工作將放在低遲滯表面以及致動量提昇上,以使此種概念可確實應用於水滴移動。


    第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機 2 1-3 文獻回顧 3 1-3-1 靜電場 3 1-3-2 電潤濕 5 1-3-3 溫度梯度 10 1-3-4 表面化學 11 1-3-5 表面粗糙度 16 1-3-6 重力 18 1-4 文獻綜合比較 21 1-5 研究目的 23 第二章 理論推導 24 2-1 表面自由能 24 2-2 Young’s equation 26 2-3 Wenzel model 27 2-4 Cassie model 28 2-5 遲滯效應與傾斜角 29 2-6 靜電力致動薄膜理論 32 第三章 元件設計與概念測試 34 3-1 第一代元件設計 34 3-2 第二代元件設計 38 3-3 第三代元件設計 42 3-4 2D尺寸設計 45 第四章 元件製程規劃與探討 48 4-1 製程規劃 48 4-2 關鍵製程技術 50 4-2-1 PDMS薄膜製程 51 4-2-2 懸浮薄膜製程 53 4-2-3 PDMS表面鍍銅技術 56 4-3 元件製程結果 62 第五章 元件實驗方法與結果 63 5-1 概念測試實驗 63 5-1-1 製程步驟 63 5-1-2 參數調控 64 5-1-3 實驗系統架設 65 5-1-4 測試實驗結果 66 5-1-5 測試結果說明 69 5-2 薄膜直流靜電致動─光學顯微鏡觀測 70 5-2-1 實驗架設 70 5-2-2 光學觀測實驗結果 71 5-2-3 光學觀測結果說明 73 5-3 薄膜直流靜電致動─光干涉量測 73 5-3-1 實驗架設 73 5-3-2 實驗結果 74 5-3-3 實驗結果說明 80 5-4 元件測試 80 5-4-1 光學顯微鏡觀測 81 5-4-2 接觸角量測 82 5-4-3 實驗結果說明 83 第六章 實驗結果與討論 84 6-1 元件測試 84 6-2 薄膜致動實驗 85 6-1-1 Spacer設計與致動位移量 85 6-1-2 輸入電壓與理論比較 86 6-1-3 高電壓短路問題 86 第七章 總結 89 第八章 未來工作 90 參考文獻 91

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