数字微流控芯片半月形驱动电极的设计.docx

第22卷第3期2014年3月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.22No.3Mar.2014

文章编号1004-924X(2014)03-0633-09

数字微流控芯片半月形驱动电极的设计

许晓威，陈立国*,贺文元，陈涛，孙立宁

(苏州大学机器人与微系统研究中心苏州纳米科技协同创新中心，江苏苏州215123)

摘要：为了降低数字微流控芯片的驱动电压，将传统的方形驱动电极结构设计为半月形，并研究了不同参数的半月形驱动电极降低驱动电压的效果。首先，根据介电湿润的基本原理分析了不同驱动电极形状对降低驱动电压的影响。然后，通过流体体积法(VOF)对液滴的运动过程进行建模和数值仿真；根据数值仿真结果对比分析了不同结构参数的半月形驱动电极随驱动时间的运动过程。最后，设计了4种不同结构参数的半月形驱动电极芯片，并对其驱动液滴的效果进行了试验验证。结果表明：研制的4种半月形驱动电极微流控芯片中，电极圆弧直径等于电极长度结构的芯片其驱动电压比其他3种电极结构的芯片的驱动电压至少降低了15.6%,而且可以在16V的驱动电压下使1μL去离子水液滴的运动速度达到1.6cm/s,是设计为半月形驱动电极中的最优设计。实验数据证明了电极圆弧直径等于电极长度的半月形驱动电极结构可有效降低微流控芯片的驱动电压。

关键词：数字微流控芯片；半月形电极；驱动电压；介电湿润；流体法

中图分类号：TN405;O442文献标识码：Adoi:10.3788/OPE0633

Designofcrescentdrivingelectrodesfordigitalelectrowetting-on-dielectricdevices

XUXiao-wei,CHENLi-guo*,HEWen-yuan,CHENTao,SUNLi-ning

(RoboticsMicrosystemCenterCollaborativeInnovationCenterof

SuZhouNanoScienceandTechnology,SoochowUniversity,Suzhou215123,China)

*Correspondingauthor,Email:clg@

Abstract:Toreducethedrivingvoltageofthedigitalmicrofluidicdevice,thetraditionalsquareelec-trodestructurewasdesignedtocrescentshapes,andthedrivingeffectsofcrescentshapeelectrodestructureswithdifferentparameterswereinvestigated.First,theeffectofdifferentelectrodeshapesonreducingthedrivingvoltagewasanalyzedbaseduponthetheoryofelectrowetting-on-dielectric.Then,themovingprocesswasnumericallysimulatedbymeansofVolumeofFluid(VOF).Basedup-onsimulationresults,themovingprocessofthesamedropletindifferentelectrodestructureswasan-alyzed.Finally,fourelectrodeswithdifferentcrescentshapeswasdesignedandtheirdrivingeffectsforthesamedropletwereverified.Theexperimentalresultsshowthatthecrescentelectrode