顆粒物對于肺和心臟的傷害是很大的，科學發(fā)明了一種用于檢測顆?？蓛戎糜谥悄苁謾C的氣體傳感器。為了使傳感器產生精確的測量和快速響應，弗勞恩霍夫科學家設計了一種強大的微型隔膜泵，將大氣空氣分布到傳感器上。
Fraunhofer研究所Martin Richter博士說，“我們的智能泵只有25平方毫米，是世界上最小的泵。也就是說，它仍然具有很高的壓縮比。”
Richter和他的同事們應用壓電效應將外加電場轉化為機械能，然后在泵腔內產生壓力。通過改變電壓，硅膜可以上下移動。硅膜允許大氣空氣通過閥門，壓縮泵腔內的空氣，隨后從腔室中排出空氣。
壓電效應增壓減少體積
傳統(tǒng)壓電式微隔膜泵利用空氣產生較低的壓力，但是壓電效應的不平衡表明，泵腔內需要更多的空間來移動硅膜，從而導致產生了更多的死體積，即腔室內的殘余氣體體積增多。Richter和他的同事們發(fā)明了一種減少泵的死體積和增加吸入能力的技術。
Richter說，利用壓電效應在裝配壓電陶瓷膜片時預加負荷，這樣做的好處是我們不再需要一個很深的泵腔，因為它不僅建立具有高壓縮比的泵，還使得泵體積更小。
除了隔膜外，泵腔和止回閥也由單晶硅構成，與塑料和金屬相比這是非常有利的。其中一個主要原因是非金屬也用于制造電腦芯片和太陽能電池，是柔性的。另一個原因是泵的各個部件可以非常精確地從硅層蝕刻出來，然后集成在一起。
然而，使用硅的主要缺點之一是成本高，因此，泵的尺寸必須保持相當小。Richter說“我們的目標是將泵的尺寸縮小到10平方毫米，才能使其批量生產有利可圖。”
提升傳感器響應和精度
目前，阻礙傳感器加入智能手機的因素是傳感器的反應時間過長。這點智能泵可以克服，因為它可以向氣體傳感器顯式地傳遞空氣，從而最大限度地減少反應時間從幾分鐘到只有2秒。例如，除了測量顆粒物濃度外，傳感器還可以檢測室內空氣是否有臭味，是否需要打開窗戶進行通風。
“從本質上講，智能手機還可以用來檢測呼吸來測量酒精含量。但是，這需要很高度的測量精度，否則，檢測結果會存在爭議，這個目前還沒有實現(xiàn)。”Richter說。
微泵可以有更多應用方向
舉一個例子，微泵也可以應用于醫(yī)學領域，作為一種醫(yī)療貼片來管理止痛藥或少量的激素，或作為植入物來幫助控制青光眼治療過程中眼睛內的壓力。除此之外，泵還可以用來向機器輸送精確的潤滑劑，這是一個應用程序，目前弗勞恩霍夫科學家正在與行業(yè)合作伙伴一起開發(fā)。
Richter和他的同事們的項目是弗勞恩霍夫發(fā)現(xiàn)資助計劃的一部份，弗勞恩霍夫基金會目標是通過向公司發(fā)放研究成果來加強德國的創(chuàng)新和職業(yè)前景。
“一個裝有智能泵的耳機可以在鼻子附近傳遞不同劑量的不同氣味，游戲業(yè)已經對此表示了興趣”Richter還說，“智能泵將是一個吸引的應用，能傳遞非常小而準確的氣體或液體劑量。
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