بررسی عملکرد میکروپمپ الکترواسمزی با استفاده از گرادیان میدان الکتریکی و میکروالکترودهای نامتقارن: مدل‌سازی عددی و اعتبارسنجی تجربی

در مطالعه حاضر جهت ساخت میکروپمپ الکترواسمزی، یک هندسه جدید با الکترودهای سه‌بعدی‌ طراحی شده است. به منظور به‌سازی، پارامترهای مختلف از جمله عرض و ارتفاع پله‌ها بر روی هر الکترود و محل قرارگیری آن‌ها، اندازه هر الکترود (تقارن یا عدم تقارن)، فاصله جفت الکترودها و همچنین مشخصات الکتریکی (شامل ولتاژ و فرکانس) بررسی و جریان سیال (سدیم کلرید) درون یک کانال تحلیل شده است. معادلات حاکم بر جریان و همچنین معادلات میدان الکتریکی به روش اجزای محدود کوپل و حل شده‌اند. این امر جهت بررسی تاثیر پارامترهای هندسی الکترود بر سرعت لغزشی الکترواسمزی و در نهایت تاثیر آن بر جریان سیال صورت گرفته است. برای معتبرسازی حل عددی، تراشه با استفاده از روش فتولیتوگرافی شامل مراحلی چون لایه نشانی الکترود پلاتین، ایجاد پله‌ها بر روی الکترود با استفاده از پلیمر و ساخت میکروکانال در محیط آزمایشگاه ساخته شده است. در نهایت با توجه به به‌سازی‌، محل قرارگیری پله بر روی الکترود (50µm )، عرض پله (30µm) و ارتفاع آن (5µm) بدست آمد. با توجه به ابعاد، فرکانس 1khz و ولتاژ  2/5v، مقدار سرعت، دبی و فشار به ترتیب برابر با 1/77mm، 14/9 ml/min و 74/6pa است که از نظر کیفی با روند نتایج آزمایشگاهی، مطابقت دارد. این طراحی، پمپاژ بالایی در پمپ‌های الکترواسموزی را فراهم می‌کند.

investigation of electro-osmotic micro-pumps using electrical field gradient and asymmetric micro-electrodes: numerical modeling and experimental validation

in the present study, in order to fabricate ac electroosmotic micropumps, the improvement of geometrical parameters of the 3d electrode, such as width, height, and location of 3d steps on the base electrodes in one pair, the base electrodes size (symmetric or asymmetric), electrodes gap, and also electrical characteristics including voltage and frequency have been investigated. also, the fluid flow (kcl) in the channel was analyzed. the governing equations of fluid flow and electrical domain have been solved using the finite element method to investigate the effect of electrode geometry on slip velocity, which affects the fluid flow. in order to validate our numerical simulation, this chip is fabricated by photolithography method such as deposition of platinum electrodes, creating 3d steps on the base electrodes using a polymer, and fabrication of a microchannel. finally, our results indicate that an optimal design results in a pump with the width (50 µm) and steps height (5 µm) of each electrode and their displacement (30 µm) are capable of generating a high velocity, flow rate, and pressure around 1.77 mm/s, 14.9 ml/min and 74.6 pa, respectively at a given voltage (2.5 v) and frequency (1 khz), which qualitatively matches the trend observed in the experiment. this design provides an improvement in electroosmotic pumping.