顆粒物對(duì)于肺和心臟的傷害是很大的，科學(xué)發(fā)明了一種用于檢測(cè)顆?？蓛?nèi)置于智能手機(jī)的氣體傳感器。為了使傳感器產(chǎn)生精確的測(cè)量和快速響應(yīng)，弗勞恩霍夫科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種強(qiáng)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(shuō)，“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(shuō)，它仍然具有很高的壓縮比。”

Richter和他的同事們應(yīng)用壓電效應(yīng)將外加電場(chǎng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后在泵腔內(nèi)產(chǎn)生壓力。通過(guò)改變電壓，硅膜可以上下移動(dòng)。硅膜允許大氣空氣通過(guò)閥門，壓縮泵腔內(nèi)的空氣，隨后從腔室中排出空氣。

壓電效應(yīng)增壓減少體積

傳統(tǒng)壓電式微隔膜泵利用空氣產(chǎn)生較低的壓力，但是壓電效應(yīng)的不平衡表明，泵腔內(nèi)需要更多的空間來(lái)移動(dòng)硅膜，從而導(dǎo)致產(chǎn)生了更多的死體積，即腔室內(nèi)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(shù)。

Richter說(shuō)，利用壓電效應(yīng)在裝配壓電陶瓷膜片時(shí)預(yù)加負(fù)荷，這樣做的好處是我們不再需要一個(gè)很深的泵腔，因?yàn)樗粌H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(gòu)成，與塑料和金屬相比這是非常有利的。其中一個(gè)主要原因是非金屬也用于制造電腦芯片和太陽(yáng)能電池，是柔性的。另一個(gè)原因是泵的各個(gè)部件可以非常精確地從硅層蝕刻出來(lái)，然后集成在一起。

然而，使用硅的主要缺點(diǎn)之一是成本高，因此，泵的尺寸必須保持相當(dāng)小。Richter說(shuō)“我們的目標(biāo)是將泵的尺寸縮小到10平方毫米，才能使其批量生產(chǎn)有利可圖。”

提升傳感器響應(yīng)和精度

目前，阻礙傳感器加入智能手機(jī)的因素是傳感器的反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。這點(diǎn)智能泵可以克服，因?yàn)樗梢韵驓怏w傳感器顯式地傳遞空氣，從而最大限度地減少反應(yīng)時(shí)間從幾分鐘到只有2秒。例如，除了測(cè)量顆粒物濃度外，傳感器還可以檢測(cè)室內(nèi)空氣是否有臭味，是否需要打開窗戶進(jìn)行通風(fēng)。

“從本質(zhì)上講，智能手機(jī)還可以用來(lái)檢測(cè)呼吸來(lái)測(cè)量酒精含量。但是，這需要很高度的測(cè)量精度，否則，檢測(cè)結(jié)果會(huì)存在爭(zhēng)議，這個(gè)目前還沒有實(shí)現(xiàn)。”Richter說(shuō)。

微泵可以有更多應(yīng)用方向

舉一個(gè)例子，微泵也可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，作為一種醫(yī)療貼片來(lái)管理止痛藥或少量的激素，或作為植入物來(lái)幫助控制青光眼治療過(guò)程中眼睛內(nèi)的壓力。除此之外，泵還可以用來(lái)向機(jī)器輸送精確的潤(rùn)滑劑，這是一個(gè)應(yīng)用程序，目前弗勞恩霍夫科學(xué)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(xiàng)目是弗勞恩霍夫發(fā)現(xiàn)資助計(jì)劃的一部份，弗勞恩霍夫基金會(huì)目標(biāo)是通過(guò)向公司發(fā)放研究成果來(lái)加強(qiáng)德國(guó)的創(chuàng)新和職業(yè)前景。

“一個(gè)裝有智能泵的耳機(jī)可以在鼻子附近傳遞不同劑量的不同氣味，游戲業(yè)已經(jīng)對(duì)此表示了興趣”Richter還說(shuō)，“智能泵將是一個(gè)吸引的應(yīng)用，能傳遞非常小而準(zhǔn)確的氣體或液體劑量。