【太平洋汽車網(wǎng)】汽車慣性開關(guān)作用是在發(fā)生撞車事故時(shí)切斷燃油泵的供油，減少汽車自燃發(fā)生的可能性，具有一定的安全保護(hù)性。

　　【摘要】：液態(tài)金屬在常溫下呈液態(tài)，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和流動(dòng)性，已經(jīng)逐步滲透到了多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。隨著MEMS技術(shù)不斷發(fā)展和先進(jìn)制造技術(shù)的不斷完善，液態(tài)金屬在MEMS領(lǐng)域開始用作電開關(guān)的接觸材料，這種“液-固”接觸方式替代傳統(tǒng)的“固-固”接觸，解決了接觸點(diǎn)磨損、信號跳變、可靠性差等問題。將金屬液滴應(yīng)用在微慣性開關(guān)中不僅可用作電接觸材料，還可用于敏感加速度信號，這種基于金屬液滴的微慣性開關(guān)具有接觸電阻小、無可動(dòng)部件、可靠性高、過載電流大等特點(diǎn)。其工作原理是通過水銀液滴受慣性力作用在變截面微通道中的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)的閉合。當(dāng)慣性力達(dá)到加速度閡值時(shí)，水銀液滴通過微閥門進(jìn)入儲(chǔ)液槽，閉合信號電極。微流體慣性開關(guān)的微通道設(shè)計(jì)為變截面微通道，由變截面微通道形成的毛細(xì)管微閥門使得水銀液滴運(yùn)動(dòng)到微閥門時(shí)受到毛細(xì)管力作用，阻止水銀液滴通過微閥。只有水銀液滴受到的慣性力達(dá)到臨界狀態(tài)（加速度閾值）時(shí)，水銀液滴才會(huì)通過微閥門。因此，基于金屬液滴的微流體慣性開關(guān)具有較好的閡值特性。金屬液滴在變截面微通道內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性與常規(guī)尺度通道和等截面微通道內(nèi)時(shí)存在明顯不同，此時(shí)表面張力、沿程阻力、粘滯力、毛細(xì)管力都成為影響動(dòng)態(tài)特性的主要因素，水銀液滴在變截面微通道中的動(dòng)態(tài)特性反映到開關(guān)中就是微流體慣性開關(guān)的加速度閾值和響應(yīng)時(shí)間，在本文中將開關(guān)加速度閾值和響應(yīng)時(shí)間作為評價(jià)動(dòng)態(tài)特性的主要指標(biāo)。慣性力、變截面微通道結(jié)構(gòu)參數(shù)、表面粗糙度及外界環(huán)境等因素均會(huì)影響金屬液滴在變截面微通道中的動(dòng)態(tài)特性，開關(guān)的加速度閾值及響應(yīng)時(shí)間也會(huì)受到這些因素的影響。

　　本文以微慣性開關(guān)為應(yīng)用背景，研究金屬液滴在變截面微通道中的動(dòng)態(tài)特性。采用理論分析、數(shù)值仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)測試等手段研究慣性力、變截面微通道結(jié)構(gòu)參數(shù)、表面粗糙度及外界環(huán)境等因素對動(dòng)態(tài)特性及開關(guān)閾值、響應(yīng)時(shí)間的影響，初步獲得了變截面微通道內(nèi)金屬液滴在多物理場耦合作用下的動(dòng)態(tài)特性，其研究方法對其它基于液態(tài)金屬的新型MEMS器件的設(shè)計(jì)及優(yōu)化具有重要參考價(jià)值。本文主要進(jìn)行了以下幾方面研究：

　?。?）根據(jù)微流體慣性開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作原理，從靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面研究了金屬液滴在慣性力、表面張力、粘滯力、壁面正壓力及毛細(xì)管力作用下的多物理場耦合力學(xué)特性，基于Young-Laplace方程建立了加速度閾值的半解析模型框架；采用Morris法對變截面微通道結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了局部和全局靈敏度分析，確定了影響金屬液滴動(dòng)態(tài)特性的變截面微通道關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（圖/文/攝：太平洋汽車網(wǎng) 問答叫獸）