تصنيع وتشغيل والتصور التدفق في سطح الموجة الصوتية يحركها الموائع الدقيقة الصوتية معاكس

الهدف العام من التجربة التالية هو إظهار عملية تصنيع الجهاز وتصور التدفق اللاحق لجهاز التدفق المعاكس للموائع الدقيقة الصوتي السطحي الذي يحركه الموجاة. يتم تحقيق ذلك من خلال تصنيع الجهاز المكون من طبقتين أولا والذي يتكون من طبقة موجة صوتية سطحية من الليثيوم بيضاوي منقوشة بالذهب ، وطبقة قناة صغيرة من بولي ميثيل شين. كخطوة ثانية ، يتم اختبار الجهاز باستخدام محلل الشبكة لضمان الأداء السليم لمحول الطاقة بين الرقميات ، وكذلك للعثور على تردد الرنين الذي يتم عنده تشغيل جهاز التدفق المعاكس.

بعد ذلك ، يتم تحميل مدخل الجهاز بسائل مصنف ميكروكروي ويتم تطبيق إشارة RF على محول الطاقة بين الأصابع عند المخرج. يتم تسجيل تدفق القناة الناتج بمجهر عالي السرعة للحصول على نتائج التحليل لإظهار مخططات التدفق المختلفة ، والتي تعتمد بشكل أساسي على هندسة الجهاز والطاقة المطبقة. في حين أن هذه الطريقة تستهدف تصنيع وتشغيل أجهزة تدفق التحكم الصوتي ، يمكن أيضا تطبيق الإجراء من هذا الفيديو لتصنيع وتشغيل أجهزة الموائع الدقيقة الأخرى التي تعمل بالموجات الصوتية السطحية مثل الموائع الدقيقة ومضخات الخلاط والمحسن.

بشكل عام ، قد يكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة نظرا لوجود العديد من الجوانب المختلفة لعملية التصنيع والتحليل التي تحتاج جميعها إلى إتقانها عند العمل مع الموائع الدقيقة للموجات الصوتية السطحية. للبدء ، قم بإنشاء جهاز موائع دقيقة كما هو موضح في البروتوكول المكتوب المصاحب باستخدام قناعين منفصلين للصور ، أحدهما لطبقة الموجة الصوتية السطحية الموضحة باللون الوردي والثاني لقالب القناة الدقيقة الموضح باللون الأصفر. بمجرد تصنيع الجهاز الأساسي ، أضف مقاومة صورة سلبية ، مثل ARN 43 40 ، وفضح منطقة القناة الدقيقة باستخدام تقنيات الطباعة الحجرية الضوئية.

ثم قم بتنشيط سطح العينة المكشوف باستخدام دقيقتين من بلازما الأكسجين عند 0.14 مللي بار و 100 واط لإعطاء جهد تحيز يبلغ حوالي 450 فولت. المزيج التالي ، 35 مل من aec ، و 15 مل من رابع كلوريد الكربون ، و 20 ميكرولترا من تحلية المياه Okta trichlorethylene في دورق داخل غطاء الدخان. ضع الجهاز في المحلول لإزالة السطح وجعله مسعورا.

اترك الجهاز في المحلول مغطى لمدة ساعتين ثم اشطفه بالأيزوبروبانول وجففه تحت النيتروجين. بمجرد التجفيف ، تأكد من أن زاوية ملامسة الماء على السطح أعلى من 90 درجة. إذا كانت زاوية التلامس غير كافية ، فقم بتنظيف العينة وتغيير حجم السطح مرة أخرى.

خلاف ذلك ، قم بإزالة المقاومة الضوئية المتبقية باستخدام الأسيتون ، ثم اشطفها في الأيزوبروبانول وجففها بمسدس النيتروجين. بعد ذلك ، بعد تركيب العينة على لوحة دوائر مطبوعة مع أدلة موجات تردد الراديو والموصلات المحورية القياسية ، ضع بوليمر امتصاص صوتي على حواف العينة وقم بتوصيل محولات الطاقة بين الأصابع عن طريق ربط الأسلاك أو باستخدام موصلات POGO كما هو موضح هنا. بعد ذلك، قم بإعداد طبقة PDMS المنقوشة التي تحتوي على قناة ذات الأبعاد المطلوبة كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب.

بمجرد الشفاء ، قم بقص القناة باستخدام شفرة جراحية ، مع الحرص على عدم إتلاف القالب الرئيسي وتقشيره. ثم قم بتنقيح وتصويب حواف النسخة المتماثلة باستخدام شفرة حلاقة. تأكد من ترك خلوص ملليمترين على الأقل على الجانب الجانبي للقناة وعدم وجود خلوص عند مخرج القناة عن طريق قطع العينة مباشرة.

بعد ذلك ، قم بعمل ثقب في الغرفة الصغيرة باستخدام مثقاب هاريس يونيكورن لتشكيل مدخل تحميل السوائل وخلع الأسطوانة. ثم اربط قناة PDMS بركيزة الليثيوم البيضاوية عن طريق الترابط المطابق البسيط باستخدام مجهر للمحاذاة. بهذه الطريقة ، ستصمد الرابطة خلال مرحلة اختبار السوائل بينما تظل قابلة للعكس.

اختبر جهاز التردد اللاسلكي عن طريق توصيل خط تأخير الموجة الصوتية السطحية أولا بمنافذ محلل الطيف وقياس مصفوفة التشتت للجهاز. سيشبه الإرسال لزوج من محولات الطاقة أحادية القطب القيمة المطلقة لوظيفة التزامن المتمركزة عند تردد تشغيل محول الطاقة بين الرقميات. بعد ذلك ، راقب طيف الانعكاس.

يحدث انخفاض في طيف الانعكاس بنفس تردد الذروة في الإرسال في الأجهزة التي تعمل عند 100 ميغاهرتز على طول المحور الرئيسي. القيم النموذجية هي سالب ثمانية ديسيبل ل S 11 و S 22 وناقص 20 ديسيبل ل S 12 بدون قنوات PDMS. من أجل تصور ديناميكيات التدفق بشكل أفضل ، ضع العينة تحت المجهر.

يعتمد الإعداد البصري المحدد على ظواهر الموائع الدقيقة للموجات الصوتية السطحية التي يجب ملاحظتها. لدراسة ديناميكيات ملء السوائل ، استخدم مجهرا مقلوبا بسيطا مزودا بهدف فوركس وكاميرا فيديو 30 إطارا في الثانية. ومع ذلك ، للتحقيق في ديناميكيات الجسيمات الدقيقة الأكثر تعقيدا ، استخدم هدفا 20 × وكاميرا فيديو 100 إطارا في الثانية أو أعلى.

من المهم أن يكون كل من الهدف ومعدل الإطارات مرتفعين بما يكفي لالتقاط أي ميزات تدفق مهمة مكانيا وزمانيا. بعد ذلك ، قم بتوصيل محولات الطاقة بين الرقميات أمام مخرج القناة بمولد إشارة التردد اللاسلكي ومكبر للصوت وتشغيلها بتردد الرنين الذي لوحظ في قياسات مصفوفة التشتت. إذا لزم الأمر ، استخدم مضخم UHF عالي الطاقة.

نحن هنا نستخدم دوائر صغيرة zw خمسة مكبر للصوت بحد أقصى 37 ديسيبل وكسب 40 ديسيبل. من المهم أن تصل طاقة الخرج الإجمالية إلى 25 ديسيبل ميلي واط على الأقل للتحقق من التدفق المعاكس الصوتي. راقب ظواهر التدفق الصوتي والانحلال دون تدفق صوتي معاكس أثناء تشغيل الجهاز.

عند الطاقة المنخفضة ، عادة ما تبدأ إعادة تدوير التدفق الصوتي عند صفر DBM ، ويحدث الانحلال فوق 14 DBM. بعد ذلك ، قم بإعداد سائل تحميل الخرزة الدقيقة للتصور عن طريق إضافة حبات صغيرة 500 نانومتر عند 10 إلى الجسيمات العاشرة لكل مليلتر وتدوير المحلول لمدة 15 ثانية قبل التجارب. ثم قم بتحميل 60 ميكرولترا من تعليق الميكروبيد في الغرفة.

ينتشر استخدام سائل الماصة الدقيقة ببطء بشكل سلبي في الغرفة الدقيقة لتجنب التصاق الجسيمات المحتمل على الركيزة ، وتطبيق إشارة صفر DBM على الجهاز أثناء التحميل. ابدأ في تسجيل الفيديو من خلال المجهر وقم بزيادة قوة التشغيل من أجل مراقبة تدفق العداد الصوتي. سيتم تحديد مخططات التدفق المختلفة من خلال طاقة الإدخال وتصميم الرقاقة وقطر الجسيمات.

من أجل التقاط الديناميكيات نوعيا ، سجل تدفق السوائل بالقرب من الغضروف المفصلي والمدخل في مراحل مختلفة من ملء القناة ، باستخدام العلامات كمرجع مكاني. ثم من الناحية الكمية ، قم بقياس ديناميكيات الجسيمات عن طريق صورة الجسيمات الدقيقة أو قياس التجانب العنيف أو التحليل الطيفي لارتباط الصورة الزمانية المكانية كما هو مشار إليه في بروتوكول النص المصاحب للحصول على نتائج دقيقة. سجل تدفق السوائل عند نقطة الاهتمام باستخدام مجال رؤية ثابت لما لا يقل عن 100 إطار بمعدل إطارات تفرضه ديناميكيات الجسيمات.

للحصول على تحليل أكثر تعقيدا للحصول على قياسات مجال الانسيابية والسرعة ، استخدم التماثل الخاطئ لصورة الجسيمات الدقيقة المخصصة أو رمز التحليل الطيفي لارتباط الصورة الزمانية المكانية الموضحة. فيما يلي أطياف S 11 و S 12 النموذجية التي تم التقاطها قبل ربط طبقة الليثيوم التي تأكلها. يمكن رؤية تردد الرنين في الطفيفين عند 95 ميغا هرتز.

يرتبط عمق الوادي عند التردد المركزي في الطيف S 11 بكفاءة تحويل طاقة التردد اللاسلكي في الطاقة الميكانيكية للموجات الصوتية السطحية. وبالتالي ، فإن تقليل الحد الأدنى من الوادي سيؤدي إلى تقليل الطاقة المطلوبة لتشغيل الجهاز. يرتبط الحد الأقصى للطيف S 12 بكفاءة تحويل طاقة التردد اللاسلكي والقدرة الميكانيكية للموجة الصوتية السطحية ، وتوهين الموجة على طول خط التأخير.

يمكن أن ينبع تقليل هذه القيمة من عيوب مثل اختلال خط تأخير الموجة أو الشقوق. تفعيلك. فيما يلي أربعة أنماط تدفق مميزة مختلفة لوحظت باستخدام سرعات لاتكس 500 نانومتر. تظهر الصورتان العلويان نتائج مختلفة عند مدخل القناة.

على اليسار ، لوحظت دوامتان متماثلتان بسبب ظواهر التدفق الصوتي في بداية ملء القناة بعد مرور بعض الوقت عندما تمتلئ القناة جزئيا ، يتم تحقيق التدفق الصفحي. الصور المعروضة هنا هي من قرب الغضروف المفصلي. عندما تمتلئ القناة جزئيا على اليسار ، لوحظ أن الجسيمات تتراكم في خطوط وتتحرك بنفس سرعة الغضروف المفصلي.

يحدث هذا عندما تهيمن قوة الإشعاع الصوتي على ديناميكيات الجسيمات على اليمين. لوحظت هنا هيمنة قوة السحب والتدفق الصوتي. تبتلع الجسيمات دوامتين وتتراكم فقط في نطاقات على بعد 300 ميكرون من الغضروف المفصلي وتقع بالقرب من سطح الركيزة.

أثناء حضور هذه الإجراءات ، من المهم جدا أن تتذكر الحفاظ على الجهاز نظيفا جدا في جميع مراحل التجربة من التصنيع إلى التشغيل. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع واختبار أجهزة الموجات الصوتية السطحية. العمل مع الموائع الدقيقة PDMS وتصور وتحليل التدفقات الموائع الكبيرة.