Leistungstests Plattform für eine Wärmeleitung Mikropumpe mit einem FR-4 kupferummantelte Elektrodenplatte

Summary

Dieser Beitrag stellt ein Protokoll für die Herstellung von eine Wärmeleitung Mikropumpe mit symmetrische planar Elektroden auf flammhemmende glasfaserverstärktem Epoxy (FR-4) kupferummantelte Laminat (CCL) um zu testen, den Einfluss der Kammer Dimensionen auf die Leistung von einem Wärmeleitung Mikropumpe.

Abstract

Hier ist eine Wärmeleitung Mikropumpe mit symmetrischen planar Elektrodenpaare vorbereitet auf flammhemmende glasfaserverstärktem Epoxy (FR-4) kupferummantelte Laminat (CCL) hergestellt. Hiermit wird den Einfluss der Kammer Dimensionen auf die Leistung einer Leitung Mikropumpe untersuchen und bestimmen die Zuverlässigkeit der Wärmeleitung Pumpe wenn Aceton als das Arbeitsmedium verwendet wird. Eine Testplattform ist eingerichtet für Wärmeleitung Mikropumpe Ertragskraft unter verschiedenen Bedingungen. Wenn die Kammer Höhe 0,2 mm ist, erreicht der Pumpendruck seinen Spitzenwert.

Introduction

Mikropumpen können Flüssigkeitsstrom in viel kleinerem Maßstab als die meisten Pumpen fahren. In den letzten Jahren wurden verschiedene treibende Regelungen mikrofluidischen Systemen^1,2,3,4,5erfolgreich angewendet. Electrohydrodynamic (EHD) Pumpe ausüben kann Kräfte direkt auf die Flüssigkeit, ohne bewegliche Teile, wodurch es einfacher und leichter zu⁶zu fabrizieren. Nach der Kostenarten können EHD Pumpen als Einspritzpumpen, Induktion Pumpen oder Wärmeleitung Pumpen eingestuft werden. Induktion Pumpen funktionieren nicht auf isothermen Flüssigkeiten während Einspritzpumpen die flüssigen Leitfähigkeit ändern. Weil sie solche Probleme fehlt, Wärmeleitung Pumpen sind stabiler und haben eine breitere Anwendung.

Die Wärmeleitung Pumpe basiert auf das Missverhältnis der Dissoziation und Rekombination Sätze der Flüssigkeitsmoleküle. Prozess der Dissoziation und Rekombination kann normalerweise,^7,8folgt ausgedrückt werden:

wo ist die Rekombination Rate k_R konstant, während die Dissoziation Rate k_d eine Funktion der elektrischen Feldstärke ist. Wenn die elektrische Feldstärke einen bestimmten Wert erreicht, wird die Dissoziation Rate die Rekombinationsrate übersteigen. Dann reisen mehr und mehr freien Ladungen an den beiden Elektroden der entgegengesetzten Polarität und Heterocharge Schichten bilden. Diese Heterocharge-Schichten sind der Schlüssel zu der Pumpe, wie die Bewegung der Ladungen die Flüssigkeitsmoleküle nach vorne schiebt. Daher kann net Körperkraft in der Flüssigkeit innerhalb der Kammer mit asymmetrischen Elektroden oder die Nichtübereinstimmung der Mobilität von positiven und negativen Ionen^{9,10,11,12 generiert werden} .

Diese Arbeit stellt eine neue Art der Herstellung eine symmetrische planar Elektrodenplatte für eine Leitung Pumpe. Die Elektrodenplatte ist auf FR-4 CCL zubereitet und die Pumpenkammer wird vorbereitet, indem Mikromaterialbearbeitung. Die Herstellungsprozesse sind relativ einfacher und bequemer als die der anderen Herstellungsmethoden, wie Nanolithografie. Eine Testplattform ist eingerichtet, die Leistung der Wärmeleitung Mikropumpe unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. Darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit der Wärmeleitung Mikropumpe auch unter anderen Umständen untersucht.

Protocol

Vorsicht: konsultieren Sie bitte alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (SDB) vor dem Gebrauch. Aceton ist leicht entzündlich und kann zu Reizungen der Augen und Atemwege verursachen. Die beteiligten Spannung ist so hoch wie mehrere tausend Volt; Daher dürften elektrische Funken, wenn Sie das Experiment durchführen. Experimente durchführen, die in einem Raum mit guter Belüftung zur Vermeidung von Explosionen und Feuer aus dem Funken.

1. Herstellung der Platten und Halter

Hinweis: In diesem Werk werden die Elektrodenplatten und Inhaber von einer Fertigungslinie in einer Fabrik hergestellt. Nur das Material und die Parameter aller Teile in diesem Papier aufgrund der komplizierten Prozesse eingeführt werden.

1. Material und Größe der Elektrodenplatte
   1. Fabricate die Elektrode Platten mit 1,4 mm FR-4 CCL mit einer dünnen Kupferschicht von 35 µm. Siehe Abbildung 1 für detaillierte Parameter der Elektrodenplatte.
2. Parameter der Elektroden
   1. die Elektrodenplatten ab Werk bestellen. Weitere Einzelheiten siehe Abbildung 2.
3. Inspektion der Elektrodenplatte
   1. nach der Vorbereitung der Elektrodenplatte verwenden Elektronenmikroskop um die Elektroden für deutliche Mängel unter 100 X und 300 X Vergrößerung zu prüfen. Beachten Sie, dass kleine Mängel an der Oberfläche der Elektroden kurzschließen, verursachen können, wie in Abbildung 3 gezeigt.
   2. Prüfen und Messen Sie die Elektrode Breite und Abstand zu ermitteln, ob die Maßgenauigkeit der Anforderung erfüllt.
   3. Testen, die Platte mit einem Ampermeter zu sehen, ob einen elektrischen Kurzschluss auftritt.
4. Vorbereitung der Kammer Platte
   1. einige Silikonmembran auf die gleiche Größe wie der Elektrodenplatte geschnitten, wie in Abbildung 4 dargestellt. Wählen Sie Silikonmembranen mit unterschiedlichen dicken Kammer Platten mit unterschiedlichen Höhen machen.
   2. Eine spezielle Stanzwerkzeug zu der Kammer Loch Stanzen verwenden, wie in Abbildung 5 gezeigt.
5. Verarbeitung des Inhabers
   1. den Inhaber aus einer Fabrik zu bestellen. Die detaillierte Parameter sind in Abbildung 6 gezeigt.
6. Fertigung der Abdeckplatte
   1. zwei Bohrungen an der Oberseite der Abdeckplatte mit einer Bohrung Maschine, um die Einlass und Auslass Rohre zu installieren. Abbildung 7 für ihre Positionen und Größen sehen.

2. Montage von der Mikropumpe

1. Gebrauch Aceton waschen alle Platten, die Inhaber, die Einlass und Auslass Rohre und andere Tools, die in den Experimenten verwendet. Legen Sie diese Tools und Platten in ein Becherglas und gießen Sie dann genug 99,5 % Aceton um sie eintauchen. Setzen Sie den Becher in die Ultraschall-Unterlegscheibe. Schalten Sie den Ultraschall Waschmaschine und stellen Sie den Timer auf 5 min.
2. Einlass und Auslass Edelstahl-Rohre in die beiden Löcher auf der Abdeckplatte einfügen.
3. Legen Sie eine Kammer-Platte aus Silikonmembran auf der Elektrodenplatte und bedecken Sie es mit der Abdeckplatte.
4. Stack und richten Sie die Abdeckplatte, die Kammer-Platte und die Elektrode Platte von oben nach unten und legen Sie die ausgerichteten Platten in die Halterung.
   1. Verwendung eine M5 Schraube, die Platten in der Halterung zu beheben. Die Explosion und normale Ansicht der montierten Mikropumpe zu sehen, wie in Abbildung 8 und Abbildung 9, bzw. gezeigt.
   2. Drücken Sie die Platten zusammen, indem Sie die Schrauben festziehen.
      Hinweis: Die Rohre und der Hohlraum auf der Kammer-Platte werden eine Passage für die Arbeitsflüssigkeit bilden. Die elastische Kammer-Platte kann der Abstand zwischen den Platten zu verhindern, dass Flüssigkeit fließt auch abzuriegeln. Die Explosion-Ansicht und der normalen Ansicht von der montierten Mikropumpe in Abbildung 8 und Abbildung 9, bzw. zu sehen.
5. Zwei Polyurethan-Schläuche mit Außendurchmesser von 4 mm und Innendurchmesser von 2 mm zu verwenden, um den Einlass und Auslass Edelstahlrohre verbinden.
6. Schließen ein Ampermeter, 500 V DC Stromquelle und die Mikropumpe in Serie. Legen Sie eine 1 mA Sicherung zwischen den Meßbuchsen und die Stromquelle, die Meßbuchsen zu schützen, für den Fall, dass die Mikropumpe kurzgeschlossen ist.
7. Legen Sie den Zulaufschlauch in einen 50-mL-Becherglas mit 20-30 mL Aceton in.
   Hinweis: Abbildung 10 zeigt die fertige Plattform.

3. Experimentelle Verfahren

1. 1. vorbereitende Arbeiten vor dem Experiment einen Zylinder verwenden, um Aceton zu füllen die Mikropumpe zu injizieren. Nachdem der Flüssigkeitsstand der Auslaufschlauch erreicht hat, weiterhin 10 mL Aceton im Inneren zu injizieren, bis alle Bläschen weg von der Kammer gedrückt werden.
      Hinweis: Es ist unmöglich, festzustellen, ob alle Bläschen im Inneren der Kammer verlassen, weil der Abdeckplatte und der Elektrodenplatte nicht transparent sind. Um Luftblasen zu entfernen hilft kontinuierlich Injektion von Aceton, aber kann es nicht garantieren, dass keine Luftblasen im Inneren der Mikropumpe gelassen werden. Luftblasen können blockieren den Durchgang von Flüssigkeit, oder kurz die Schaltungen und verursachen eine Mikro-Explosion im Inneren der Mikropumpe, die die Elektroden brennen wird. Die Wirkung von Bläschen auf den Pumpenbetrieb noch nicht völlig klar, aber die Ausfälle sie verursachen mehrmals beobachtet worden.
   2. 20-30 mL Aceton in das Becherglas gießen und legte den Zulaufschlauch in den Becher. Sicherzustellen, dass der Flüssigkeitsspiegel mindestens 5 mm höher als der Einlass ist, so dass Aceton in die Pumpe fließen kann und keine Luft in die Mikropumpe Kammer eingesaugt werden kann.
2. Statische Druckprüfung
   1. einem kleinen Rahmen den Auslaufschlauch zuordnen, so dass der Schlauch gerade und senkrecht bleiben können. Legen Sie ein Lineal neben den Auslaufschlauch um den Füllstand zu messen.
   2. Die Mikropumpe mit der Stromquelle verbinden.
   3. Starten Sie den Test durch Drücken des Schalters und dann markieren Sie die erste Flüssigkeitsstand.
   4. Nach der Flüssigkeitsstand stabil wird, aufzeichnen, die Zeit, der letzte Flüssigkeitsspiegel und der elektrische Strom.
   5. Weiterhin der Flüssigkeitsspiegel und der aktuellen erfassen alle 10 s bis die Mikropumpe zusammenbricht.
3. Flow Rate Test
   1. verwenden eine große Glaszylinder, um die Flüssigkeit, die aus dem Ablaufschlauch zu sammeln. Achten Sie darauf, den Ablaufschlauch zu beheben, so dass das Ende auf gleicher Höhe wie der Flüssigkeitsstand im Becher bleibt.
   2. Die Mikropumpe mit der Stromquelle verbinden.
   3. Starten Sie den Test durch Drücken des Schalters und dann markieren Sie die erste Flüssigkeitsstand.
   4. Als die Flüssigkeit beginnt zu fließen aus den Auslaufschlauch aufzeichnen dem Volumen Aceton in den Messzylinder alle 10 s. Im Laufe des Experiments Aceton hinzufügen den Becher, der Flüssigkeitsspiegel beizubehalten.
4. Zuverlässigkeit testen
   1. Verwendung der durchschnittlichen Arbeitszeit, die Zuverlässigkeit der Pumpe zu bewerten. Während die Abdrehprobe und die statische Druckprüfung erfassen Sie die Betriebszeit, bevor die Pumpe ausfällt. Aufzeichnen der detaillierten Phänomene jede Panne während des Experiments und der Elektrodenoberfläche Platte danach zur weiteren Analyse zu inspizieren.

Results

Wie in Abbildung 11gezeigt, steigen der Pumpendruck und die steigende Rate, wenn die Spannung erhöht. Wenn die Spannung 500 V erreicht, erreicht der Pumpendruck 1.100 Pa.

Der Pumpe statische Druck steigt mit der Pumpe Kammer Höhe erhöhen, wenn die Kammer Höhe unter 0,2 mm beträgt. Die Leistung der Pumpe erreicht ihren höchsten Punkt, wenn die Kammer Höhe 0,2 mm beträgt. Der statische Druck fällt dan...

Discussion

Die entscheidenden Schritte innerhalb des Protokolls gehört zu der Elektrodenplatte sorgfältig zu überprüfen. Kleine Grate am Rande einer Elektrode können dazu führen, dass ein Kurzschluss und Oberflächenbeschaffenheit kann großen Einfluss auf die Pumpenleistung. Die Reinigung der Elektrodenplatte und Halter ist auch sehr wichtig. Die Elektrode Kammer Höhe ist weniger als 1 mm, so dass kleine Staubpartikel können blockieren den Flüssigkeitsstrom zu arbeiten und einen Kurzschluss verursachen. Vor der Prüfung kann die Inje...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Amperemeter-85C1-MA
DC Hochspannungsnetzteil	NanTong Jianuo Elektrogerätefirma	GY-WY500-1
Sicherung	-
Ultraschallreiniger	Derui Ultraschallgerät Firma	-
Lötkolben	-