Name: Una plataforma de pruebas de rendimiento para una conducción Micropump con una placa de electrodo revestido de cobre FR-4 (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 46 s
Description: Aprende a fabricar una micropompa de conducción con electrodos planos simétricos en laminado de cobre FR-4. Este método evalúa cómo las dimensiones de la cámara influyen en el rendimiento del dispositivo microfluídico.

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Este trabajo fue patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (51375176); la Fundación de Ciencias naturales Provincial de Guangdong de China (2014A030313264); y la ciencia y tecnología de planificación de proyecto de la provincia de Guangdong, China (2014B010126003).

PRECAUCIÓN: consulte todas las hojas de datos de seguridad del material (MSDS) antes de su uso. La acetona es altamente inflamable y puede causar irritación en los ojos y vías respiratorias. El voltaje involucrados es tan alto como varios mil voltios; por lo tanto, las chispas eléctricas se espera que al realizar el experimento. Llevar a cabo los experimentos en una sala con buena ventilación para evitar explosiones y el fuego de las chispas.
 1. fabricación de las placas y el titular de la Nota: en este trabajo, las placas del electrodo y el soporte están fabricados por una línea de producción en una fábrica. Sólo el material y los parámetros de todas las partes en el presente trabajo se presentará debido a los complicados procesos.
Placas de <ol><li>material y tamaño de la placa de electrodo <ol><li>fabricar el electrodo con 1,4 mm FR-4 CCL con una fina capa de cobre de 35 μm. Vea la figura 1 para parámetros detallados de la placa del electrodo.</li>
	</ol></li> <li>Parámetros de los electrodos <ol><li>orden de las placas del electrodo de la fábrica. Vea la figura 2 para más detalles.</li>
	</ol></li> <li>Inspección de la placa de electrodo <ol><li>después de la preparación de la placa del electrodo, use un microscopio electrónico para examinar los electrodos para algún defecto sensible debajo de 100 X y 300 aumentos. Tenga en cuenta que cualquier pequeño defecto en la superficie de los electrodos puede causar cortocircuitos, como se muestra en la figura 3.</li>
		<li>Inspeccione y mida el ancho del electrodo y el espaciado para determinar si la exactitud de dimensión cumple el requisito de.</li>
		<li>Prueba de la placa con un amperímetro para ver si se produce un cortocircuito eléctrico.</li>
	</ol></li> <li>Preparación de la placa de la cámara <ol><li>cortar alguna membrana de silicona del mismo tamaño que la placa del electrodo, como se muestra en la figura 4. Elegir las membranas de silicona con diferentes grosores para hacer placas de cámara con diferentes alturas de.</li>
		<li>Utilizar una herramienta de perforación especial para perforar el agujero de la cámara, como se muestra en la figura 5.</li>
	</ol></li> <li>Procesamiento del titular de la <ol><li>el titular de una fábrica de la orden. Los parámetros detallados se muestran en la figura 6.</li>
	</ol></li> <li>Fabricación de la placa de cubierta <ol><li>perfore dos orificios en la parte superior de la placa con una perforación de la máquina para instalar los tubos de entrada y salida. Vea la figura 7 para sus posiciones y tamaños.</li>
	</ol></li></ol> 2. Asamblea del Microbomb <ol><li>acetona uso para lavar todos los platos, el titular, los tubos de entrada y salida y otras herramientas usadas en los experimentos. Poner estas herramientas y las placas dentro de un vaso de precipitados y a continuación, vierta suficiente acetona 99,5% para sumergirlos. Poner el vaso interior de la lavadora ultrasónica. Encender la lavadora ultrasónica y ajustar el temporizador para 5 minutos</li>
	<li>Inserte los tubos de acero inoxidable de entrada y salida de los dos orificios en la placa de cubierta.</li>
	<li>Colocar una placa cámara de membrana de silicona en la placa del electrodo y luego cubrirla con la tapa.</li>
	<li>Pila y alinee la placa de cubierta, la placa de la cámara y el electrodo de la placa de arriba a abajo e introducir las placas alineadas en la caja.
	<ol><li>Uso un M5 Tornillo para fijar las placas dentro de la titular. Ver la vista de la explosión y vista normal del Microbomb montado, como se muestra en la figura 8 y figura 9, respectivamente.</li>
		<li>Junte las placas apretando los tornillos. 
		Nota: Los tubos y la cavidad en la placa de la cámara forman un pasaje para el líquido de funcionamiento. La placa de la cámara elástica también puede sellar el espacio entre las placas para evitar que el líquido fluya hacia fuera. Ver la vista de la explosión y la vista normal del Microbomb montado en la figura 8 y figura 9, respectivamente.</li>
	</ol></li> <li>Utilizar dos mangueras de poliuretano con diámetro externo de 4 mm y diámetro interno de 2 mm para conectar los tubos de entrada y salida de acero inoxidable.</li>
	<li>Conecte un amperímetro y una fuente de alimentación 500 V DC el microbomb en serie. Inserte un 1 mA fusible entre el amperímetro y la fuente de energía para proteger el amperímetro en caso de que se pone en cortocircuito el microbomb.</li>
	<li>Inserte la manguera de entrada de un vaso de precipitados de 50 mL con 20-30 mL de acetona en. 
	Nota: La figura 10 muestra la plataforma completa.</li>
</ol> 3. Procedimiento experimental <ol><li>trabajo preparatorio antes del experimento <ol><li>Use un cilindro para inyectar acetona para llenar el microbomb. Después de que el nivel del líquido alcanza la manguera de salida, continuar a inyectar 10 mL de acetona dentro hasta que todas las burbujas están lejos de la cámara de. 
		Nota: Es imposible a ver si hay cualquier burbuja dentro de la cámara a la izquierda porque la placa de cubierta y la placa de electrodos no son transparentes. Inyectando continuamente acetona ayuda a quitar las burbujas, pero no puede garantizar que no hay burbujas quedan dentro el microbomb. Las burbujas pueden bloquear el paso de líquido, o pueden corta los circuitos y causar una micro explosión dentro el microbomb, que quemará a los electrodos. El efecto de las burbujas en el funcionamiento de la bomba no es totalmente clara todavía, pero las averías que causan se han observado varias veces.</li>
		<li>Verter 20-30 mL de acetona en el vaso y poner la manguera de entrada dentro del vaso. Asegúrese que el nivel de líquido por lo menos 5 mm mayor que la entrada quede acetona puede fluir en la bomba y aire no puede ser aspirado en la cámara de micropump.</li>
	</ol></li> <li>Prueba de presión estática <ol><li>Conecte la manguera de salida a un pequeño marco para que la manguera pueda permanecer recta y vertical. Poner una regla junto a la manguera de salida para medir el nivel de líquido.</li>
		<li>La fuente de alimentación Conecte el microbomb.</li>
		<li>Comenzar la prueba pulsando el interruptor y luego marque el nivel de líquido inicial.</li>
		<li>Después de que el nivel de líquido se convierte en estable, registrar el tiempo, el nivel final del líquido y la corriente eléctrica.</li>
		<li>Seguir registrar el nivel de líquido y la corriente cada 10 s hasta que rompe el microbomb.</li>
	</ol></li> <li>Prueba de tasa de flujo <ol><li>utilizar una probeta grande para recoger el líquido que sale de la manguera de salida. Asegúrese de fijar la manguera de salida para que al final queda a la misma altitud, como el nivel de líquido en el vaso.</li>
		<li>La fuente de alimentación Conecte el microbomb.</li>
		<li>Comenzar la prueba pulsando el interruptor y luego marque el nivel de líquido inicial.</li>
		<li>Como el líquido comienza a fluir fuera de la manguera de salida, registrar el volumen de acetona dentro del cilindro mide cada 10 s. Según el experimento, agregar acetona en el vaso para mantener el nivel de líquido.</li>
	</ol></li> <li>Prueba de fiabilidad
	<ol><li>Uso el tiempo promedio de trabajo para evaluar la fiabilidad de la bomba. Durante la prueba de velocidad de flujo y la prueba de presión estática, registrar el tiempo de operación antes de la bomba se descompone. Registrar los fenómenos detallados de cada avería durante el experimento e inspeccione la superficie de la placa de electrodo luego para su posterior análisis.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Kazemi, P. Z., Selvaganapathy, P. R., Ching, C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304388610000719">Effect of micropillar electrode spacing on the performance of electrohydrodynamic micropumps.</a> J Electrostat. 68 (4), 376-383 (2010).</li>
<li>Kano, I., Nishina, T. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6074271/">Effect of electrode arrangements on EHD conduction pumping.</a> IEEE Trans Ind Appl. 49 (2), 679-684 (2013).</li>
<li>Laser, D. J., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://microfluidics.stanford.edu/Publications/Micropumps_Cooling/Laser%20Review%20of%20Micropumps%20in%20JMM.pdf">A review of micropumps.</a> J Micromech Microeng. 14 (6), R35(2004).</li>
<li>Fylladitakis, E. D., Theodoridis, M. P., Moronis, A. X. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6714477/">Review on the history, research, and applications of electrohydrodynamics.</a> IEEE Trans Plasma Sci. 42 (2), 358-375 (2014).</li>
<li>Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.electrostaticanswers.com/2009ESJC/Session01/2009%20Yazdani%20Effects%20of%20Charges%20Mobility%20-%20Dielectric%20Liquid%20Flow.pdf">Effect of Charge Mobility on Electric Conduction
Driven Dielectric Liquid Flow.</a> Electrostatics Joint Conf. , (2009).</li>
<li>Gharraei, R., Esmaeilzadeh, E., Hemayatkhah, M., Danaeefar, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304388610001373">Experimental investigation of electrohydrodynamic conduction pumping of various liquids film using flush electrodes.</a> J Electrostat. 69 (1), 43-53 (2011).</li>
<li>Gharraei, R., Esmaeilzadeh, E., Nobari, M. R. H. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00162-013-0304-3">Numerical investigation of conduction pumping of dielectric liquid film using flush-mounted electrodes.</a> Theor Comp Fluid Dyn. 28 (1), 89(2014).</li>
<li>Jeong, S. -I., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030438860200058X">Experimental study of electrohydrodynamic pumping through conduction phenomenon.</a> J Electrostat. 56 (2), 123-133 (2002).</li>
<li>Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304388605000616">Electrohydrodynamic pumping of dielectric liquids.</a> J Electrostat. 63 (6), 861-869 (2005).</li>
<li>Hojjati, M., Esmaeilzadeh, E., Sadri, B., Gharraei, R. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092777571100642X">Electrohydrodynamic conduction pumps with cylindrical electrodes for pumping of dielectric liquid film in an open channel.</a> Colloid Surface A. 392 (1), 294-299 (2011).</li>
<li>Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1449435">Numerical investigation of electrohydrodynamic-conduction pumping of liquid film in the presence of evaporation.</a> J Heat Trans-T ASME. 131 (1), 011602(2009).</li>
<li>Vafaie, R. H., Ghavifekr, H. B., Lintel, H., Brugger, J., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/elps.201500404/abstract">Bi-directional AC electrothermal micropump for on-chip biological applications.</a> Electrophoresis. 37 (5-6), 719-726 (2016).</li>
<li>Pearson, M. R., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1738568">Experimental Study of Linear and Radial Two-Phase Heat Transport Devices Driven by Electrohydrodynamic Conduction Pumping.</a> J Heat Trans-T ASME. 137 (2), 022901(2015).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Uno de los pasos críticos en el protocolo debe inspeccionar cuidadosamente la placa del electrodo. Pequeña rebaba en el borde de un electrodo puede ocasionar un cortocircuito e integridad superficial puede afectar grandemente rendimiento de la bomba. También es muy importante la limpieza de la placa de electrodo y el soporte. La altura de la cámara de electrodo es inferior a 1 mm, por lo que pequeñas partículas de polvo pueden bloquear el flujo de líquido de trabajo y causar un cortocircuito. Antes de la prueba, inyectan...

Microbombas pueden conducir el flujo de líquido en una escala mucho más pequeña que la mayoría de las bombas. En los últimos años, diversos sistemas de conducción se han aplicado con éxito a microfluidos sistemas1,2,3,4,5. La bomba electrohidrodinámicos (EHD) puede ejercer fuerzas directamente en el líquido, sin partes móviles, lo que hace que sea más simple y más fácil de fabricar6. Según los tipos de carga, bombas de EHD pueden clasificarse como bombas de inyección, bombas de inducción o conducción bombas. Bombas de inducción no funcionan con isotermos líquidos, mientras que las bombas de inyección cambian la conductividad del líquido. Porque carecen de este tipo de problemas, bombas de conducción son más estables y tienen una aplicación más amplia.
La bomba de conducción se basa en la incompatibilidad de los tipos de disociación y la recombinación de moléculas de líquido. Normalmente, el proceso de disociación y recombinación puede expresarse de la siguiente manera7,8: 
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/55867/55867eq1.jpg"> donde la tasa de recombinación kr es constante mientras que la tasa de disociación kd es una función de la intensidad de campo eléctrico. Cuando la fuerza del campo eléctrico alcanza un cierto valor, la tasa de disociación superará la tasa de recombinación. A continuación, cargas más libres viajan a los dos electrodos de polaridad opuesta y en forma de capas de heterocharge. Estas capas de heterocharge son la clave de la bomba, como el movimiento de las cargas empuja las moléculas del líquido. Por lo tanto, se puede generar fuerza neta del cuerpo en el líquido dentro de la cámara utilizando electrodos asimétricos o el desajuste de la movilidad de los iones positivos y negativos9,10,11,12 .
Este trabajo presenta una nueva forma de fabricar una placa de electrodo planar simétrica para una bomba de conducción. La placa de electrodos se prepara en FR-4 CCL y la cámara de la bomba está preparada por micromecanizado. Los procesos de fabricación son relativamente más simple y más conveniente que otros métodos de fabricación, como la Nanolitografía. Una plataforma de pruebas está configurada para investigar el rendimiento de la conducción micropump bajo diferentes condiciones. Además, la fiabilidad del Microbomb de conducción también es investigada bajo diferentes circunstancias.

<table><tbody><tr><td></td> Amperímetro-85C1-MA <td></td>Fuente <td></td><td>de</td></tr><tr><td>alimentación de alto voltaje de CC</td><td>NanTong Jianuo compañía de dispositivos eléctricos</td><td>GY-WY500-1</td><td></td></tr><tr><td>Fusible</td><td>-</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Limpiador ultrasónico</td><td>Derui compañía de dispositivos ultrasónicos</td><td>-</td><td></td></tr><tr>-<td>Soldador</td><td>-</td><td>-</td><td></td></tr></tbody></table>

una plataforma de pruebas de rendimiento para una conducción micropump con una placa de electrodo revestido de cobre fr-4

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Aquí, se fabrica una conducción micropump con electrodo planar simétrica pares preparado en laminado revestido de cobre de epoxy de cristal ignífugo (FR-4) (CCL). Se utiliza para investigar la influencia de las dimensiones de su cámara en el rendimiento de una conducción micropump y para determinar la fiabilidad de la bomba de conducción cuando la acetona se utiliza como fluido de trabajo. Una plataforma de prueba se establece para evaluar la conducción micropump desempeño bajo diferentes condiciones. Cuando la altura de la cámara es de 0,2 mm, presión de la bomba alcanza su valor máximo.

Como se muestra en la figura 11, la presión de la bomba y su tasa de aumento aumentan cuando aumenta la tensión. Cuando el voltaje llega a 500 V, la presión de la bomba alcanza 1.100 PA.
La presión estática de la bomba se levanta a la altura de cámara de la bomba aumenta cuando la altura de la cámara es menos de 0,2 mm. El rendimiento de la bomba alcanza su punto más alto cuando la altura de la cáma...

Este trabajo presenta un protocolo para la fabricación de un micropump de conducción utilizando electrodos planares simétricos en laminado revestido de cobre de epoxy de cristal ignífugo (FR-4) (CCL) para probar la influencia de dimensiones de su cámara en el desempeño de un conducción micropump.

Una plataforma de pruebas de rendimiento para una conducción Micropump con una placa de electrodo revestido de cobre FR-4

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

El objetivo general de este experimento es fabricar una microbomba de conducción utilizando electrodos planos simétricos sobre un laminado de cobre reforzado con vidrio y resistente al fuego para evaluar la influencia de las dimensiones de la cámara en el rendimiento de una microbomba de conducción. La principal ventaja de esta técnica es que el voltaje requerido es bajo, de solo varios cientos de voltios. Además, el costo de fabricación es relativamente bajo.Aunque este método puede proporcionar información sobre el mecanismo de la bomba de conducción, también puede aplicarse a muchos otros sistemas, como sistemas de entrega de troncos y sistemas de microenfriamiento. Para comenzar, coloque la placa dentro del vaso de precipitados con la superficie del electrodo orientada hacia abajo para ayudar a eliminar partículas pequeñas, como el polvo, de la superficie de la placa. Además, coloque el soporte, los tubos de entrada y salida y otras herramientas utilizadas en los experimentos dentro del vaso de precipitados.Luego, vierta suficiente acetona al 99,5 por ciento para sumergir los objetos. Coloque el vaso dentro del lavador ultrasónico y enciéndalo durante cinco minutos. A continuación, inserte los tubos de acero inoxidable de entrada y salida en los dos orificios de la placa de tapa.Coloque una placa de cámara hecha de membrana de silicona sobre la placa de electrodo y luego cúbrala con una placa de cubierta. Apile y alinee la placa de cubierta, la placa de cámara y la placa de electrodo de arriba hacia abajo e inserte las placas alineadas en el soporte. Utilice un tornillo M2 para fijar las placas dentro del soporte.Presione las placas juntas apretando los pernos. A continuación, utilice dos mangueras de poliuretano con diámetros externos de cuatro milímetros y diámetros internos de dos milímetros para conectar los tubos de acero inoxidable de entrada y salida. Conecte un amperímetro, una fuente de alimentación de corriente continua de 500 voltios y la microbomba en serie.Luego, inserte un fusible de un miliamperio entre el amperímetro y la fuente de alimentación para proteger el amperímetro en caso de que la microbomba se cortocircuite. Finalmente, inserte la manguera de entrada en un vaso de precipitados de 50 mililitros que contenga de 20 a 30 mililitros de acetona. Para prepararse para el experimento, use un cilindro para extraer acetona y llenar la microbomba.Una vez que el nivel del líquido alcance la manguera de salida, continúe extrayendo diez mililitros de acetona hacia el interior hasta que todas las burbujas sean expulsadas de la cámara. Aspire repetidamente la acetona fuera de la bomba y luego vuélvala a inyectar sin introducir aire dentro de la bomba para ayudar a eliminar las burbujas. Para realizar la prueba de presión estática, conecte la manguera de salida a un marco pequeño de modo que la manguera permanezca recta y vertical.Coloque una regla junto a la manguera de salida para medir el nivel del líquido. Conecte la microbomba a la fuente de alimentación. Inicie la prueba aumentando el voltaje a 500 volts y luego anote el nivel inicial del líquido.Una vez que el nivel del líquido se estabilice, registre el tiempo, el nivel final del líquido y la corriente eléctrica. Continúe registrando el nivel del líquido y la corriente cada diez segundos hasta que la microbomba falle. Para realizar la prueba de caudal, utilice un cilindro graduado grande para recoger el líquido que sale del tubo de salida.Asegúrese de fijar la manguera de salida de modo que el extremo permanezca a la misma altitud que el nivel del líquido en el vaso de precipitados. Encienda la fuente de alimentación. Inicie la prueba aumentando el voltaje a 500 voltios y luego anote el nivel inicial del líquido.A medida que el líquido comienza a salir por la manguera de salida, registre el volumen de acetona dentro del cilindro graduado cada diez segundos. A medida que avanza el experimento, agregue acetona al vaso de precipitados para mantener el nivel del líquido. Aquí se muestra el aumento de la presión de la bomba con un incremento en el voltaje.Cuando el voltaje alcanza 500 voltios, la presión de la bomba alcanza 1.100 pascal. La presión estática de la bomba aumenta con la altura de la cámara de la bomba. El rendimiento de la bomba alcanza su punto máximo cuando la altura de la cámara es de 0,2 milímetros.Luego, la presión estática disminuye cuando la altura de la cámara continúa aumentando. Según estos resultados, 0,2 milímetros se considera el valor óptimo para la altura de la cámara. Al aumentar la longitud de la cámara, la presión estática aumenta, con una pendiente pronunciada hasta una longitud de cámara de 23 milímetros.Luego continúa aumentando con una pendiente menor, lo que indica un ascenso gradual. Hay una ligera disminución en la curva de presión estática frente al ancho de la cámara cuando el ancho de la cámara aumenta de dos milímetros a tres milímetros. Posteriormente, la presión estática se mantiene en un nivel determinado a medida que aumenta el ancho de la cámara.Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en media hora si se lleva a cabo correctamente. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo configurar una plataforma y evaluar el rendimiento de una microbomba de conducción. No olvide que trabajar con acetona puede ser peligroso y que siempre se deben tomar precauciones, como usar guantes de goma, durante la realización de este procedimiento.Mostramos que la demostración de este método es fundamental. Puede ocurrir un cortocircuito durante el experimento si los pasos de lavado e inspección no se realizan con cuidado.

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