Fabrication et caractérisation des dispositifs piézoélectriques en mode épaisseur pour l’atomisation et l’acoustofluidique

Ces techniques peuvent être utilisées pour répondre à des questions sur la fréquence de résonance, l’excitation du mode vibratoire, l’amplitude des vibrations, et comment les transducteurs avec ces caractéristiques fonctionnent comme atomiseurs. Grâce aux informations fournies par ces analyses, il est possible de quantifier rigoureusement les effets des variables indépendantes et des expériences impliquant des transducteurs de mode épaisseur. Cette technique permet le développement d’appareils qui peuvent être utilisés pour atomiser les médicaments pour le traitement de maladies respiratoires telles que la pneumonie.

Ces méthodes sont utiles pour caractériser les phénomènes d’atomisation et peuvent être appliquées à l’étude des ondes capillaires à la surface d’une gouttelette. Parce que de nombreux facteurs concurrents doivent être équilibrés, il peut être difficile d’atteindre une atomisation continue. Ajustez l’entrée de puissance, la position de la mèche et l’orientation de la mèche et observez comment le comportement change.

Beaucoup de ces techniques sont simples à exécuter après la démonstration, mais nécessite une certaine dextérité et la conscience spatiale qui ne viennent pas dans le texte. Pour assembler un support transducteur personnalisé, soudeur deux contacts de ressort de montage de surface à chacun des deux circuits imprimés personnalisés et couper les contacts externes afin qu’ils ne court-circuitent pas le circuit. Appuyez sur adapter les pointes dans les trous plaqués sur les planches personnalisées de sorte que les pointes pointent les uns des autres.

Utilisez des entretoires et des vis pour connecter les deux circuits imprimés personnalisés afin que les contacts soient juste en contact les uns avec les autres. Ajustez l’espacement avec des rondelles en plastique au besoin. Faites glisser ensuite un transducteur de 3 x 10 millimètres entre la paire de contacts intérieurs.

Pour identifier la fréquence de résonance par analyse d’impédance, connectez un transducteur au port ouvert de l’analyseur réseau et sélectionnez le paramètre du coefficient de réflexion S11 via l’interface utilisateur de l’analyseur réseau. Sélectionnez la plage de fréquences d’intérêt et effectuez le balayage des fréquences. Sélectionnez ensuite enregistrer le rappel et enregistrer les données de traçabilité pour exporter les données vers un logiciel de traitement de données approprié afin d’identifier les emplacements minimaux précis.

Pour caractériser la vibration par le LDV, placez un transducteur en contact avec la plaque de pogo sur le stade LDV et connectez la sonde pogo conduit au générateur de signal. Assurez-vous que l’objectif correct est sélectionné dans le logiciel d’acquisition et concentrez le microscope sur la surface du transducteur. Sélectionnez définir les points d’analyse et les paramètres.

Un balayage à un seul point donne à l’utilisateur une amplitude de vibration à un seul point. Pour déterminer le mode de vibration et la résonance, un balayage de zone doit être effectué. Sous l’onglet général, sélectionnez la FFT ou l’option temps selon que l’analyse est effectuée dans le domaine de fréquence ou de temps et définissez le nombre de moyennes.

Dans l’onglet canal, assurez-vous que les cases actives sont cochées et ajustez les canaux de référence et d’incident pour sélectionner la puissance maximale du signal à partir du substrat. Dans l’onglet générateur, si la mesure est effectuée sous un signal à fréquence unique, sélectionnez Sine à partir de la liste de retrait de la forme d’onde. Si c’est sous une seule bande, sélectionnez MultiCarrierCW.

Ensuite, dans l’onglet fréquence, modifiez la bande passante et les lignes FFT pour ajuster la résolution d’analyse pour une analyse de domaine de fréquence. Si les mesures de domaine de temps sont effectuées, modifiez la fréquence de l’échantillon dans l’onglet temps. Pour créer le système d’approvisionnement en liquide, choisissez une mèche de 25 millimètres de long de 2 millimètres de diamètre composée d’un faisceau de fibres d’un polymère hydrophile conçu pour transporter le liquide acquiescement.

Coupez une extrémité de la mèche de sorte qu’elle forme une pointe asymétrique, puis insérez-la dans une seringue de verrouillage Luer avec la capacité désirée, permettant à la mèche de s’étendre à 15 millimètres au-delà de l’extrémité. Verrouillez une pointe de seringue sur la seringue offrant un ajustement serré autour de la mèche et montez l’assemblage de sorte que la mèche est de 10 à 90 degrés de l’horizontale et la pointe de la mèche est juste en contact avec le bord du transducteur. Remplissez ensuite la seringue d’eau.

Réglez la tension à zéro et appliquez un signal de tension continue à la fréquence de résonance déterminée à l’aide de l’analyseur d’impédance. Augmentez la tension jusqu’à ce que le liquide soit atomisé en continu sans que l’appareil n’inonde ou ne se dessèche. Si les ajustements suggérés échouent, brutner la surface dorée du transducteur près du point de contact de la mèche avec du papier de verre fin sans enlever entièrement l’or.

Pour observer la dynamique de l’appareil par imagerie à grande vitesse, montez rigidement une caméra à grande vitesse horizontalement sur une table optique et placez un transducteur en contact avec une plaque pogo sur une scène XYZ près de la longueur focale de la caméra. Placez une source de lumière diffuse au moins une longueur focale de l’autre côté du transducteur de la caméra et utilisez une pipette pour placer une goutte sessile à la surface du transducteur. Ajustez la mise au point de la caméra et la position XYZ pour mettre l’échantillon fluide au point et sélectionnez un taux d’image au moins deux fois plus élevé que cette fréquence selon le taux nyquist pour éviter l’alias.

Ajustez l’intensité lumineuse, l’obturateur de la caméra, ou les deux pour optimiser le contraste entre le fluide et l’arrière-plan. Connectez ensuite des clips alligator du générateur de signal amplifié au fil de sonde pogo et capturez le phénomène en déclenchant simultanément la vidéo dans le logiciel de la caméra et en appliquant le signal de tension. Pour l’analyse de diffusion au laser de la taille de la gouttelette, ajustez les modules de transmission laser et de réception laser le long du rail du système de diffusion laser avec un écart de 20 à 25 centimètres entre les deux modules.

Montez rigidement une plate-forme dans cet espace de telle sorte que lorsque les assemblages de transducteur et d’approvisionnement en liquide sont placés sur elle, la brume atomisée sera éjectée dans la trajectoire du faisceau laser. Pour faciliter cet alignement, allumez le faisceau laser et sélectionnez les outils, le contrôle laser et le laser. Fixez le trou du transducteur sur la plate-forme.

Fixer l’assemblage de l’alimentation en liquide à un bras articulé. Positionner l’assemblage d’alimentation en liquide de sorte que la pointe de la mèche est juste en contact avec le bord du transducteur et utiliser des clips alligator pour connecter la source du signal aux terminaux de pointe sur le support transducteur et cliquez sur la nouvelle procédure d’exploitation standard dans le logiciel système de diffusion laser. Réglez le modèle en continu par défaut et la période d’échantillonnage à 1.

Sous traitement des données, cliquez sur le profil de pulvérisation pour définir la longueur du chemin à 20 millimètres. Cliquez sur les alarmes pour décocher utiliser les valeurs par défaut et définir la transmission minimale à 5 et 1% et la diffusion minimale à 50 et 10. Lorsque tous les paramètres ont été définis, cliquez sur démarrer la procédure d’exploitation standard et sélectionnez la procédure créée.

Remplissez le réservoir d’approvisionnement en liquide d’eau jusqu’au niveau désiré et notez le volume. Une fois que la mesure a commencé, allumez le signal de tension et démarrez le chronomètre dès que l’atomisation commence. Une fois que le volume désiré de fluide a été atomisé, éteignez le signal de tension tout en arrêtant le chronomètre et enregistrez le volume final.

Dans l’histogramme de mesure qui en a résulté, sélectionnez la partie des données au cours de laquelle l’atomisation se produisait comme prévu et le signal au récepteur était assez fort pour être statistiquement significatif. Cliquez sur moyen et correct pour générer une distribution basée sur les données sélectionnées. Puis copiez et les données dans un fichier texte et enregistrez avec un nom de fichier approprié.

La caractérisation de ces dispositifs comprend la détermination de la fréquence de résonance et des harmoniques à l’aide d’un analyseur d’impédance. Dans cette analyse représentative, la fréquence fondamentale des dispositifs s’est trouvée proche de sept mégahertz comme prévu par l’épaisseur du substrat. D’autres caractérisations à l’aide du laser sans contact Doppler vibrometry peuvent être utilisées pour déterminer l’ampleur et le déplacement du substrat, qui est habituellement dans la gamme nanométrique.

De plus, la vibration de la gouttelette peut être évaluée par imagerie à grande vitesse et la dynamique d’atomisation peut être déterminée en mesurant la distribution de la taille des gouttelettes. Rappelez-vous que pour atteindre l’atomisation, le transducteur doit fonctionner à une fréquence de résonance de mode d’épaisseur. Si l’appareil est sous-performant, alors vous ne pouvez pas être à la bonne fréquence.

En utilisant ce protocole comme base, de nombreux paramètres de mode d’épaisseur peuvent être variés et comparés tels que l’épaisseur de l’électrode ou les dimensions latérales. Après avoir établi ce protocole avec de l’eau, les transducteurs de mode d’épaisseur peuvent maintenant être utilisés avec d’autres fluides pour des applications telles que la livraison de médicaments pulmonaires, le refroidissement et le codage.