מאמר שיטה

פלטפורמה בדיקות ביצועים הולכה Micropump עם צלחת אלקטרודה לבושת נחושת FR-4

DOI:

10.3791/55867

⸱

9 באוקטובר 2017

 ,  ,  ,  , 
1School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מאמר זה מציג עבור הזיוף של micropump הולכה באמצעות אלקטרודות מישורי סימטרי על למינציה לבושת נחושת מעכב להבה מחוזק אפוקסי (FR-4) (CCL) כדי לבדוק את השפעת ממדים קאמרית על הביצועים של פרוטוקול micropump הולכה.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

. הנה, מפוברק של הולכה micropump עם זוגות אלקטרודה מישורי סימטרי שהוכנו על למינציה לבושת נחושת מעכב להבה מחוזק אפוקסי (FR-4) (CCL). הוא משמש כדי לחקור את השפעת ממדים קאמרית על הביצועים של micropump הולכה וכדי לקבוע את המהימנות של המשאבה הולכה כאשר אצטון משמש את הנוזלים עבודה. פלטפורמה הבדיקה הוא להגדיר כדי להעריך את הביצועים micropump הולכה בתנאים שונים. כאשר גובה קאמרית 0.2 מ מ, משאבת הלחץ מגיע ערך השיא שלו.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Micropumps תוכלו לנסוע זרימת הנוזל בקנה מידה קטן יותר מאשר רוב משאבות. בשנים האחרונות, ערכות נהיגה שונים הוחלו בהצלחה microfluidic מערכות1,2,3,4,5. המשאבה electrohydrodynamic (EHD) שיכולים להפעיל כוחות ישירות על הנוזל, ללא שום חלקים נעים, מה שהופך את זה פשוט יותר וקל יותר לפברק6. לפי סוגי תשלום, ניתן לסווג EHD משאבות הזרקה משאבות, משאבות אינדוקציה או משאבות הולכה. משאבות אינדוקציה אינם פועלים על נוזלים איזותרמי, בעוד משאבות הזרקה לשנות את מוליכות נוזלי. בשל העדר בעיות כאלה, משאבות הולכה יציבה יותר, יישום רחב יותר.

המשאבה הולכה מבוסס על ההתאמה של דיסוציאציה וקצבי רקומבינציה של מולקולות נוזלי. בדרך כלל, ניתן לבטא את תהליך דיסוציאציה רקומבינציה כדלקמן7,8:
figure-introduction-1
איפה ה רקומבינציה קצב k-r הוא קבוע דיסוציאציה קצב kd הוא פונקציה של עוצמת שדה חשמלי. כאשר עוצמת שדה חשמלי מגיע ערך מסוים, הקצב דיסוציאציה יעלה שיעור רקומבינציה. לאחר מכן, חיובים יותר חופשי לנסוע שתי אלקטרודות של קוטביות הפוכה, וטופס שכבות של heterocharge. שכבות heterocharge אלה הם המפתח למשאבה, כמו תנועת המטענים דוחף את המולקולות נוזלי קדימה. לכן, ניתן להפיק כוח הגוף נטו בתוך הנוזל בתוך התא באמצעות אלקטרודות אסימטרי או ההתאמה של הניידות של יונים חיוביים ושליליים9,10,11,12 .

עבודה זו מציגה דרך חדשה של בדיית צלחת אלקטרודה מישורי סימטרי משאבה הולכה. צלחת אלקטרודה מוכנות CCL FR-4, תא המשאבה מוכן על ידי לעבד. תהליכי ייצור הם יחסית פשוטים יותר ונוח יותר מאלה של שיטות ייצור אחרות, כגון ננוליתוגרפיה. פלטפורמה הבדיקה הוא להגדיר כדי לחקור את הביצועים של micropump הולכה בתנאים שונים. יתר על כן, באמינות micropump הולכה ייחקר גם בנסיבות אחרות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אזהרה: נא היוועץ כל גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש. אצטון להתלקח והוא יכול לגרום גירוי בעיניים ודרכי הנשימה. מתח מעורב הוא גבוה כמו כמה אלפי וולט; לפיכך, ניצוצות חשמל צפויים כאשר עורכים את הניסוי. לבצע את הניסויים בחדר עם אוורור טוב כדי למנוע פיצוצים ואש של הניצוצות.

1-ייצור של צלחות, מחזיק

הערה: בעבודה זו, לוחיות האלקטרודה ואת מחזיק מיוצרים על ידי קו ייצור במפעל. רק החומר ואת הפרמטרים של כל החלקים נייר זה יושקו עקב התהליכים המורכבים.

  1. חומר, בגודל של צלחת אלקטרודה
    1. Fabricate האלקטרודה צלחות באמצעות 1.4 מ מ CCL FR-4 עם שכבה דקה נחושת של 35 מיקרומטר. ראה איור 1 עבור פרמטרים מפורטים של צלחת אלקטרודה.
  2. פרמטרים של האלקטרודות
    1. סדר הלוחות אלקטרודה מהמפעל. ראה איור 2 לפרטים נוספים-
  3. בדיקה של צלחת אלקטרודה
    1. לאחר ההכנה של צלחת אלקטרודה, השתמש מיקרוסקופ אלקטרוני לבחון את האלקטרודות על פגמים בולטים מתחת 100 X ו- 300 X הגדלה. שים לב כי כל פגמים זעירים על פני השטח של האלקטרודות יכול לגרום קצר במוח, כפי שמוצג באיור 3.
    2. בדוק ולמדוד את רוחב אלקטרודה ומרווח כדי לקבוע אם הדיוק ממד פוגש את הדרישה.
    3. לבדוק את הצלחת עם מד זרם כדי לראות אם קצר חשמלי מתרחשת.
  4. הכנה של צלחת תא
    1. לחתוך קצת ממברנה סיליקון בגודל צלחת אלקטרודה, כפי שמוצג באיור 4. לבחור ממברנות הסיליקון בעוביים שונים כדי להפוך קאמרית צלחות עם גבהים שונים.
    2. להשתמש בכלי מיוחד חבטות אגרוף החור קאמרית, כמוצג באיור 5.
  5. עיבוד של בעל
    1. להזמין בעל ממפעל. הפרמטרים מפורט מוצגים באיור 6-
  6. פבריקציה נוספת של צלחת כיסוי
    1. לקדוח 2 חורים בחלק העליון הצלחת לכסות באמצעות קידוח של המחשב כדי להתקין את צינורות כניסת ולשקע. ראה איור 7 שלהם המיקומים והגדלים.

2. הרכבה של Micropump

  1. שימוש אצטון לשטוף הצלחות, המחזיק, צינורות כניסת ולשקע וכלים אחרים המשמשים את הניסויים. לשים צלחות וכלים אלה בתוך גביע ויוצקים ואז מספיק אצטון 99.5% לטבול אותם. לשים את הספל בתוך למכונת הכביסה אולטראסוניות. הפעלת מכונת כביסה אולטראסוניות והגדר את הטיימר 5 דק
  2. להכניס צינורות נירוסטה כניסת ולשקע שני החורים על הצלחת לכסות.
  3. למקם צלחת קאמרית עשוי סיליקון קרום על הצלחת אלקטרודה, ואז לכסות את זה עם לוחית כיסוי.
  4. מחסנית, ליישר את הצלחת לכסות, את הצלחת קאמרית, האלקטרודה צלחת מלמעלה למטה והכנס את הצלחות מיושר לתוך בעל. בריח
    1. שימוש M5 לתקן את לוחיות הרישוי בתוך המחזיק. ראה את הפיצוץ הצגה התצוגה הרגילה של micropump התאספו, כפי שמוצג באיור 8 ו- 9 איור, בהתאמה.
    2. עיתונאים הלוחות יחד על ידי הידוק את המנעולים.
      הערה: את הצינורות, על החלל בצלחת קאמרית יהוו מעבר עבור הנוזל עבודה. הצלחת קאמרית אלסטי יכול גם לאטום את הפער בין הלוחות כדי למנוע את הנוזל זורם החוצה. לראות את התצוגה פיצוץ ואת התצוגה הרגילה של micropump התאספו באיור 8, איור 9, בהתאמה.
  5. להשתמש שני צינורות פוליאוריתן עם קטרים חיצוני של 4 מ מ, קטרים פנימי של 2 מ מ לחיבור צינורות נירוסטה כניסת ולשקע.
  6. לחבר מד זרם של מקור כוח V DC 500, את micropump בסדרה. להוסיף 1 mA הפתיל בין מד זרם את מקור הכוח להגן על מד זרם, במקרה micropump הוא הוריד.
  7. להוסיף את כניסת הצינור לתוך גביע 50 מ עם 20-30 מ של אצטון בפנים.
    הערה: איור 10 מציגה פלטפורמת שהושלמו.

3. ניתוח ניסיוני

  1. מכינה לעבוד לפני הניסוי
    1. להשתמש גליל כדי להזריק אצטון כדי למלא את micropump. לאחר רמת הנוזל יגיע הצינור לשקע, להמשיך להזריק 10 מ"ל של אצטון בפנים עד כל הבועות יידחפו מן התא.
      הערה: זה בלתי אפשרי לראות אם יש בועות עזב בתוך החדר, כי את הצלחת לכסות את צלחת אלקטרודה אינם שקופים. ברציפות הזרקת אצטון עוזר להסיר בועות, אך אין ביכולתה להבטיח כי אין בועות נותרו פנימה micropump. בועות עשויה לחסום את המעבר של נוזל, או שהם עשויים לקצר את המעגל ולגרום פיצוץ-מיקרו בתוך micropump, אשר ישרוף את האלקטרודות. ההשפעה של בועות על פעולת המשאבה אינה לגמרי ברורה עדיין, אך תסריטים הן גורמות נצפו מספר פעמים.
    2. שופכים 20-30 מ של אצטון לתוך כשהספל ולשים את כניסת הצינור בפנים הספל. להבטיח כי רמת הנוזל הוא לפחות 5 מ מ גבוה יותר לים כך אצטון יכול לזרום לתוך למשאבה אין אוויר יכול להישאב לתוך תא micropump.
  2. בדיקת לחץ סטטי
    1. לצרף את הצינור לשקע מסגרת קטנה כך הצינור יכול להישאר ישר ואנכי. לשים בסרגל לצד הצינור לשקע כדי למדוד את רמת הנוזל.
    2. להתחבר micropump את מקור הכוח.
    3. יתחיל בבדיקה על ידי לחיצה על המתג ולאחר מכן לסמן את רמת הנוזל הראשוני.
    4. לאחר רמת הנוזל יהפוך יציבה, להקליט את הזמן על רמת הנוזל הסופי, הזרם החשמלי.
    5. להמשיך להקליט את רמת נוזלים ואת הנוכחי כל 10 s עד micropump מתקלקלת.
  3. לזרום שיעור מבחן
    1. להשתמש צילינדר מדידה גדולים כדי לאסוף את הנוזל יוצא הצינור לשקע. להיות בטוח לתקן את הצינור לשקע כך הסוף נשאר באותו גובה בערך כמו רמת הנוזל במיכל.
    2. להתחבר micropump את מקור הכוח.
    3. יתחיל בבדיקה על ידי לחיצה על המתג ולאחר מכן לסמן את רמת הנוזל הראשוני.
    4. הנוזל יתחיל לזרום החוצה הצינור לשקע, להקליט עוצמת הקול של אצטון בתוך הגליל מדידה כל 10 s. ככל הניסוי עובר, להוסיף אצטון כשהספל לשמירה על רמת הנוזל.
  4. אמינות הבדיקה
    1. שימוש זמן העבודה הממוצע כדי להעריך את המהימנות של המשאבה. במהלך הבדיקה קצב זרימה המבחן לחץ סטטי, רשום את הזמן מבצע לפני המשאבה מתקלקלת. להקליט את התופעה מפורט של כל התמוטטות במהלך הניסוי ולבדוק את השטח צלחת אלקטרודה לאחר מכן לצורך ניתוח נוסף.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כמוצג באיור11, משאבת הלחץ וקצב הגוברת שלה עולים כאשר מגביר המתח. כאשר המתח מגיע 500 V, משאבת הלחץ מגיע 1,100 הפלסטינית.

לחץ סטטי המשאבה עולה עם הגובה קאמרית המשאבה גוברת כאשר גובה קאמרית הוא מתחת 0.2 מ מ. ההופעה משאבת מגיע הגבוהה כאשר גובה קאמרית הוא 0.2 מ מ. לאחר מכן, הלחץ הסטטי טיפות כאשר הגובה קאמרית ממשיך לגדול. הוא האמין שכי 0.2 מ מ הוא התמורה הטובה ביותר עבור גובה קאמרית. התוצאות מוצגות

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אחד השלבים הקריטיים בתוך הפרוטוקול הוא לבחון את צלחת אלקטרודה בקפידה. זיזים קטנים בשולי אלקטרודה עלולה להביא כאן קצר, תקינות השטח ולהשפיע רבות על משאבת ביצועים. הניקוי של צלחת אלקטרודה, מחזיק הוא גם מאוד חשוב. גובה תא אלקטרודה היא פחות מ 1 מ"מ, חלקיקי אבק קטנים עלול לחסום את זרימת הנוזל לעבוד ולגרום כאן קצר. לפני המבחן, הזרקת אצטון לתוך החדר ניתן להסיר את הבועות מחוץ לתא.

הביצועים של micropump יכול להיות מושפע קשות על-ידי הגובה של הקאמרית. כדי למנוע השפעה כזאת, הצלחת קאמרית אלסטי יכול להיות מו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו התקיים בחסות את נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (51375176); קרן מדעי הטבע מחוזי גואנג-דונג של סין (2014A030313264); המדע והטכנולוגיה תכנון פרויקט של בפרובינצית גואנג-דונג, סין (2014B010126003).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
DC ספק כוח מתח גבוהNanTong Jianuo חברת מכשירים חשמלייםGY-WY500-1
נתיך-
מנקה אולטרסאונדחברת מכשירים קוליים Derui-
ברזל הלחמה--
אמפרמטר-85C1-MA

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kazemi, P. Z., Selvaganapathy, P. R., Ching, C. Effect of micropillar electrode spacing on the performance of electrohydrodynamic micropumps. J Electrostat. 68 (4), 376-383 (2010).
  2. Kano, I., Nishina, T. Effect of electrode arrangements on EHD conduction pumping. IEEE Trans Ind Appl. 49 (2), 679-684 (2013).
  3. Laser, D. J., Santiago, J. G. A review of micropumps. J Micromech Microeng. 14 (6), R35(2004).
  4. Fylladitakis, E. D., Theodoridis, M. P., Moronis, A. X. Review on the history, research, and applications of electrohydrodynamics. IEEE Trans Plasma Sci. 42 (2), 358-375 (2014).
  5. Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. Effect of Charge Mobility on Electric Conduction Driven Dielectric Liquid Flow. Electrostatics Joint Conf. , (2009).
  6. Gharraei, R., Esmaeilzadeh, E., Hemayatkhah, M., Danaeefar, J. Experimental investigation of electrohydrodynamic conduction pumping of various liquids film using flush electrodes. J Electrostat. 69 (1), 43-53 (2011).
  7. Gharraei, R., Esmaeilzadeh, E., Nobari, M. R. H. Numerical investigation of conduction pumping of dielectric liquid film using flush-mounted electrodes. Theor Comp Fluid Dyn. 28 (1), 89(2014).
  8. Jeong, S. -I., Seyed-Yagoobi, J. Experimental study of electrohydrodynamic pumping through conduction phenomenon. J Electrostat. 56 (2), 123-133 (2002).
  9. Seyed-Yagoobi, J. Electrohydrodynamic pumping of dielectric liquids. J Electrostat. 63 (6), 861-869 (2005).
  10. Hojjati, M., Esmaeilzadeh, E., Sadri, B., Gharraei, R. Electrohydrodynamic conduction pumps with cylindrical electrodes for pumping of dielectric liquid film in an open channel. Colloid Surface A. 392 (1), 294-299 (2011).
  11. Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. Numerical investigation of electrohydrodynamic-conduction pumping of liquid film in the presence of evaporation. J Heat Trans-T ASME. 131 (1), 011602(2009).
  12. Vafaie, R. H., Ghavifekr, H. B., Lintel, H., Brugger, J., Renaud, P. Bi-directional AC electrothermal micropump for on-chip biological applications. Electrophoresis. 37 (5-6), 719-726 (2016).
  13. Pearson, M. R., Seyed-Yagoobi, J. Experimental Study of Linear and Radial Two-Phase Heat Transport Devices Driven by Electrohydrodynamic Conduction Pumping. J Heat Trans-T ASME. 137 (2), 022901(2015).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Conduction MicropumpFR 4 Copper cladChamber DimensionsAcetone Working FluidPerformance Testing PlatformStatic Pressure TestFlow Rate TestChamber Height OptimizationElectrode Plate AssemblyUltrasonic Cleaning

מאמרים קשורים