Name: Una piattaforma di test delle prestazioni per una conduzione Micropump con una piastra elettrodo rivestito di rame FR-4 (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 46 s
Description: Scopri come fabbricare una micropompa a conduzione con elettrodi simmetrici su laminato FR-4 rivestito di rame per testare l'influenza delle dimensioni della camera sulle prestazioni. Questo metodo a basso costo opera a bassa tensione.

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Questo lavoro è stato sponsorizzato dalla National Natural Science Foundation of China (51375176); la Fondazione di scienza naturale provinciale di Guangdong della Cina (2014A030313264); Scienza e tecnologia di pianificazione del progetto della provincia del Guangdong, Cina (2014B010126003).

Attenzione: si prega di consultare tutte le schede di dati di sicurezza (MSDS) prima dell'uso. Acetone è altamente infiammabile e può causare irritazione degli occhi e delle vie respiratorie. La tensione coinvolti è alta come alcune centinaia di volt; quindi, scintille elettriche sono attesi nel condurre l'esperimento. Svolgere gli esperimenti in una stanza con buona ventilazione per evitare esplosioni e fuoco dalle scintille.
 1. fabbricazione delle piastre e titolare Nota: In questo lavoro, i piatti dell'elettrodo e il titolare sono fabbricati da una linea di produzione in una fabbrica. Solo il materiale e i parametri di tutte le parti in questa carta saranno introdotto a causa dei processi complicati.
Piastre <ol><li>materiale e le dimensioni della piastra dell'elettrodo <ol><li>fabbrichi l'elettrodo con 1,4 mm CCL FR-4 con un sottile strato di rame di 35 µm. Vedere la Figura 1 per i parametri dettagliati della piastra dell'elettrodo.</li>
	</ol></li> <li>Parametri degli elettrodi <ol><li>ordine piastre degli elettrodi dalla fabbrica. Per ulteriori informazioni, vedere Figura 2.</li>
	</ol></li> <li>Ispezione della piastra dell'elettrodo <ol><li>dopo la preparazione della piastra dell'elettrodo, utilizzare un microscopio elettronico per controllare gli elettrodi per eventuali difetti evidenti sotto 100 X e 300 ingrandimenti. Si noti che eventuali piccoli difetti sulla superficie degli elettrodi possono causare corto circuiti, come mostrato nella Figura 3.</li>
		<li>Ispezionare e misurare la larghezza di elettrodo e spaziatura per determinare se la precisione di dimensione soddisfa il requisito di.</li>
		<li>Prova la piastra con un amperometro per vedere se si verifica un cortocircuito elettrico.</li>
	</ol></li> <li>Preparazione della piastra camera <ol><li>tagliare alcuni membrana di silicone per la stessa dimensione come la piastra elettrodo, come mostrato nella Figura 4. Scegliere membrane in silicone con diversi spessori di rendere piastre della camera con diverse altezze.</li>
		<li>Utilizzare un attrezzo di perforazione speciale di pugno del foro di alloggiamento, come mostrato nella Figura 5.</li>
	</ol></li> <li>Elaborazione del titolare <ol><li>ordinare il titolare da una fabbrica. I parametri dettagliati sono riportati nella Figura 6.</li>
	</ol></li> <li>Fabbricazione della piastra di copertura <ol><li>praticare due fori sulla parte superiore della piastra di copertura utilizzando una perforazione macchina per installare i tubi di entrata e di uscita. Vedere la Figura 7 per le loro posizioni e dimensioni.</li>
	</ol></li></ol> 2. Assemblea della micropompa <ol><li>acetone uso per lavare tutti i piatti, il titolare, i tubi di entrata e di uscita e altri strumenti utilizzati negli esperimenti. Mettere questi strumenti e piastre all'interno di un bicchiere e poi versare abbastanza 99,5% di acetone per immergerli. Porre il becher all'interno le lavatrici ad ultrasuoni. Accendere la lavatrice ad ultrasuoni e impostare il timer per 5 min.</li>
	<li>Inserire i tubi di aspirazione e mandata in acciaio inox nei due fori sulla piastra di copertura.</li>
	<li>Mettere una piastra camera di membrana di silicone sulla piastra elettrodo e poi coprire con il coperchio.</li>
	<li>Pila e allineare la piastra di copertura, la piastra di camera e l'elettrodo piatto dall'alto verso il basso e inserire le piastre allineate nel fermo.
	Bullone <ol><li>uso un M5 per fissare le piastre all'interno del supporto. Vedere la vista di esplosione e visualizzazione normale della micropompa assemblata, come illustrato nella Figura 8 e Figura 9, rispettivamente.</li>
		<li>Premere le piastre insieme serrando i bulloni. 
		Nota: I tubi e la cavità sulla piastra camera formerà un passaggio per il liquido di esercizio. La piastra di alloggiamento elastico può anche sigillare il divario tra le piastre per impedire la fuoriuscita di liquido. Vedere la vista di esplosione e la visualizzazione normale della micropompa assemblata nella Figura 8 e Figura 9, rispettivamente.</li>
	</ol></li> <li>Usare due tubi in poliuretano con diametro esterno da 4 mm e diametro interno di 2 mm per collegare i tubi di aspirazione e mandata in acciaio inox.</li>
	<li>Collegare un amperometro, alimentazione a 500 V CC e la micropompa in serie. Inserire un 1 fusibile tra l'amperometro e la fonte di energia per proteggere l'amperometro, nel caso in cui la micropompa è cortocircuitata.</li>
	<li>Inserire il tubo di alimentazione in un becher da mL 50 con 20-30 mL di acetone all'interno. 
	Nota: La figura 10 Mostra la piattaforma completata.</li>
</ol> 3. Procedura sperimentale <ol><li>lavori preparatori prima dell'esperimento <ol><li>utilizzare un cilindro per iniettare acetone a riempire la micropompa. Dopo il livello del liquido raggiunge il tubo di scarico, continuare a iniettare 10 mL di acetone all'interno fino a quando tutte le bolle sono spinti lontano della camera. 
		Nota: È Impossibile vedere se ci sono eventuali bolle lasciato all'interno della camera perché la piastra di copertura e l'elettrodo non sono trasparenti. Continuamente iniettando acetone aiuta a rimuovere le bolle, ma non può garantire che nessun bolle sono lasciato all'interno della micropompa. Bolle possono bloccare il passaggio di liquido, o possono corto circuiti e causare una micro-esplosione all'interno la micropompa, che brucerà gli elettrodi. L'effetto delle bolle sul funzionamento della pompa non è ancora completamente chiaro, ma i guasti che provocano sono stati osservati diverse volte.</li>
		<li>Versare 20-30 mL di acetone nel contenitore e mettere il tubo di alimentazione dentro il bicchiere. Assicurarsi che il livello del liquido è superiore all'ingresso di almeno 5 mm in modo che acetone può fluire nella pompa e aria non può essere aspirata nella camera di micropump.</li>
	</ol></li> <li>Pressione statica di prova <ol><li>collegare il tubo di scarico per una piccola cornice, in modo che il tubo flessibile possono rimanere dritto e verticale. Mettere un righello lungo il tubo di scarico per misurare il livello del liquido.</li>
		<li>Collegare la micropompa alla fonte di alimentazione.</li>
		<li>Avviare il test premendo l'interruttore e quindi segnare il livello del liquido iniziale.</li>
		<li>Dopo il livello del liquido diventa stabile, registrare il tempo, il livello del liquido finale e la corrente elettrica.</li>
		<li>Continuare a registrare il livello del liquido e la corrente ogni 10 s fino a quando si rompe la micropompa.</li>
	</ol></li> <li>Nel test di velocità di flusso <ol><li>utilizzare un grande cilindro graduato per raccogliere il liquido che esce il tubo di scarico. Assicurarsi di fissare il tubo di scarico in modo che alla fine rimane alla stessa altezza come il livello del liquido nel becher.</li>
		<li>Collegare la micropompa alla fonte di alimentazione.</li>
		<li>Avviare il test premendo l'interruttore e quindi segnare il livello del liquido iniziale.</li>
		<li>Come il liquido inizia a fuoriuscire il tubo di scarico, registrare il volume di acetone all'interno del cilindro di misura ogni 10 s. Come l'esperimento va avanti, aggiungere acetone Becher per mantenere il livello del liquido.</li>
	</ol></li> <li>Test di affidabilità
	<ol><li>Uso l'orario di lavoro medio per valutare l'affidabilità della pompa. Durante il test della velocità di flusso e la prova di pressione statica, è necessario registrare il tempo di funzionamento prima che la pompa si rompe. Registrare i fenomeni dettagliati di ciascuna ripartizione durante l'esperimento e ispezionare la superficie della piastra elettrodo in seguito per ulteriori analisi.</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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Una delle fasi critiche all'interno del protocollo è di controllare accuratamente la piastra elettrodo. Piccole sbavature sul bordo di un elettrodo possono provocare un corto circuito, e l'integrità della superficie possa influenzare notevolmente le prestazioni della pompa. La pulizia della piastra elettrodo e titolare è anche molto importante. L'altezza della camera dell'elettrodo è inferiore a 1 mm, quindi piccole particelle di polvere possono bloccare il flusso di lavoro liquido e provocare un corto circuito. Prima de...

Micropompe può guidare il flusso di liquido su una scala molto più piccola rispetto alle maggior parte delle pompe. Negli ultimi anni, vari schemi di guida sono state applicate con successo a microfluidic sistemi1,2,3,4,5. La pompa idrodinamiche (EHD) può esercitare forze direttamente sul liquido, senza parti in movimento, che lo rende più semplici e più facili da fabbricare6. Secondo i tipi di carica, EHD pompe possono essere classificati come pompe iniezione, pompe di induzione o pompe di conduzione. Pompe di induzione non funzionano sui liquidi isotermici, mentre le pompe iniezione cambiare la conduttività liquida. Perché mancano di tali problemi, pompe di conduzione sono più stabili e hanno un'applicazione più ampia.
La pompa di conduzione è basata sulla mancata corrispondenza dei tassi dissociazione e ricombinazione di molecole liquide. Normalmente, il processo di dissociazione e ricombinazione può essere espressa come segue7,8: 
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/55867/55867eq1.jpg"> dove il tasso di ricombinazione kr è costante, mentre il tasso di dissociazione kd è una funzione della resistenza del campo elettrico. Quando l'intensità del campo elettrico raggiunge un determinato valore, il tasso di dissociazione supererà il tasso di ricombinazione. Quindi, spese più libere in viaggio per i due elettrodi di polarità opposta e la forma di strati di heterocharge. Questi strati di heterocharge sono la chiave per la pompa, come il movimento delle cariche spinge in avanti le molecole di liquide. Di conseguenza, forza di corpo netto può essere generato nel liquido all'interno della camera utilizzando elettrodi asimmetrici o la mancata corrispondenza della mobilità degli ioni positivi e negativi9,10,11,12 .
Questo lavoro introduce un nuovo modo di fabbricare una piastra elettrodo planare simmetrica per una pompa di conduzione. Piastra dell'elettrodo è preparata il CCL FR-4, e la camera della pompa è preparata da microlavorazioni. I processi di fabbricazione sono relativamente più semplice e più conveniente rispetto a quelli di altri metodi di produzione, quali nanolitografia. Una piattaforma di test è impostata per analizzare le performance della micropompa di conduzione in condizioni diverse. Inoltre, l'affidabilità della micropompa di conduzione è anche studiato in diverse circostanze.

<table><tbody><tr><td>Amperometro-85C1-MA</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Alimentatore CC ad alta tensione</td><td>NanTong Jianuo azienda di dispositivi elettrici</td><td>GY-WY500-1</td><td></td></tr><tr><td>Fusibile</td> <td>-</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Pulitore ad ultrasuoni</td><td>Derui azienda</td><td></td><td></td> di dispositivi ad ultrasuoni</tr> - <tr><td>Saldatore</td><td></td> -<td>-</td><td></td></tr></tbody></table>

una piattaforma di test delle prestazioni per una conduzione micropump con una piastra elettrodo rivestito di rame fr-4

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

Qui, è realizzato con una micropompa conduzione con coppie simmetriche elettrodo planare preparato sul laminato rame-placcato ignifugo Vetroresina epossidica (FR-4) (CCL). Esso è utilizzato per studiare l'influenza delle dimensioni della camera sulle prestazioni di una micropompa di conduzione e per determinare l'affidabilità della pompa di conduzione quando acetone è usato come il fluido di lavoro. È istituita una piattaforma di test per valutare le prestazioni di conduzione micropompa in condizioni diverse. Quando l'altezza della camera è di 0,2 mm, la pressione della pompa raggiunge il valore di picco.

Come illustrato nella Figura 11, la pressione della pompa e il suo tasso crescente aumento quando la tensione aumenta. Quando la tensione raggiunge 500 V, la pressione raggiunge i 1.100 PA.
La pressione statica pompa aumenta con l'altezza della camera pompa ad aumentare quando l'altezza della camera è inferiore a 0,2 mm. Le prestazioni della pompa raggiunge il suo punto più alto quando l'altezza del...

Questa carta presenta un protocollo per la realizzazione di una conduzione micropump usando elettrodi planari simmetrici sul laminato rame-placcato ignifugo Vetroresina epossidica (FR-4) (CCL) per testare l'influenza di dimensioni camera sulle prestazioni di un micropump conduzione.

Una piattaforma di test delle prestazioni per una conduzione Micropump con una piastra elettrodo rivestito di rame 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 ...

L'obiettivo generale di questo esperimento è realizzare una micropompa a conduzione utilizzando elettrodi piani simmetrici su un laminato in rame rivestito di resina epossidica rinforzata con vetro e autoestinguenti, al fine di verificare l'influenza delle dimensioni della camera sulle prestazioni di una micropompa a conduzione. Il principale vantaggio di questa tecnica è che la tensione impiegata è relativamente bassa, di alcune centinaia di volt. Inoltre, il costo di fabbricazione è relativamente contenuto.Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sul meccanismo della pompa a conduzione, può essere applicato anche a molti altri sistemi, come i sistemi di somministrazione endovenosa e i sistemi di micro-raffreddamento. Per iniziare, posizionare la piastra all'interno del becher con la superficie dell'elettrodo rivolta verso il basso, al fine di rimuovere piccole particelle come la polvere dalla superficie della piastra. Inoltre, posizionare all'interno del becher il supporto, i tubi di ingresso e di uscita e gli altri strumenti utilizzati negli esperimenti.Quindi versare una quantità sufficiente di acetone al 99,5 per cento per immergere gli oggetti. Posizionare il becher all'interno del lavatore ad ultrasuoni e accenderlo per cinque minuti. Successivamente, inserire i tubi in acciaio inox di ingresso e uscita nei due fori della piastra di copertura.Posizionare una piastra per camera realizzata in membrana di silicone sulla piastra elettrodo, quindi coprirla con una piastra di chiusura. Impilare e allineare la piastra di chiusura, la piastra per camera e la piastra elettrodo dall'alto verso il basso e inserire le piastre allineate nel supporto. Utilizzare un bullone M2 per fissare le piastre all'interno del supporto.Premere le piastre insieme serrando i bulloni. Successivamente, utilizzare due tubi in poliuretano con diametro esterno di quattro millimetri e diametro interno di due millimetri per collegare i tubi in acciaio inossidabile di ingresso e uscita. Collegare un amperometro, una fonte di alimentazione in corrente continua da 500 volt e la micropompa in serie.Inserire quindi un fusibile da un milliampere tra l'amperometro e la fonte di alimentazione per proteggere l'amperometro nel caso in cui la micropompa venga in cortocircuito. Infine, inserire il tubo di ingresso in un becher da 50 millilitri contenente da 20 a 30 millilitri di acetone. Per prepararsi all'esperimento, utilizzare un cilindro per prelevare l'acetone necessario a riempire la micropompa.Una volta che il livello del liquido raggiunge il tubo di uscita, continuare a estrarre dieci millilitri di acetone all'interno finché tutte le bolle non vengono espulse dalla camera. Aspirare ripetutamente l'acetone dalla pompa e quindi reiniettarlo senza introdurre aria all'interno della pompa, al fine di aiutare la rimozione delle bolle. Per eseguire il test di pressione statica, collegare il tubo di uscita a un telaio piccolo in modo che il tubo rimanga dritto e verticale.Posizionare un righello lungo il tubo di uscita per misurare il livello del liquido. Collegare la micropompa alla fonte di alimentazione. Iniziare il test aumentando la tensione a 500 volt e quindi segnare il livello iniziale del liquido.Dopo che il livello del liquido diventa stabile, registrare il tempo, il livello finale del liquido e la corrente elettrica. Continuare a registrare il livello del liquido e la corrente ogni dieci secondi fino al malfunzionamento della micropompa. Per eseguire il test della portata, utilizzare un cilindro graduato di grandi dimensioni per raccogliere il liquido in uscita dal tubo di uscita.Assicurarsi di fissare il tubo di uscita in modo che l'estremità rimanga alla stessa altitudine del livello del liquido nel becher. Accendere l'alimentazione elettrica. Iniziare il test aumentando la tensione a 500 volt, quindi segnare il livello iniziale del liquido.Mentre il liquido inizia a fuoriuscire dal tubo di uscita, registrare il volume dell'acetone all'interno del cilindro graduato ogni dieci secondi. Man mano che l'esperimento prosegue, aggiungere acetone al becher per mantenere costante il livello del liquido. Qui viene mostrato l'aumento della pressione della pompa con l'aumento della tensione.Quando la tensione raggiunge i 500 volt, la pressione della pompa raggiunge 1.100 pascal. La pressione statica della pompa aumenta con l'altezza della camera della pompa. Le prestazioni della pompa raggiungono il massimo quando l'altezza della camera è di 0,2 millimetri.Quindi la pressione statica diminuisce quando l'altezza della camera continua ad aumentare. Sulla base di questi risultati, 0,2 millimetri è considerato il valore ottimale per l'altezza della camera. Aumentando la lunghezza della camera, la pressione statica aumenta, con una pendenza elevata fino a una lunghezza di 23 millimetri.Successivamente continua a salire con una pendenza minore, indicando un aumento graduale. Si osserva una leggera diminuzione della pressione statica rispetto alla larghezza della camera quando la larghezza della camera aumenta da due millimetri a tre millimetri. Successivamente, la pressione statica rimane costante al crescere della larghezza della camera.Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in mezz'ora se effettuata correttamente. Dopo aver visto questo video, dovreste avere una buona comprensione di come allestire una piattaforma e verificare le prestazioni di una micropompa a conduzione. Non dimenticate che lavorare con l'acetone può essere pericoloso e che precauzioni come l'uso di guanti di gomma devono essere sempre adottate durante l'esecuzione di questa procedura.Abbiamo dimostrato che la dimostrazione di questo metodo è fondamentale. Un cortocircuito potrebbe verificarsi durante l'esperimento se i passaggi di lavaggio e ispezione non vengono eseguiti con attenzione.

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