Fabbricazione e caratterizzazione dei dispositivi piezoelettrici della modalità Thickness per atomizzazione e acoustofluidica

Queste tecniche possono essere utilizzate per rispondere a domande sulla frequenza di risonanza, l'eccitazione della modalità vibrazionale, l'ampiezza delle vibrazioni e il modo in cui i trasduttori con queste caratteristiche si vengono comportati come atomizzatori. Con le informazioni fornite da queste analisi, è possibile quantificare rigorosamente gli effetti di variabili indipendenti ed esperimenti che coinvolgono trasduttori in modalità spessore. Questa tecnica consente lo sviluppo di dispositivi che possono essere utilizzati per atomizzare farmaci per il trattamento di malattie respiratorie come la polmonite.

Questi metodi sono utili per caratterizzare i fenomeni di atomizzazione e possono essere applicati allo studio delle onde capillari sulla superficie di una goccia. Poiché molti fattori concorrenti devono essere bilanciati, può essere difficile ottenere un'atomizzazione continua. Regolare l'ingresso di potenza, la posizione dello stoppino e l'orientamento dello stoppino e osservare come cambia il comportamento.

Molte di queste tecniche sono semplici da eseguire dopo la dimostrazione, ma richiedono una certa destrezza e consapevolezza spaziale che non si imbattono nel testo. Per assemblare un supporto trasduttore personalizzato, saldare due contatti a molla di montaggio superficiale a ciascuno dei due circuiti stampati personalizzati e ritagliare i contatti esterni in modo che non cortocircuitno il circuito. Premere inserire le punte nei fori placcati sulle schede personalizzate in modo che le punte puntino l'una dall'altra.

Utilizzare distanziale e viti per collegare i due circuiti stampati personalizzati in modo che i contatti siano solo a contatto tra loro. Regolare la spaziatura con rondelle di plastica in base alle esigenze. Quindi far scorrere un trasduttore di 3 x 10 millimetri tra la coppia interna di contatti.

Per identificare la frequenza di risonanza mediante analisi di impedenza, collegare un trasduttore alla porta aperta dell'analizzatore di rete e selezionare il parametro del coefficiente di riflessione S11 tramite l'interfaccia utente dell'analizzatore di rete. Selezionare l'intervallo di frequenza di interesse ed eseguire lo sweep di frequenza. Quindi selezionare Salva richiamo e salva i dati di traccia per esportare i dati in un programma software di elaborazione dati appropriato per identificare le posizioni minime precise.

Per caratterizzare la vibrazione da parte di LDV, posizionare un trasduttore nel contatto della piastra pogo sullo stadio LDV e collegare la sonda pogo conduce al generatore di segnale. Assicurarsi che l'obiettivo corretto sia selezionato nel software di acquisizione e focalizzare il microscopio sulla superficie del trasduttore. Selezionare definisci punti e impostazioni di scansione.

Una scansione a un singolo punto conferisce all'utente ampiezza delle vibrazioni in un singolo punto. Per determinare la modalità di vibrazione e la risonanza, è necessario eseguire una scansione dell'area. Nella scheda generale selezionare l'opzione FFT o ora a seconda che l'analisi venga eseguita nel dominio della frequenza o del tempo e impostare il numero di medie.

Nella scheda canale, assicurarsi che le caselle attive siano selezionate e regolare i canali di riferimento e incidente per selezionare la potenza massima del segnale dal substrato. Nella scheda generatore, se la misurazione viene eseguita sotto un singolo segnale di frequenza, selezionare Seno dall'elenco a discesa della forma d'onda. Se si tratta di una singola banda, selezionare MultiCarrierCW.

Quindi, nella scheda frequenza, modificare la larghezza di banda e le linee FFT per regolare la risoluzione di scansione per una scansione del dominio di frequenza. Se vengono eseguite le misurazioni del dominio del tempo, modificare la frequenza del campione nella scheda ora. Per creare il sistema di alimentazione dei fluidi, selezionare uno stoppino lungo 25 millimetri di diametro di 2 millimetri composto da un fascio di fibre di un polimero idrofilo progettato per trasportare liquido acquiesce.

Tagliare un'estremità dello stoppino in modo che formi una punta asimmetrica e quindi inserirla in una siringa di blocco Luer con la capacità desiderata, consentendo allo stoppino di estendersi a 15 millimetri oltre la fine. Bloccare una punta della siringa sulla siringa fornendo una vestibilità aderente intorno allo stoppino e montare l'assieme in modo che lo stoppino sia da 10 a 90 gradi dall'orizzontale e la punta dello stoppino sia appena a contatto con il bordo del trasduttore. Quindi riempire la siringa con acqua.

Impostare la tensione su zero e applicare un segnale di tensione continua alla frequenza di risonanza determinata utilizzando l'analizzatore di impedenza. Aumentare la tensione fino a quando il liquido non viene atomizzato continuamente senza che il dispositivo si allaga o si asciughi. Se le regolazioni suggerite falliscono, irrogitare completamente la superficie dorata del trasduttore vicino al punto di contatto dello stoppino con carta vetrata fine senza rimuovere completamente l'oro.

Per osservare la dinamica del dispositivo tramite l'imaging ad alta velocità, montare rigidamente una telecamera ad alta velocità orizzontalmente su un tavolo ottico e posizionare un trasduttore in contatto con la piastra pogo su uno stadio XYZ vicino alla lunghezza focale della fotocamera. Posizionare una sorgente luminosa diffusa di almeno una lunghezza focale sul lato opposto del trasduttore dalla fotocamera e utilizzare una pipetta per posizionare una caduta di sessile sulla superficie del trasduttore. Regola la messa a fuoco della fotocamera e la posizione XYZ per portare il campione di fluido a fuoco nitido e selezionare una frequenza fotogrammi che sia almeno il doppio di questa frequenza in base alla frequenza nyquist per evitare l'aliasing.

Regolare l'intensità della luce, l'otturatore della fotocamera o entrambi per ottimizzare il contrasto tra il fluido e lo sfondo. Quindi collegare clip di alligatore dal generatore di segnale amplificato ai cavi della sonda pogo e catturare il fenomeno attivando contemporaneamente il video nel software della fotocamera e applicando il segnale di tensione. Per l'analisi dello scattering laser delle dimensioni delle goccioline, regolare i moduli di trasmissione laser e ricezione laser lungo la rotaia del sistema di scattering laser con uno spazio da 20 a 25 centimetri tra i due moduli.

Montare rigidamente una piattaforma in questo spazio in modo tale che quando il trasduttore e gli assiemi di alimentazione del fluido sono posizionati su di essa, la nebbia atomizzata verrà espulsa nel percorso del raggio laser. Per facilitare questo allineamento, accendere il raggio laser e selezionare gli strumenti, il controllo laser e il laser. Fissare il foro del trasduttore alla piattaforma.

Fissare l'assieme di alimentazione del fluido a un braccio articolato. Posizionare l'assieme di alimentazione del fluido in modo che la punta dello stoppino sia appena a contatto con il bordo del trasduttore e utilizzare clip di alligatore per collegare la sorgente del segnale ai terminali di picco sul supporto del trasduttore e fare clic su una nuova procedura operativa standard nel software del sistema di scattering laser. Impostare il modello su continuo predefinito e il periodo di campionamento su 1.

In Gestione dati fare clic sul profilo di spruzzatura per impostare la lunghezza del tracciato su 20 millimetri. Fare clic su allarmi per deselezionare l'utilizzo dei valori predefiniti e impostare la trasmissione minima su 5 e 1% e lo scattering minimo su 50 e 10. Una volta impostati tutti i parametri, fare clic su Avvia procedura operativa standard e selezionare la procedura creata.

Riempire il serbatoio di alimentazione del fluido con acqua fino al livello desiderato e notare il volume. Una volta avviata la misurazione, accendere il segnale di tensione e avviare il cronometro non appena inizia l'atomizzazione. Una volta che il volume desiderato di fluido è stato atomizzato, spegnere il segnale di tensione durante l'arresto del cronometro e registrare il volume finale.

Nell'istogramma di misura risultante, selezionare la parte dei dati durante la quale l'atomizzazione si stava verificando come previsto e il segnale al ricevitore era abbastanza forte da essere statisticamente significativo. Fare clic su media e ok per generare una distribuzione in base ai dati selezionati. Quindi copiare e i dati in un file di testo e salvarli con un nome di file appropriato.

La caratterizzazione di questi dispositivi include la determinazione della frequenza risonante e delle armoniche utilizzando un analizzatore di impedenza. In questa analisi rappresentativa, la frequenza fondamentale dei dispositivi è stata trovata vicina a sette megahertz come previsto dallo spessore del substrato. Un'ulteriore caratterizzazione utilizzando la vibrometria Doppler laser senza contatto può essere utilizzata per determinare la grandezza e lo spostamento del substrato, che di solito si trova nell'intervallo nanometrico.

Inoltre, la vibrazione delle goccioline può essere valutata mediante imaging ad alta velocità e la dinamica di atomizzazione può essere determinata misurando la distribuzione delle dimensioni delle goccioline. Ricorda che per ottenere l'atomizzazione, il trasduttore deve funzionare a una frequenza di risonanza in modalità spessore. Se il dispositivo ha prestazioni insufficienti, potresti non essere alla frequenza corretta.

Utilizzando questo protocollo come base, molti parametri della modalità spessore possono essere variati e confrontati come lo spessore degli elettrodi o le dimensioni lateralmente. Dopo aver stabilito questo protocollo con acqua, i trasduttori in modalità spessore possono ora essere utilizzati con altri fluidi per applicazioni come la somministrazione polmonare di farmaci, il raffreddamento e la codifica.