Methodenartikel

Een Performance-testing Platform voor een geleiding Micropump met een plaat van de FR-4 koper beklede elektrode

DOI:

10.3791/55867

⸱

9 oktober 2017

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

In dit artikel

Samenvatting

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

Dit document stelt een protocol voor de fabricage van een geleiding micropump met symmetrische vlakke elektroden op vlamvertragend glas-versterkt epoxy (FR-4) koper-geklede laminaat (CCL) voor het testen van de invloed van de afmetingen van de kamer op de prestaties van een geleiding micropump.

Samenvatting

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

Hier, wordt een geleiding micropump met symmetrische vlakke elektrode paren bereid op vlamvertragend glas-versterkt epoxy (FR-4) koper-geklede laminaat (CCL) vervaardigd. Het wordt gebruikt om te onderzoeken de invloed van de afmetingen van de kamer op de prestaties van de micropump van een geleiding en de betrouwbaarheid van de geleiding pomp bepalen wanneer aceton wordt gebruikt als het werkmedium. Een test platform is ingesteld om geleiding micropump prestaties onder verschillende omstandigheden te evalueren. Wanneer de hoogte van de kamer 0,2 mm is, bereikt de pompdruk de piekwaarde.

Inleiding

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

Micropumps kan vloeibare stroom rijden op een veel kleinere schaal dan de meeste pompen. In de afgelopen jaren zijn diverse drijvende regelingen met succes toegepast op microfluidic systemen1,2,3,4,5. De electrohydrodynamic (EHD) pomp kan uitoefenen troepen direct op de vloeistof, zonder bewegende delen, waardoor het eenvoudiger en gemakkelijker te fabriceren van6. Volgens de kosten-types, kunnen EHD pompen worden geclassificeerd als injectie pompen, inductie pompen of geleiding pompen. Inductie pompen werken niet op isothermische vloeistoffen, terwijl injectie pompen de vloeibare geleidbaarheid veranderen. Wegens hun gebrek aan dergelijke problemen, geleiding pompen zijn meer stabiel en hebben een bredere toepassing.

De pomp van de geleiding is gebaseerd op de wanverhouding van de dissociatie en recombinatie tarieven van vloeibare moleculen. Normaal, kan het proces van dissociatie en recombinatie worden uitgedrukt als volgt7,-8:
figure-introduction-1
waar is de recombinatie tarief kr is constant, terwijl de dissociatie tarief kd een functie van de elektrische veldsterkte is. Wanneer de elektrische veldsterkte een bepaalde waarde bereikt, de dissociatie tarief zal hoger zijn dan de recombinatie. Vervolgens reizen meer en meer gratis kosten naar de twee elektroden van tegenovergestelde polariteit en heterocharge lagen vorm. Deze heterocharge lagen zijn de sleutel tot de pomp, zoals het verkeer van de kosten de vloeibare moleculen vooruit duwt. Daarom kan net lichaam kracht worden gegenereerd in de vloeistof in de vergaderzaal met asymmetrische elektroden of de wanverhouding van de mobiliteit van positieve en negatieve ionen9,10,11,12 .

Dit werk introduceert een nieuwe manier van fabriceren van een symmetrische vlakke elektrode plaat voor een pomp van geleiding. De elektrode plaat FR-4 CCL is opgesteld, en de kamer van de pomp wordt bereid door Microbewerking. De fabricage processen zijn relatief eenvoudiger en handiger dan die van andere productiemethoden, zoals nanolithography. Een test platform is ingesteld om te onderzoeken van de prestaties van de geleiding micropump onder verschillende omstandigheden. Bovendien, de betrouwbaarheid van de micropump van de geleiding is ook onderzocht onder verschillende omstandigheden.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS) vóór gebruik. Aceton is zeer ontvlambaar en kan irritatie aan de ogen en luchtwegen veroorzaken. De spanning die betrokken is zo hoog als verscheidene duizend volt; Vandaar, elektrische vonken worden verwacht bij het uitvoeren van het experiment. Voeren van de experimenten in een kamer met goede ventilatie te voorkomen van explosies en vuur van de vonken.

1. fabricage van de platen en de houder

Opmerking: In dit werk, de elektrode platen en houder zijn vervaardigd door een productielijn in een fabriek. Alleen het materiaal en de parameters van alle onderdelen van dit document zal worden ingevoerd als gevolg van de ingewikkelde processen.

  1. Materiaal en grootte van de elektrode plaat
    1. Fabricate de elektrode platen met 1.4 mm FR-4 CCL met een dun laagje koper 35 µm. Zie afbeelding 1 voor gedetailleerde parameters van de elektrode plaat.
  2. Parameters van de elektroden
    1. bestellen van de elektrode platen uit de fabriek. Zie Figuur 2 voor meer details.
  3. Inspectie van de elektrode plaat
    1. na de voorbereiding van de elektrode-plaat, een elektronenmicroscoop te gebruiken om te controleren van de elektroden voor enige merkbare gebreken onder X 100 en 300 X vergroting. Merk op dat eventuele kleine gebreken op het oppervlak van de elektroden kan kortsluiting, zoals afgebeeld in Figuur 3.
    2. Inspecteren en meten van de elektrode breedte en afstand om te bepalen of de dimensie nauwkeurigheid voldoet aan de eis.
    3. Testen van de plaat met een amperemeter om te zien of een elektrische kortsluiting optreedt.
  4. Voorbereiding van de kamer plaat
    1. sommige siliconen membraan knippen op de zelfde grootte als de elektrode plaat, zoals weergegeven in Figuur 4. Siliconen membranen met verschillende diktes kamer platen met verschillende hoogtes te maken kiezen.
    2. Gebruik van een speciale bokszak tool te punch de kamer gat, zoals afgebeeld in Figuur 5.
  5. Verwerking van de houder
    1. bestellen van de houder van een fabriek. De gedetailleerde parameters worden weergegeven in Figuur 6.
  6. Fabricage van de afdekplaat
    1. twee boorgaten op de bovenkant van de afdekplaat met behulp van een boren machine te installeren van de inlaat en uitlaat buizen. Zie Figuur 7 voor hun standpunten en de maten.

2. Vergadering van de Micropump

  1. gebruik aceton te wassen van alle platen, de houder, de inlaat en uitlaat buizen en andere instrumenten die gebruikt worden in de experimenten. Plaatst u deze hulpprogramma's en de platen in een bekerglas en giet genoeg 99,5% aceton om te dompelen hen. Zet het bekerglas binnen de ultrasone wasmachine. Inschakelen van de ultrasone wasmachine en de timer ingesteld op 5 min.
  2. Invoegen de inlaat en uitlaat roestvrij stalen buizen in de twee openingen van de afdekplaat.
  3. Plaats een kamer plaat gemaakt van siliconen membraan op de elektrode plaat en vervolgens het deksel met de afdekplaat.
  4. Stapelen en uitlijnen van de afdekplaat, de plaat van de kamer en de elektrode plaat van boven naar beneden en plaats de uitgelijnde platen in de kaarthouder.
    1. Gebruik een M5 bout om te bevestigen van de platen in de houder. Zie de weergave van de explosie en de normale weergave van de geassembleerde micropump, zoals aangegeven in Figuur 8 en Figuur 9, respectievelijk.
    2. Druk op de platen samen door aanscherping van de bouten.
      Opmerking: De buizen en de holte op de plaat van de kamer zal een passage voor de werkende vloeistof vormen. De elastische kamer plaat kan ook afschermen van de kloof tussen platen om te voorkomen dat vloeistof stroomt uit. Zie de weergave van de explosie en de normale weergave van de geassembleerde micropump in Figuur 8 en Figuur 9, respectievelijk.
  5. Waarmee twee PUR slangen met externe diameters van 4 mm en interne diameter van 2 mm verbinding wordt gemaakt de inlaat en uitlaat roestvrij stalen buizen.
  6. Sluit een amperemeter, een 500 V DC voedingsbron, en de micropump in de serie. Plaats een 1 mA fuse tussen de amperemeter en de krachtbron te beschermen van de amperemeter, in het geval dat de micropump is kortgesloten.
  7. De inlaat slang invoegen in een 50 mL-bekerglas met 20-30 mL aceton binnen.
    Opmerking: Figuur 10 ziet u de voltooide platform.

3. Experimentele Procedure

  1. voorbereidende werkzaamheden voor het experiment
    1. gebruiken een cilinder te injecteren van aceton te vullen van de micropump. Nadat het vloeistofniveau de uitlaat slang bereikt, doorgaan met het injecteren van 10 mL aceton binnen totdat alle bubbels weg van deze zaal zijn geduwd.
      Opmerking: Het is onmogelijk om te zien of er belletjes achtergelaten in de kamer omdat de afdekplaat en de elektrode plaat niet transparant zijn. Voortdurend het injecteren van aceton helpt om luchtbellen te verwijderen, maar is er geen garantie dat er geen luchtbellen worden overgelaten binnen de micropump. Bubbels het verstrijken van de vloeistof kunnen blokkeren, of ze kunnen korte van de circuits en een micro-explosie in de micropump, die de elektroden zal branden veroorzaken. Het effect van bubbels op de werking van de pomp nog niet helemaal duidelijk, maar de storingen die ze veroorzaken zijn meerdere malen waargenomen.
    2. 20-30 mL aceton giet in het bekerglas en zet de inlaat slang in het bekerglas. Zorgen dat het vloeistofniveau ten minste 5 mm hoger dan de inlaat zodat aceton naar de pomp stromen kan en geen lucht kan worden meegezogen in de zaal micropump.
  2. Statische druk test
    1. hechten van de uitlaat slang aan een klein frame, zodat de slang rechtdoor en verticale blijven kunnen. Zet een liniaal naast de uitlaat slang voor het meten van het vloeistofniveau.
    2. De micropump verbinden met de krachtbron.
    3. Start de test door het indrukken van de switch en vervolgens markeert beneden de eerste vloeistofniveau.
    4. Nadat het vloeistofniveau stabiel wordt, registreren de elektrische stroom, de tijd en de definitieve vloeistofniveau.
    5. Blijven registreren het vloeistofniveau en de huidige elke 10 s totdat de micropump breekt.
  3. Flow rate test
    1. een grote maatcylinder gebruiken voor het verzamelen van de vloeistof die uit de uitlaat slang. Zorg dat de uitlaat slang bevestigen zodat het einde op de dezelfde hoogte als het vloeistofniveau in het bekerglas blijft.
    2. De micropump verbinden met de krachtbron.
    3. Start de test door het indrukken van de switch en vervolgens markeert beneden de eerste vloeistofniveau.
    4. Zoals de vloeistof begint te stromen uit de uitlaat slang, nemen de hoeveelheid aceton in de maatcylinder elke 10 s. Naarmate het experiment vordert, voeg aceton toe aan het bekerglas te handhaven van het vloeistofniveau.
  4. Betrouwbaarheid testen
    1. Gebruik de gemiddelde arbeidstijd te evalueren van de betrouwbaarheid van de pomp. Opnemen tijdens de stroom tarief en de statische druk test, de bewerkingstijd voordat de pomp breekt. De gedetailleerde verschijnselen van elke uitsplitsing tijdens het experiment vastleggen en controleren van het oppervlak van de plaat elektrode daarna voor verdere analyse.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

Zoals aangetoond in Figuur 11, stijgen de pompdruk en haar steeds sneller wanneer de spanning stijgt. Wanneer de spanning 500 V bereikt, de pompdruk bedraagt 1.100 Pa.

De pomp statische druk stijgt met de pomp kamer hoogte verhogen wanneer de hoogte van de kamer onder 0.2 mm is. De prestaties van de pomp bereikt haar hoogste punt, wanneer de hoogte van de kamer 0,2 mm is. De statische druk daalt ver...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Een van de kritische stappen binnen het protocol is het zorgvuldig inspecteren van de elektrode plaat. Kleine bramen aan de rand van een elektrode kunnen resulteren in een kortsluiting en oppervlakte integriteit kan grote invloed hebben op de prestaties van de pomp. Het reinigen van de elektrode plaat en houder is ook zeer belangrijk. De hoogte van de kamer elektrode is minder dan 1 mm, dus kleine stofdeeltjes kunnen de vloeibare stroom van werken blokkeren en een kortsluiting veroorzaken. Vóór de proef, kunt injecteren ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

Dit werk werd gesponsord door de National Natural Science Foundation of China (51375176); de Stichting provinciale natuurwetenschappen Guangdong van China (2014A030313264); en de wetenschap en de technologie Planning van Project van de provincie Guangdong, China (2014B010126003).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Amperemeter-85C1-MA
DC hoogspanningsvoedingNanTong Jianuo elektrische apparaatbedrijfGY-WY500-1
Zekering--
Ultrasoon reinigingsapparaatDerui ultrasoon apparaatbedrijf-
Solderbout--

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

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

Gerelateerde artikelen