Methodenartikel

Fabricage en karakterisering van thicknessmodus Piëzo-elektrische apparaten voor verneveling en acoustofluidics

6.8K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/61015

⸱

5 augustus 2020

 ,  , 
1Medically Advanced Devices Laboratory, Center for Medical Devices, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Jacobs School of Engineering and Department of Surgery, School of Medicine, University of California San Diego, 2Department of Surgery, School of Medicine, University of California San Diego

In dit artikel

Samenvatting

Fabricage van piëzo-elektrische dikte modus transducers via gelijkstroom sputteren van plaatelektroden op lithium niobate wordt beschreven. Bovendien wordt een betrouwbare werking bereikt met een transducerhouder en vloeistoftoevoersysteem en wordt karakterisering aangetoond via impedantieanalyse, laserdrolbaarheid, snelle beeldvorming en druppelgrootteverdeling met behulp van laserverstrooiing.

Samenvatting

We presenteren een techniek om eenvoudige dikte modus piëzo-elektrische apparaten te fabriceren met behulp van lithium niobate (LN). Dergelijke apparaten hebben aangetoond dat vloeistof efficiënter te vernevelen, in termen van stroomsnelheid per stroominvoer, dan die die vertrouwen op Rayleigh golven en andere vormen van trillingen in LN of lood zirconate titanaat (PZT). Het volledige apparaat bestaat uit een transducer, een transducerhouder en een vloeistoftoevoersysteem. De fundamenten van akoestische vloeibare verneveling zijn niet bekend, dus technieken om de apparaten te karakteriseren en de verschijnselen te bestuderen worden ook beschreven. Laser Doppler vibrometrie (LDV) biedt trillingsinformatie die essentieel is voor het vergelijken van akoestische transducers en geeft in dit geval aan of een apparaat goed zal presteren in diktetrillingen. Het kan ook worden gebruikt om de resonantiefrequentie van het apparaat te vinden, hoewel deze informatie sneller wordt verkregen via impedantieanalyse. Continue vloeistofverneveling, als voorbeeldtoepassing, vereist een zorgvuldige vloeistofstroomcontrole, en we presenteren een dergelijke methode met snelle beeldvorming en druppelgrootteverdelingsmetingen via laserverstrooiing.

Inleiding

Echografie is bestudeerd voor bijna een eeuw en hoewel er vele toepassingen, zijn er beperkingen in het begrijpen van de onderliggende fysica. De eerste beschrijving van het fenomeen werd gemaakt door Wood en Loomis in 19271, en sindsdien zijn er ontwikkelingen op het gebied van toepassingen variërend van het leveren van aerosolized farmaceutische vloeistoffen2 tot brandstofinjectie3. Hoewel het fenomeen goed werkt in deze toepassingen, is de onderliggende fysica niet goed begrepen4,5,6.

Een belangrijke beperking op het gebied van ultrasone verneveling is de keuze van het gebruikte materiaal, loodzirconaat titanaat (PZT), een hysteretisch materiaal gevoelig voor verwarming7 en loodverontreiniging met elementair lood beschikbaar vanaf de internerfelijke grenzen8,9. Korrelgrootte en mechanische en elektronische eigenschappen van graangrenzen beperken ook de frequentie waarmee PZT10kan bedienen. Lithium niobate daarentegen is zowel loodvrij als vertoont geen hysterese11, en kan worden gebruikt om vloeistoffen een orde van grootte efficiënter te vernevelen dan commerciële verstuivers12. De traditionele snede van lithium niobate gebruikt voor de werking in de dikte modus is de 36-graden Y-geroteerde snede, maar de 127,86-graden Y-gedraaide, X-properende snede (128YX), meestal gebruikt voor oppervlakte akoestische golf generatie, is aangetoond dat een hogere oppervlakte verplaatsing amplitude in vergelijking met de 36-graden gesneden13 bij gebruik in resonantie en laag verlies. Het is ook aangetoond dat de werking van de diktemodus een orde van grootteverbetering in verstuiverefficiëntie ten opzichte van andere trillingsmodi13biedt, zelfs bij het gebruik van LN.

De resonantiefrequentie van een piëzo-elektrisch apparaat dat in de diktemodus werkt, wordt bepaald door de dikte t:de golflengte λ = 2t/nwaar n = 1, 2,...n is het aantal anti-knooppunten. Voor een 500 μm dik substraat komt dit overeen met een golflengte van 1 mm voor de fundamentele modus, die vervolgens kan worden gebruikt om de fundamentele resonantiefrequentie te berekenen, f = v/λ als de golfsnelheid, v, bekend is. De snelheid van het geluid door de dikte van 128YX LN is ongeveer 7.000 m/s, en dus f = 7 MHz. In tegenstelling tot andere vormen van trillingen, met name oppervlaktegebonden modi, is het eenvoudig om hogere-orde dikte modus harmonischen prikkelen om veel hogere frequenties, hier tot 250 MHz of meer, hoewel alleen de oneven-genummerde modi kunnen worden opgewekt door uniforme elektrische velden14. Bijgevolg kan de tweede harmonische(n = 2) in de buurt van 14 MHz niet worden opgewekt, maar de derde harmonische op 21 MHz(n = 3) wel. Fabricage van efficiënte dikte modus apparaten vereist het deponeren van elektroden op tegengestelde gezichten van de transducer. We gebruiken gelijkstroom (DC) sputteren om dit te bereiken, maar elektronen-beam depositie en andere methoden kunnen worden gebruikt. Impedantieanalyse is nuttig om de apparaten te karakteriseren, met name bij het vinden van de resonantiefrequenties en elektromechanische koppeling op deze frequenties. Laser Doppler vibrometrie (LDV) is nuttig om de output trillingsamplitude en snelheid te bepalen zonder contact of kalibratie15, en via scannen, de LDV biedt de ruimtelijke verdeling van de oppervlakte vervorming, het onthullen van de wijze van trillingen in verband met een bepaalde frequentie. Ten slotte kan voor het bestuderen van verneveling en vloeistofdynamica high-speed imaging worden gebruikt als een techniek om de ontwikkeling van capillaire golven op het oppervlak van een sessile druppel16,17te bestuderen . Bij verneveling worden, net als veel andere acoustofluidische verschijnselen, kleine druppeltjes geproduceerd in een snel tempo, meer dan 1 kHz op een bepaalde locatie, te snel voor hogesnelheidscamera's om met voldoende getrouwheid en gezichtsveld te observeren om nuttige informatie te verstrekken over een voldoende grote druppelmonstergrootte. Laserverstrooiing kan worden gebruikt voor dit doel, het passeren van de druppels door middel van een uitgebreide laserstraal (Mie) verstrooien een deel van het licht in reflectie en breking om een karakteristiek signaal dat kan worden gebruikt om statistisch te schatten van de druppelgrootte verdeling te produceren.

Het is eenvoudig om piëzo-elektrische dikte modus transducers te fabriceren, maar de technieken die nodig zijn in apparaat en verneveling karakterisering zijn niet duidelijk vermeld in de literatuur tot nu toe, belemmeren de vooruitgang in de discipline. Om een reductie-in-diktemodus effectief te laten zijn in een vernevelingsapparaat, moet deze mechanisch worden geïsoleerd, zodat de trilling niet wordt gedempt en moet het een continue vloeistoftoevoer hebben met een stroomsnelheid die gelijk is aan de vernevelingssnelheid, zodat er geen uitdroging of overstromingen optreden. Deze twee praktische overwegingen zijn niet grondig behandeld in de literatuur, omdat hun oplossingen zijn het resultaat van technische technieken in plaats van pure wetenschappelijke nieuwigheid, maar ze zijn niettemin van cruciaal belang voor het bestuderen van het fenomeen. We presenteren een transducer houder assemblage en een vloeibaar wicking systeem als oplossingen. Dit protocol biedt een systematische benadering van verstuiverfabricage en karakterisering voor het vergemakkelijken van verder onderzoek in fundamentele fysica en talloze toepassingen.

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

Protocol

1. Thickness mode transducer fabricage via DC sputteren

  1. Wafer voorbereiding
    1. Plaats een 100 mm 128YX LN wafer in een schone glazen schaal met een diameter van ten minste 125 mm. Soniceer de wafer in minstens 200 mL aceton gedurende 5 minuten.
    2. Herhaal sonicatie met isopropylalcohol en opnieuw met gedeïioniseerd water gedurende 5 minuten per stuk.
    3. Verwijder zichtbaar water van het oppervlak met behulp van droge stikstof.
    4. Verwijder het water volledig van het oppervlak door de wafer gedurende 5 minuten op een kookplaat op 100 °C te plaatsen. Zorg ervoor dat er een vel aluminiumfolie op de kookplaat zit, omdat dit helpt bij het afvoeren van ladingsopbouw op de wafer.
  2. Elektrodedepositie
    1. Plaats de wafer in de vacuümkamer van het sputterdepositiesysteem en pomp de kamer naar 5 x 10-6 mTorr. Stel de argondruk in op 2,3 mTorr en de rotatiesnelheid op 13 rpm.
      OPMERKING: Als parameters voor het specifieke instrument dat wordt gebruikt zijn vastgesteld die resulteren in films van hoge kwaliteit, gebruik deze dan in plaats daarvan.
    2. Deponeren 5−10 nm titanium bij 1,2−1,6 A/s.
      OPMERKING: Test voordat u dit proces met de beoogde wafer begint, de depositiesnelheid met het plasmavermogen dat is ingesteld op 200 W en deponeert gedurende 1 min. Meet vervolgens de hoogte van de laag met een profilometer. Doe dit apart voor elk metaal. Stel het vermogen in volgens deze test om de aangegeven depositiesnelheid te bereiken.
    3. Stort 1-1,2 μm goud bij 7−9 A/s.
      OPMERKING: Depositie met een hoger tempo als gevolg van een verhoogd plasmavermogen of verhoogde argon gedeeltelijke druk kan de filmkwaliteit verminderen.
    4. Verwijder de wafer en herhaal stappen 1.2.1−1.2.3 voor de tweede zijde van de wafer.
  3. Dicing
    1. Gebruik een dicing zaag om de hele wafer dobbelstenen als dat nodig is.
      OPMERKING: Een beschermende weerstand kan worden toegepast op het substraat voorafgaand aan dicing, en het systeem (Tabel van materialen) hier gebruikt past een UV-geneesbare film net voordat de monsters worden geladen op het dicing stadium. Het blijkt dat het indiceren van de monsters met een geautomatiseerde zaag de integriteit van de monsters niet in gevaar brengt. Hand-scribe dicing van LN is mogelijk, hoewel vervelend en gevoelig voor inconsistenties.

2. Elektrisch en mechanisch contact maken met de transducer

OPMERKING: Verschillende methoden worden hieronder beschreven (stap 2.1−2.4) en wordt later in het protocol gemarkeerd welke methode het meest geschikt is voor elke volgende stap.

  1. Plaats een in blokjes gesneden transducer plat op een magnetische stalen plaat. Monteer een pogo-sonde in contact met de plaat en een andere pogo-sonde in contact met het bovenste oppervlak van de transducer. Hierna wordt dit pogo-plaatcontact genoemd.
  2. Plaats de transducer tussen twee pogo-sondes. Hierna aangeduid als pogo-pogo contact.
  3. Soldeerdraad aan elk gezicht van de transducer. Hierna wordt dit zogenaamde soldeercontact genoemd.
  4. Monteer een aangepaste transducer houder.
    1. Bestel de aangepaste printplaten (PCB's) waarvan de Gerber-bestanden zijn geleverd.
    2. Soldeer twee oppervlakte mount veer contacten(Tabel van materialen) aan elke aangepaste PCB. Druk past de spikes in de vergulde gaten op de aangepaste PCB's, zodat ze wijzen uit de buurt van elkaar.
    3. Sluit de twee aangepaste PCB's met board spacers en schroeven, zodat de contacten zijn gewoon in contact met elkaar. Pas indien nodig de afstand aan met kunststof ringen.
    4. Schuif een 3 mm x 10 mm transducer tussen het binnenste paar contacten. Knip de buitenste contacten vast zodat ze het circuit niet kortsluiten.
      LET OP: Figuur 1 toont de hele assemblage.

3. Resonantiefrequentie-identificatie via impedantieanalyse

  1. Zorg ervoor dat een poortkalibratie is uitgevoerd volgens de instructies van de fabrikant voor de specifieke contactmethode die wordt gebruikt.
  2. Sluit een transducer aan op de open poort van de netwerkanalyzer(Tabel van materialen)met een van de contactmethoden beschreven in stap 2.1−2.4.
    OPMERKING: Het kan leerzaam zijn om deze analyse te herhalen met meerdere elektrische contactmethoden en de resultaten te vergelijken.
  3. Selecteer de parameter reflectiecoëfficiënt, s11, via de gebruikersinterface van de netwerkanalyzer, kies het frequentiebereik van belang en voer de frequentieveger.
    LET OP: s11 is de inputreflectiecoëfficiënt en heeft een minimumwaarde bij de resonantiefrequentie van de werking. Voor een typische 500 μm dikke 128YX LN wafer zal de primaire resonantiefrequentie in de buurt van 7 MHz liggen en de tweede harmonische in de buurt van 21 MHz, zoals geïllustreerd in figuur 2. De impedantie plot in frequentie ruimte weergegeven op het instrument zal vertonen lokale minima op de resonantie frequenties.
  4. De gegevens exporteren door Opslaan/terugroepen te selecteren | Sla Trace-gegevens op de gebruikersinterface op voor nadere inspectie met behulp van gegevensverwerkingssoftware om de exacte minimalocaties te identificeren.

4. Trillingskarakterisering via LDV

  1. Plaats een transducer in pogo-plaat contact op de LDV stage. Sluit de pogo-sonde leidt naar het signaal generator. Zorg ervoor dat het gebruiksdoel wordt geselecteerd in de acquisitiesoftware(Tabel van materialen)en richt de microscoop op het oppervlak van de transducer.
  2. Definieer de scanpunten door Scanpunten definiëren te selecteren of ga naar stap 4.3 als u een continue scan uitvoert.
  3. Selecteer de optie Instellingen en selecteer onder het tabblad Algemeen de optie FFT of Tijd, afhankelijk van of de scan wordt uitgevoerd in het frequentie- of tijddomein. Selecteer het aantal gemiddelden in deze sectie.
    OPMERKING: Het aantal gemiddelden is van invloed op de scantijd. Vijf gemiddelden voor de in dit protocol beschreven transducers hebben aangetoond voldoende signaal/ruisverhouding te geven.
  4. Controleer op het tabblad Kanaal of de actieve selectievakjes zijn ingeschakeld, die overeenkomen met de verwijzing en het gereflecteerde signaal van de transducer. Pas de referentie- en incidentkanalen aan door een spanningswaarde te selecteren in het vervolgkeuzemenu om de maximale signaalsterkte van het substraat te verkrijgen.
  5. Als de meting onder één frequentiesignaal wordt uitgevoerd, selecteert u Sinus in de lijst met pull down-waveform-pull down als de meting onder één frequentiesignaal wordt uitgevoerd. Waveform als het zich onder een bandsignaal bevindt, selecteert u MultiCarrierCW.
  6. Wijzig de bandbreedte en FFT-regels op het tabblad Frequentie om de scanresolutie voor een frequentiedomeinscan aan te passen. Wijzig ook de voorbeeldfrequentie op het tabblad Tijd bij het uitvoeren van tijddomeinmetingen.
    OPMERKING: De gebruikte bandbreedte is meestal 40 MHz en het aantal FFT-lijnen is 32.000. De presentatiesoftware (Tabel van materialen) kan worden gebruikt voor het verwerken en analyseren van de gegevens verkregen uit de scan. Een typisch verplaatsingsspectrum is opgenomen in figuur 3.

5. Vloeistoftoevoer

  1. Verkrijg een 25 mm lange wick met een diameter van 1 mm, bestaande uit een bundel vezels van een hydrofiel polymeer die is ontworpen om waterige vloeistof over de lengte te vervoeren, zoals die beschikbaar zijn voor plug-in luchtverfrissers. Trim een uiteinde zodanig dat een off center point wordt gevormd.
  2. Steek de lont in een spuittip met een binnendiameter die zorgt voor een knusse pasvorm en een lengte waarmee de lont 1−2 mm buiten elk uiteinde kan uitstrekken. Vergrendel de punt op een spuit met de gewenste capaciteit (1−10 mL).
  3. Monteer de wick/spuitassemblage zodanig dat de lont 10°−90° van horizontaal is (afhankelijk van de gewenste vernevelingssnelheid, die ook afhankelijk is van de toegepaste spanning) en de punt van de lont is gewoon in contact met de rand van de transducer zoals afgebeeld in figuur 1C.
  4. Vul de spuit met water en breng een continu spanningssignaal (te beginnen met 20 Vpp) aan op de resonantiefrequentie die wordt bepaald met behulp van de impedantieanalyzer. Pas het spanningsniveau aan totdat de vloeistof continu wordt geatomiseerd zonder dat het apparaat overstroomt of uitdroogt.

6. Dynamica-observatie via high-speed imaging

  1. Monteer een high-speed camera horizontaal op een optische tafel, plaats een transducer in pogo-pogo contact of pogo-plate contact op een x-y-z stadium in de buurt van de brandpuntsafstand van de camera, en plaats een diffuse lichtbron ten minste een brandpuntsafstand aan de andere kant van de transducer van de camera.
  2. Voor pogo-pogo contact, plaats de vloeistoftoevoer, zodat het niet blokkeren van de camera te bekijken of de lichtbron. Voor pogo-plaat contact, breng vloeistof direct aan op het substraat met een pipet.
  3. Pas de camerafocus en de x-y-z-positie aan om het vloeistofmonster scherp te stellen.
  4. Schat de frequentie van het specifieke fenomeen dat op basis van literatuur moet worden bestudeerd. Kies een framesnelheid die ten minste twee keer zo groot is als deze frequentie volgens de Nyquist-snelheid om aliasing te voorkomen.
    OPMERKING: Denk bijvoorbeeld aan capillaire golven die optreden op een sessile drop op een bereik van frequenties. Camera's met een beperkte ruimtelijke resolutie kunnen alleen golven onderscheiden met een minimale amplitude. In dit geval komt de minimale amplitude voor rond de 4 kHz, dus er wordt gekozen voor een framerate van 8.000 frames per seconde (fps).
  5. Pas de lichtintensiteit, de camera sluiter of beide aan om het contrast tussen de vloeistof en de achtergrond te optimaliseren.
    OPMERKING: Een ondoorzichtige kleurstof kan aan de vloeistof worden toegevoegd om het contrast te verhogen.
  6. Sluit alligatorclips van de versterkte signaalgenerator aan op de pogo-sondes.
  7. Leg video in de camerasoftware gelijktijdig vast met bediening via het spanningssignaal door zowel tegelijkertijd handmatig te activeren als door een triggerouttie van de signaalgenerator op de camera aan te sluiten.
    OPMERKING: De gebruikte standaard framesnelheid is 8.000 fps en er wordt een CF4-doelstelling gebruikt.
  8. Bewaar alleen de frames die het fenomeen bevatten om verspilde opslag, die bijzonder relevant is bij grote framesnelheden, te voorkomen om een resultaat te produceren, zoals aangegeven in figuur 4.
    OPMERKING: Zorg ervoor dat u het bestand opslaat in een indeling die compatibel is met de software voor beeldverwerking naar keuze, zodat nuttige gegevens kunnen worden geëxtraheerd.

7. Druppelgroottemeting via laserverstrooiingsanalyse

  1. Het laserverstrooiingssysteem(Tabel van materialen)heeft een module die de laser uitzendt en een die het verspreide lasersignaal ontvangt. Plaats de modules langs de rail die bij het systeem is voorzien, met een afstand van 20−25 cm.
  2. Monteer een platform in deze kloof zo dat, wanneer de transducer en vloeistoftoevoersamenstellingen erop worden geplaatst, geatomiseerde mist in het laserstraalpad wordt uitgeworpen. Deze uitlijning vergemakkelijken door de laserstraal aan te zetten via gereedschap te selecteren | Laser controle... | Laser op als een visuele indicator.
  3. Bevestig de transducerhouder op het platform en bevestig de vloeistoftoevoer aan een gelede arm(Tabel van materialen). Plaats de vloeistoftoevoer zo dat de punt van de lont net in contact komt met de rand van de transducer.
  4. Maak een standaard procedure (SOP) in de software door op het pictogram Nieuwe SOP te klikken. Configureer de SOP met de volgende instellingen: template = Standaard continu, bemonsteringsperiode (s) = 0.1, onder Gegevensverwerking, klik op Bewerken... en stel Spuitprofiel in | Padlengte (mm) tot 20.0,klik op Alarmen om de standaardwaarden te gebruiken en Min-transmissie (%) in te stellen op 5 en 1 en minverstrooiing in te stellen op 50 en 10. Laat alle andere instellingen als standaard.
    OPMERKING: Raadpleeg de softwarehandleiding die bij het instrument is bijgekomen.
  5. Start de meting binnen de software door op Meten te klikken | Start SOP en selecteer de SOP die is gemaakt in stap 7.4. Wacht tot achtergrondkalibraties zijn voltooid. Vul het vloeistoftoevoerreservoir, de spuit, met water tot het gewenste niveau en let op het volume. Schakel het spanningssignaal in om te beginnen met het vernevelen van de vloeistof. Start de stopwatch en start de meting door op Start te klikken.
  6. De software genereert een grootteverdeling op basis van het verspreide lasersignaal bij de ontvanger als gevolg van de Mie-theorie en een multiverstrooiingsalgoritme. Zodra het gewenste volume vloeistof is geatomiseerd, schakelt u het spanningssignaal uit, stopt u de stopwatch en registreert u het uiteindelijke volume en stopt u met het opnemen van gegevens door op Stoppente klikken.
    OPMERKING: Het laserverstrooiingssysteem is in staat om slechts 1 μL vloeistof te meten en heeft geen bovengrens voor vloeistofvolume. De vernevelingsstroomsnelheid kan eenvoudig worden berekend door het volume te delen door de tijdsduur.
  7. Selecteer in het metings histogram het gedeelte van de gegevens waarin de verneveling plaatsvond zoals verwacht en het signaal bij de ontvanger was sterk genoeg om statistisch significant te zijn. Klik op Gemiddeld | Ok om een distributie te genereren op basis van de geselecteerde gegevens.
    OPMERKING: Alle metingen met deze techniek zijn statistische gemiddelden en dus, als er te weinig druppels zijn, zal het verspreide signaal zwak zijn en zal de meting statistisch onbeduidend zijn.
  8. Sla de gemiddelde verdeling op door het venster te selecteren en op Bewerken te klikken | Kopieer tekst en plak het resultaat in een tekstbestand en bewaar met een toepasselijke naam.
    OPMERKING: Deze distributiegegevens kunnen nu worden gebruikt met andere software (bijvoorbeeld MATLAB) om het plot in figuur 5te maken.

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

Resultaten

Dikte modus piëzo-elektrische apparaten werden vervaardigd uit 128YX lithium niobate. Figuur 1 toont een volledige assemblage om de transducer op zijn plaats te houden met een aangepaste transducerhouder die wordt gebruikt met het passieve vloeistofleveringssysteem dat is ontwikkeld voor continue verneveling. De karakteriseringsstappen voor deze apparaten omvatten de bepaling van de resonerende frequentie en harmonischen met behulp van een impedantieanalyzer (figuur 2

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

Discussie

De afmetingen en beeldverhouding van een transducer zijn van invloed op de trillingsmodi die het produceert. Omdat de laterale afmetingen eindig zijn, zijn er altijd laterale modi naast de gewenste diktemodi. De bovenstaande LDV-methoden kunnen worden gebruikt om dominante modi in het gewenste frequentiebereik voor een bepaalde transducer te bepalen. Een vierkant met afmetingen van minder dan 10 mm geeft doorgaans een nauwe benadering van een diktemodus. Drie bij tien millimeter rechthoeken werken ook goed. Film ...

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

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De auteurs zijn dankbaar voor de Universiteit van Californië en de NANO3 faciliteit aan de UC San Diego voor de levering van fondsen en faciliteiten ter ondersteuning van dit werk. Dit werk werd gedeeltelijk uitgevoerd bij de San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) van UCSD, een lid van de National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, die wordt ondersteund door de National Science Foundation (Grant ECCS−1542148). Het hier gepresenteerde werk werd royaal ondersteund door een onderzoekssubsidie van de W.M. Keck Foundation. De auteurs zijn ook dankbaar voor de steun van dit werk door het Office of Naval Research (via Grant 12368098).

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

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
VersterkerAmplifier Research, Souderton, PA, USA5U1000
Articulerende armFisso, Zurich, Zwitserland
CF4 ObjectiefEdmund Optics, Barrington, NJ, USAObjectief gebruikt voor high-speed beeldvorming
DicingzaagDisco, Tokyo, JapanDisco Automatic Dicing Saw 3220
Fiber Fragrance Diffuser WiekWeihai Industry Co., Ltd., Weihai, Shandong, Chinahttps://www.weihaisz.com/Fiber-Fragrance-Diffuser-Wick_p216.html
HogesnelheidscameraPhotron, San Diego, USAFastcam Mini
Laser Doppler VibrometerPolytec, Waldbronn, DuitslandUHF120Non-contact laser doppler vibrometer
Laserverstrooiing druppelmaatmeetsysteemMalvern Panalytical, Malvern, UKSTP5315
Litiumniobaat substraatPMOptics, Burlington, MA, USAPWLN-4312324” dubbelzijdig gepolijst 0.5 mm dik 128°Y-geroteerd gesneden lithiumniobaat
Luer-lock spuitenBecton Dickingson, New Jersey, USA
Nano3 cleanroom faciliteitUCSD, La Jolla, CA, USAFabricageproces wordt erin uitgevoerd.
NetwerkanalysatorKeysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA5061B
OscilloscoopKeysight Technologies, Santa Rosa, CA, USAInfiniiVision 2000 X-Series
PSV Acquisitie SoftwarePolytec, Waldbronn, DuitslandVersie 9.4LDV Software
PSV Presentatie SoftwarePolytec, Waldbronn, DuitslandVersie 9.4LDV Software
SignaalgeneratorNF Corporation, Yokohama, JapanWF1967 multifunctionele generator
Single Post ConnectorDigiKey, Thief River Falls, MNED1179-ND
SputterdepositionDenton Vacuum, NJ, USADenton 18Denton Discovery 18 Sputtering System
Surface Mount Spring ContactenDigiKey, Thief River Falls, MN70AAJ-2-M0GCT-ND
Teflon wafer dipperShapeMaster, Ogden, IL, USASM4WD1Wafer Dipper 4"
XYZ StageThor Labs, Newton, New Jersey, USAMT3Optische tafel stages

Referenties

  1. Wood, R. W., Loomis, A. L. XXXVIII.physical and biological effects of high-frequency sound-waves of great intensity. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 4 (22), 417-436 (1927).
  2. Dalmoro, A., Barba, A. A., Lambert, G., d'Amore, M. Intensifying the microencapsulation process: Ultrasonic atomization as an innovative approach. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 80 (3), 471-477 (2012).
  3. Namiyama, K., Nakamura, H., Kokubo, K., Hosogai, D. Development of ultrasonic atomizer and its application to S.I. engines. SAE Transactions. , 701-711 (1989).
  4. Qi, A., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Interfacial destabilization and atomization driven by surface acoustic waves. Physics of Fluids. 20 (7), 074103(2008).
  5. Wang, J., Hu, H., Ye, A., Chen, J., Zhang, P. Experimental investigation of surface acoustic wave atomization. Sensors and Actuators A: Physical. 238, 1-7 (2016).
  6. James, A., Vukasinovic, B., Smith, M. K., Glezer, A. Vibration-induced drop atomization and bursting. Journal of Fluid Mechanics. 476, 1-28 (2003).
  7. Randall, C. A., Kim, N., Kucera, J. P., Cao, W., Shrout, T. R. Intrinsic and extrinsic size effects in fine-grained morphotropic-phase-boundary lead zirconate titanate ceramics. Journal of the American Ceramic Society. 81 (3), 677-688 (1998).
  8. Tsai, S. C., Lin, S. K., Mao, R. W., Tsai, C. S. Ejection of uniform micrometer-sized droplets from Faraday waves on a millimeter-sized water drop. Physical Review Letters. 108 (15), 154501(2012).
  9. Jeng, Y. R., Su, C. C., Feng, G. H., Peng, Y. Y., Chien, G. P. A PZT-driven atomizer based on a vibrating flexible membrane and a micro-machined trumpet-shaped nozzle array. Microsystem Technologies. 15 (6), 865-873 (2009).
  10. Lupascu, D., Rödel, J. Fatigue in bulk lead zirconate titanate actuator materials. Advanced Engineering Materials. 7 (10), 882-898 (2005).
  11. Kawamata, A., Hosaka, H., Morita, T. Non-hysteresis and perfect linear piezoelectric performance of a multilayered lithium niobate actuator. Sensors and Actuators A: Physical. 135 (2), 782-786 (2007).
  12. Qi, A., Yeo, L., Friend, J., Ho, J. The Extraction of Liquid, Protein Molecules and Yeast Cells from Paper Through Surface Acoustic Wave Atomization. Lab on a Chip. 10 (4), 470-476 (2010).
  13. Collignon, S., Manor, O., Friend, J. Improving and Predicting Fluid Atomization via Hysteresis-Free Thickness Vibration of Lithium Niobate. Advanced Functional Materials. 28 (8), 1704359(2018).
  14. Lawson, A. The vibration of piezoelectric plates. Physical Review. 62 (1-2), 71(1942).
  15. Fukushima, Y., Nishizawa, O., Sato, H. A performance study of a laser doppler vibrometer for measuring waveforms from piezoelectric transducers. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 56 (7), 1442-1450 (2009).
  16. Thoroddsen, S., Etoh, T., Takehara, K. High-speed imaging of drops and bubbles. Annual Reviews in Fluid Mechanics. 40, 257-285 (2008).
  17. Yule, A., Al-Suleimani, Y. On droplet formation from capillary waves on a vibrating surface. Proceedings of the Royal Society of London Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 456 (1997), 1069-1085 (2000).
  18. Hirleman, E. D. Modeling of multiple scattering effects in Fraunhofer diffraction particle size analysis. Optical Particle Sizing. Gouesbet, G., Gréhan, G. , Springer. Boston, MA. 159-175 (1988).

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

Lithiumniobaat transducerimpedantieanalyselaser doppler vibrometrievloeistofatomisatiedruppelgrootteverdelinghogesnelheidsbeeldbedningresonantiefrequentiekarakterisering van akoestische transducersop maat gemaakte transducerhouder

Gerelateerde artikelen