Name: Wytwarzanie i charakterystyka urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości do atomizacji i akustofluidyki (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-08-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 39 s
Description: Poznaj metody wytwarzania i charakteryzacji piezoelektrycznych przetworników grubościowych do atomizacji leków w chorobach układu oddechowego. Techniki obejmują analizę impedancji i wibrometrię laserową.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy są wdzięczni Uniwersytetowi Kalifornijskiemu i ośrodkowi NANO3 na UC San Diego za udostępnienie funduszy i udogodnień na wsparcie tej pracy. Prace te zostały częściowo wykonane w San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) UCSD, członka National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, która jest wspierana przez National Science Foundation (Grant ECCS−1542148). Prezentowana tu praca została hojnie wsparta grantem badawczym Fundacji W.M. Keck. Autorzy są również wdzięczni za wsparcie tej pracy przez Biuro Badań Marynarki Wojennej (za pośrednictwem Granta 12368098).

1. Wytwarzanie przetworników w trybie grubości za pomocą rozpylania DC
<ol>
	<li>Przygotowanie wafli
	<ol>
		<li>Umieść wafel 128YX LN o średnicy 100 mm w czystym szklanym naczyniu o średnicy co najmniej 125 mm. Sonikować wafel w co najmniej 200 ml acetonu przez 5 minut.</li>
		<li>Powtórz sonikację alkoholem izopropylowym i ponownie wodą dejonizowaną przez 5 minut każde</li>.
		<li>Usuń widoczną wodę z powierzchni za pomocą suchego azotu.</li>
		<li>Całkowicie usuń wodę z powierzchni, umieszczając wafel na płycie grzejnej w temperaturze 100 °C na 5 minut. Upewnij się, że na płycie grzejnej znajduje się arkusz folii aluminiowej, ponieważ pomaga to w rozpraszaniu nagromadzonego ładunku na płytce.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Osadzanie elektrod
	<ol>
		<li>Umieść wafel w komorze próżniowej systemu napylania i przepompuj w dół komory do 5 x 10-6 mTorr. Ustaw ciśnienie argonu na 2,3 mTorr, a prędkość obrotową na 13 obr./min. 
		UWAGA: Jeśli ustalono parametry dla konkretnego używanego instrumentu, które skutkują wysoką jakością filmów, należy ich użyć zamiast tego.</li>
		<li>Osadzanie 5−10 nm tytanu przy 1,2−1,6 A/s. 
		UWAGA: Przed rozpoczęciem tego procesu z przeznaczoną do tego płytką należy przetestować szybkość stapiania przy mocy plazmy ustawionej na 200 W i osadzaniu przez 1 min. Następnie zmierz wysokość warstwy za pomocą profilometru. Zrób to osobno dla każdego metalu. Ustaw moc zgodnie z tym testem, aby osiągnąć podaną szybkość stapiania.</li>
		<li>Zdeponuj 1-1,2 μm złota na poziomie 7−9 A/s. 
		UWAGA: Osadzanie z większą szybkością ze względu na zwiększoną moc plazmy lub zwiększone ciśnienie parcjalne argonu może obniżyć jakość filmu.</li>
		<li>Wyjmij wafel i powtórz kroki 1.2.1−1.2.3 dla drugiej strony płytki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Krojenie w kostkę
	<ol>
		<li>Użyj piły do krojenia w kostkę, aby pokroić w kostkę całą płytkę w razie potrzeby. 
		UWAGA: Rezystor ochronny można nałożyć na podłoże przed krojeniem w kostkę, a zastosowany tutaj system (Tabela materiałów) nakłada folię utwardzaną promieniami UV tuż przed załadowaniem próbek na etap krojenia w kostkę. Stwierdzono, że krojenie próbek w kostkę za pomocą automatycznej piły do krojenia w kostkę nie narusza integralności próbek. Ręczne rysowanie LN w kostkę jest możliwe, choć żmudne i podatne na niespójności.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Nawiązywanie kontaktu elektrycznego i mechanicznego z przetwornikiem
UWAGA: Kilka metod jest opisanych poniżej (kroki 2.1−2.4), a w dalszej części protokołu jest zaznaczone, która metoda jest najbardziej odpowiednia dla każdego kolejnego kroku.
<ol>
	<li>Umieść pokrojony w kostkę przetwornik płasko na magnetycznej stalowej płycie. Zamontuj jedną sondę pogo w kontakcie z płytką, a drugą sondę pogo w kontakcie z górną powierzchnią przetwornika. W dalszej części dokumentu będzie to określane mianem kontaktu z płytką pogo.</li>
	<li>Umieść przetwornik między dwiema sondami pogo. Zwany dalej kontaktem pogo-pogo.</li>
	<li>przewód do każdej powierzchni przetwornika. Zwany dalej stykiem lutowanym.</li>
	<li>Zamontuj niestandardowy uchwyt przetwornika.
	<ol>
		<li>Zamów niestandardowe płytki drukowane (PCB), których pliki Gerber zostały dostarczone.</li>
		<li>dwa styki sprężynowe do montażu powierzchniowego (tabela materiałów) do każdej niestandardowej płytki drukowanej. Wciśnij kolce w platerowane otwory na niestandardowych płytkach drukowanych tak, aby były skierowane od siebie.</li>
		<li>Połącz dwie niestandardowe płytki PCB za pomocą przekładek i do płyty, tak aby styki stykały się ze sobą. W razie potrzeby wyreguluj odstępy za pomocą plastikowych podkładek.</li>
		<li>Wsuń przetwornik 3 mm x 10 mm pomiędzy wewnętrzną parę styków. Przytnij styki zewnętrzne, aby nie zwierały obwodu. 
		UWAGA: Rysunek 1 pokazuje cały zestaw.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Identyfikacja częstotliwości rezonansowej za pomocą analizy impedancji
<ol>
	<li>Upewnij się, że kalibracja portu została przeprowadzona zgodnie z instrukcjami producenta dla konkretnej używanej metody kontaktu.</li>
	<li>Podłącz przetwornik do otwartego portu analizatora sieci (tabela materiałów) za pomocą jednej z metod kontaktu opisanych w krokach 2.1−2.4. 
	UWAGA: Pouczające może być powtórzenie tej analizy z wieloma metodami kontaktu elektrycznego i porównanie wyników.</li>
	<li>Wybierz parametr współczynnika odbicia, s11, za pomocą interfejsu użytkownika analizatora sieci, wybierz interesujący Cię zakres częstotliwości i wykonaj przemiatanie częstotliwości. 
	UWAGA: s11 jest wejściowym współczynnikiem odbicia i ma minimalną wartość przy częstotliwości rezonansowej pracy. Dla typowej płytki 128YX LN o grubości 500 μm, pierwotna częstotliwość rezonansowa będzie bliska 7 MHz, a druga harmoniczna będzie bliska 21 MHz, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 2. Wykres impedancji w przestrzeni częstotliwości wyświetlany na instrumencie będzie wykazywał lokalne minima przy częstotliwościach rezonansowych.</li>
	<li>Wyeksportuj dane, wybierając pozycję Zapisz/Przywołaj | Zapisz dane śledzenia w interfejsie użytkownika w celu dokładniejszej kontroli za pomocą oprogramowania do przetwarzania danych w celu identyfikacji dokładnych lokalizacji minimów.</li>
</ol>
4. Charakterystyka drgań za pomocą LDV
<ol>
	<li>Umieść przetwornik w styku pogo-plate na stoliku LDV. Podłącz przewody sondy pogo do generatora sygnału. Upewnij się, że używany obiektyw jest wybrany w oprogramowaniu akwizycyjnym (tabela materiałów) i ustaw ostrość mikroskop na powierzchni przetwornika.</li>
	<li>Zdefiniuj punkty skanowania, wybierając opcję Definiuj punkty skanowania lub przejdź do kroku 4.3 w przypadku skanowania ciągłego.</li>
	<li>Wybierz opcję Ustawienia i na karcie Ogólne wybierz opcję FFT lub Czas, w zależności od tego, czy skanowanie jest wykonywane w dziedzinie częstotliwości, czy czasu. Wybierz liczbę średnich w tej sekcji. 
	UWAGA: Liczba średnich wpływa na czas skanowania. Wykazano, że pięć średnich dla przetworników opisanych w tym protokole daje wystarczający stosunek sygnału do szumu.</li>
	<li>W zakładce Kanał upewnij się, że zaznaczone są pola Aktywne, które odpowiadają sygnałowi referencyjnemu i odbitemu od przetwornika. Dostosuj kanały odniesienia i padające, wybierając wartość napięcia z menu rozwijanego, aby uzyskać maksymalną siłę sygnału z podłoża.</li>
	<li>W zakładce Generator, jeśli pomiar jest wykonywany przy sygnale jednoczęstotliwościowym, wybierz Sinus z listy rozwijanej Waveform; jeśli jest pod sygnałem pasmowym, wybierz MultiCarrierCW.</li>
	<li>Zmień pasmo i linie FFT na karcie Częstotliwość, aby dostosować rozdzielczość skanowania dla skanowania w dziedzinie częstotliwości. Podobnie, zmień częstotliwość próbkowania w zakładce Czas podczas wykonywania pomiarów w dziedzinie czasu. 
	UWAGA: Zazwyczaj używana przepustowość wynosi 40 MHz, a liczba linii FFT wynosi 32 000. Oprogramowanie do prezentacji (Table of Materials) może być wykorzystywane do przetwarzania i analizy danych uzyskanych ze skanu. Typowe widmo przemieszczenia znajduje się w Rysunek 3.</li>
</ol>
5. Zaopatrzenie w płyny
<ol>
	<li>Zaopatrzyć się w o długości 25 mm i średnicy 1 mm składający się z wiązki włókien hydrofilowego polimeru przeznaczonego do transportu cieczy wodnej na całej długości, takiego jak te dostępne dla odświeżaczy powietrza typu plug-in. Przytnij jeden koniec tak, aby powstał punkt poza środkiem.</li>
	<li>Włóż do końcówki strzykawki o średnicy wewnętrznej, która zapewnia dokładne dopasowanie i długości, która pozwala na wysunięcie 1-2 mm poza każdy koniec. Zablokuj końcówkę na strzykawce o żądanej pojemności (1-10 ml).</li>
	<li>Zamontuj zespół/strzykawki tak, aby znajdował się 10°−90° od poziomu (w zależności od pożądanej szybkości atomizacji, która zależy również od przyłożonego napięcia), a końcówka stykała się z krawędzią przetwornika, jak pokazano na <silna klasa = "xfig">Rysunek 1C.</li>
	<li>Napełnić strzykawkę wodą i zastosować ciągły sygnał napięciowy (zaczynając od 20 Vpp) o częstotliwości rezonansowej wyznaczonej za pomocą analizatora impedancji. Dostosuj poziom napięcia, aż ciecz będzie rozpylana w sposób ciągły bez zalania lub wysychania urządzenia.</li>
</ol>
6. Obserwacja dynamiki za pomocą szybkiego obrazowania
<ol>
	<li>Sztywno zamontuj szybką kamerę poziomo na stole optycznym, umieść przetwornik w styku pogo-pogo lub styku pogo-plate na stoliku x-y-z w pobliżu ogniskowej kamery i umieść rozproszone źródło światła o co najmniej jednej ogniskowej po przeciwnej stronie przetwornika niż kamera.</li>
	<li>W przypadku kontaktu pogo-pogo należy ustawić dopływ płynu tak, aby nie zasłaniał kamery view lub źródło światła. W przypadku kontaktu z płytką pogo należy nanieść płyn bezpośrednio na podłoże za pomocą pipety.</li>
	<li>Dostosuj ostrość kamery i pozycję x-y-z, aby uzyskać ostrość próbki płynu.</li>
	<li>Oszacuj częstość występowania konkretnego zjawiska, które ma być badane na podstawie literatury. Wybierz liczbę klatek na sekundę co najmniej dwa razy większą niż ta częstotliwość zgodnie z częstotliwością Nyquista, aby uniknąć aliasingu. 
	UWAGA: Na przykład rozważ fale kapilarne, które występują przy opadaniu bezszypułkowym w zakresie częstotliwości. Kamery o ograniczonej rozdzielczości przestrzennej mogą rozróżniać fale tylko o minimalnej amplitudzie. W tym przypadku minimalna amplituda występuje około 4 kHz, więc wybiera się częstotliwość odświeżania 8 000 klatek na sekundę (fps).</li>
	<li>Dostosuj natężenie światła, migawkę aparatu lub oba te elementy, aby zoptymalizować kontrast między płynem a tłem. 
	UWAGA: Do płynu można dodać nieprzezroczysty barwnik w celu zwiększenia kontrastu.</li>
	<li>Podłącz zaciski krokodylkowe ze wzmocnionego generatora sygnału do przewodów sond pogo.</li>
	<li>Przechwytywanie wideo w oprogramowaniu kamery jednocześnie z aktywacją za pomocą sygnału napięciowego poprzez ręczne wyzwolenie obu przycisków w tym samym czasie lub podłączenie wyjścia wyzwalającego z generatora sygnału do kamery. 
	UWAGA: Typowa liczba klatek na sekundę wynosi 8 000 kl./s i używany jest obiektyw CF4.</li>
	<li>Zapisz tylko klatki zawierające to zjawisko, aby uniknąć marnowania pamięci, co jest szczególnie istotne przy dużych szybkościach klatek, aby uzyskać wynik, jak pokazano w Rysunek 4. 
	UWAGA: Upewnij się, że plik został zapisany w formacie zgodnym z wybranym oprogramowaniem do przetwarzania obrazu, aby można było wyodrębnić przydatne dane.</li>
</ol>
7. Pomiar wielkości kropel za pomocą analizy rozpraszania laserowego
<ol>
	<li>System rozpraszania laserowego (Tabela Materiałów) składa się z modułu, który przesyła laser i modułu, który odbiera rozproszony sygnał laserowy. Moduły należy ustawić wzdłuż szyny dostarczonej z systemem, zachowując między nimi odstęp 20−25 cm.</li>
	<li>Sztywno zamontuj platformę w tej szczelinie tak, aby po umieszczeniu na niej przetwornika i zespołów doprowadzających płyn rozpylona mgła została wyrzucona na ścieżkę wiązki laserowej. Ułatw to wyrównanie, włączając wiązkę laserową, wybierając Narzędzia | Sterowanie laserem... | Laser włączony jako wskaźnik wizualny.</li>
	<li>Przymocuj uchwyt przetwornika do platformy i przymocuj zespół zasilania płynem do ramienia przegubowego (tabela materiałów). Ustaw zespół doprowadzający płyn tak, aby końcówka stykała się z krawędzią przetwornika.</li>
	<li>Utwórz standardową procedurę operacyjną (SOP) w oprogramowaniu, klikając ikonę Nowa procedura SOP. Skonfiguruj SOP z następującymi ustawieniami: szablon = Domyślny ciągły, okres próbkowania (s) = 0,1, w obszarze Obsługa danych kliknij Edytuj... i ustaw Profil natrysku | Długość ścieżki (mm) do 20,0, kliknij Alarmy, aby odznaczyć Użyj wartości domyślnych i ustaw Min transmission (%) na 5 i 1 oraz ustaw Min scattering na 50 i 10. Pozostaw wszystkie inne ustawienia jako domyślne. 
	UWAGA: Zapoznaj się z instrukcją oprogramowania dołączoną do przyrządu.</li>
	<li>Rozpocznij pomiar w oprogramowaniu, klikając Zmierz | Uruchom SOP i wybierz SOP utworzony w kroku 7.4. Poczekaj na zakończenie kalibracji w tle. Napełnij zbiornik płynu, strzykawkę, wodą do żądanego poziomu i zanotuj objętość. Włącz sygnał napięcia, aby rozpocząć rozpylanie płynu. Uruchom stoper i rozpocznij pomiar, klikając przycisk Start.</li>
	<li>Oprogramowanie generuje rozkład wielkości na podstawie rozproszonego sygnału laserowego w odbiorniku dzięki teorii Mie i algorytmowi rozpraszania wielokrotnego. Po rozpyleniu żądanej objętości płynu wyłącz sygnał napięcia, zatrzymaj stoper i nagraj końcową objętość, a następnie zatrzymaj rejestrowanie danych, klikając Stop. 
	UWAGA: System rozpraszania laserowego jest w stanie zmierzyć zaledwie 1 μl płynu i nie ma górnego limitu objętości płynu. Natężenie przepływu atomizacji można po prostu obliczyć, dzieląc objętość przez czas trwania.</li>
	<li>Na histogramie pomiaru wybierz część danych, podczas której atomizacja zachodziła zgodnie z oczekiwaniami, a sygnał na odbiorniku był wystarczająco silny, aby był statystycznie istotny. Kliknij opcję Średnia | Ok, aby wygenerować rozkład na podstawie wybranych danych. 
	UWAGA: Wszystkie pomiary tą techniką są średnimi statystycznymi, a co za tym idzie, jeśli kropel będzie za mało, to rozproszony sygnał będzie słaby, a pomiar będzie statystycznie nieistotny.</li>
	<li>Zapisz rozkład średni, wybierając okno i klikając Edytuj | Skopiuj tekst, a następnie wklej wynik do pliku tekstowego i zapisz pod odpowiednią nazwą. 
	UWAGA: Te dane rozkładu mogą być teraz używane z innym oprogramowaniem (np. MATLAB) do tworzenia wykresu w <silna klasa="xfig">Rysunek 5.</li>
</ol>

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Wymiary i proporcje przetwornika wpływają na wytwarzane przez niego tryby drgań. Ponieważ wymiary boczne są skończone, oprócz pożądanych postaci grubości zawsze istnieją mody boczne. Powyższe metody LDV mogą być wykorzystane do wyznaczenia modów dominujących w pożądanym zakresie częstotliwości dla danego przetwornika. Kwadrat o wymiarach poniżej 10 mm zazwyczaj daje bliskie przybliżenie do trybu grubości. Dobrze sprawdzają się również prostokąty o wymiarach trzy na dziesięć milimetrów. Film 1 i F...

Atomizacja ultradźwiękowa jest badana od prawie stu lat i chociaż istnieje wiele zastosowań, istnieją ograniczenia w zrozumieniu leżącej u podstaw fizyki. Pierwszy opis tego zjawiska został opracowany przez Wooda i Loomisa w 1927 roku1, i od tego czasu nastąpił rozwój w tej dziedzinie dla zastosowań od dostarczania płynów farmaceutycznych w aerozolu2 do wtrysku paliwa3. Chociaż zjawisko to działa dobrze w tych aplikacjach, leżąca u jego podstaw fizyka nie jest dobrze poznana4,5,6.
Kluczowym ograniczeniem w dziedzinie atomizacji ultradźwiękowej jest wybór użytego materiału, tytanianu cyrkonianu ołowiu (PZT), materiału histeretycznego podatnego na nagrzewanie7 oraz zanieczyszczenia ołowiem pierwiastkowym dostępnym z granic międzyziarnistych8,9. Wielkość ziaren oraz właściwości mechaniczne i elektroniczne granic ziaren również ograniczają częstotliwość, z jaką PZT może działać10. Natomiast niobian litu jest zarówno bezołowiowy, jak i nie wykazuje histerezy11 i może być używany do rozpylania płynów o rząd wielkości wydajniej niż komercyjne atomizery12. Tradycyjne cięcie niobianu litu używane do pracy w trybie grubości to cięcie obrócone o 36 stopni w kształcie litery Y, ale wykazano, że cięcie obrócone w Y o 127,86 stopnia, propagujące się w kształcie litery X (128YX), zwykle używane do generowania powierzchniowej fali akustycznej, ma wyższą amplitudę przemieszczenia powierzchni w porównaniu z cięciem pod kątem 36 stopni<klasa sup = "xref">13 podczas pracy w rezonansie i niskich stratach. Wykazano również, że praca w trybie grubości oferuje o rząd wielkości poprawę wydajności rozpylacza w porównaniu z innymi trybami wibracji13, nawet przy użyciu LN.
Częstotliwość rezonansowa urządzenia piezoelektrycznego działającego w trybie grubości zależy od jego grubości t: długość fali λ = 2t/n, gdzie n = 1, 2,... to liczba antywęzłów. W przypadku podłoża o grubości 500 μm odpowiada to długości fali 1 mm dla modu podstawowego, którą można następnie wykorzystać do obliczenia podstawowej częstotliwości rezonansowej, f = v/λ, jeśli znana jest prędkość fali, v. Prędkość dźwięku przez grubość 128YX LN wynosi około 7 000 m/s, a więc f = 7 MHz. W przeciwieństwie do innych form wibracji, szczególnie modów powierzchniowych, łatwo jest wzbudzić harmoniczne trybu o wyższej grubości do znacznie wyższych częstotliwości, tutaj do 250 MHz lub więcej, chociaż tylko mody o numerach nieparzystych mogą być wzbudzane przez jednorodne pola elektryczne14. W związku z tym druga harmoniczna (n = 2) w pobliżu 14 MHz nie może być wzbudzona, ale trzecia harmoniczna przy 21 MHz (n = 3) może. Wytwarzanie wydajnych urządzeń w trybie grubości wymaga osadzania elektrod na przeciwległych powierzchniach przetwornika. Aby to osiągnąć, używamy rozpylania prądem stałym (DC), ale można zastosować osadzanie wiązką elektronów i inne metody. Analiza impedancji jest przydatna do scharakteryzowania urządzeń, szczególnie w znalezieniu częstotliwości rezonansowych i sprzężenia elektromechanicznego przy tych częstotliwościach. Laserowa wibrometria dopplerowska (LDV) jest przydatna do określania wyjściowej amplitudy i prędkości drgań bez kontaktu lub kalibracji15, a poprzez skanowanie LDV zapewnia przestrzenny rozkład deformacji powierzchni, ujawniając tryb drgań związany z daną częstotliwością. Wreszcie, w celu badania atomizacji i dynamiki płynów, obrazowanie z dużą prędkością może być wykorzystane jako technika badania rozwoju fal kapilarnych na powierzchni siedzącego drop16,17. Podczas atomizacji, podobnie jak w przypadku wielu innych zjawisk akustofluidycznych, małe kropelki są wytwarzane w szybkim tempie, ponad 1 kHz w danym miejscu, zbyt szybko, aby szybkie kamery mogły obserwować z wystarczającą dokładnością i polem widzenia, aby dostarczyć użytecznych informacji na wystarczająco dużej próbce kropel. W tym celu można zastosować rozpraszanie laserowe, przepuszczając kropelki przez rozszerzoną wiązkę laserową w celu (Mie) rozproszenia części światła w odbiciu i załamaniu w celu wytworzenia charakterystycznego sygnału, który można wykorzystać do statystycznego oszacowania rozkładu wielkości kropli.
Łatwo jest wyprodukować piezoelektryczne przetworniki o dużym natężeniu grubości, ale techniki wymagane w charakterystyce urządzeń i atomizacji nie zostały jasno opisane w literaturze do tej pory, co hamuje postęp w tej dyscyplinie. Aby przetwornik grubości był skuteczny w urządzeniu do atomizacji, musi być mechanicznie odizolowany, aby jego wibracje nie były tłumione i musi mieć ciągły dopływ płynu o natężeniu przepływu równym szybkości rozpylania, aby nie doszło do wysuszenia ani zalania. Te dwa praktyczne rozważania nie zostały dokładnie omówione w literaturze, ponieważ ich rozwiązania są wynikiem technik inżynieryjnych, a nie czystej nowinki naukowej, niemniej jednak mają one kluczowe znaczenie dla badania tego zjawiska. Jako rozwiązania przedstawiamy zespół uchwytu przetwornika i system odprowadzania płynów. Protokół ten oferuje systematyczne podejście do wytwarzania i charakteryzowania atomizerów w celu ułatwienia dalszych badań w zakresie fizyki podstawowej i niezliczonych zastosowań.

<table><tbody><tr><td>Wzmacniacz</td><td>Amplifier Research, Souderton, PA, USA</td><td>5U1000</td><td></td></tr><tr><td>Ramię przegubowe</td><td>Fisso, Zurych, Szwajcaria</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw CF4</td><td>Edmund Optics, Barrington, NJ, USA</td><td></td><td>Obiektyw używany do szybkiego obrazowania</td></tr><tr><td>Piła do krojenia w kostkę</td><td>Disco, Tokio, Japonia</td><td>Dyskoteka Automatyczna piła do krojenia w kostkę 3220</td><td></td></tr><tr><td></td> <td>dyfuzora zapachowego z włóknaWeihai Industry Co., Ltd., Weihai, Shandong, Chiny</td><td>https://www.weihaisz.com/Fiber-Fragrance-Diffuser-Wick_p216.html</td><td></td></tr><tr><td>Szybka kamera</td><td>Photron, San Diego, Stany Zjednoczone</td><td>Fastcam Mini</td><td></td></tr><tr><td>laserowy wibrometr dopplerowski</td><td>Polytec, Waldbronn, Niemcy</td><td>UHF120</td><td>Bezkontaktowy laserowy wibrometr dopplerowski</td></tr><tr><td>Rozpraszanie laserowe System pomiaru wielkości kropel</td><td>Malvern Panalytical, Malvern, Wielka Brytania</td><td></td><td></td>STP5315</tr><tr><td>Podłoże z niobianu litu</td><td>PMOptics, Burlington, MA, USA</td><td>PWLN-431232</td><td>4" dwustronnie polerowane o grubości 0,5 mm 128&deg; Strzykawki z niobianem litu</td></tr><tr><td>Luer-lock</td> z obróconym tyłem <td>Becton Dickingson, New Jersey, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zakład pomieszczeń czystych Nano3</td><td>UCSD, La Jolla, CA, USA</td><td></td><td>W nim odbywa się proces produkcji.</td></tr><tr><td>Analizator sieci</td><td>Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, Stany Zjednoczone</td><td>5061B</td><td></td></tr><tr><td>Oscyloskop</td><td>Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, Stany Zjednoczone</td> Oprogramowanie do nabywania PSV <td>InfiniiVision 2000 X-Series</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Polytec, Waldbronn, Niemcy</td><td>Wersja 9.4</td><td>Oprogramowanie LDV</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do prezentacji PSV</td><td>Polytec, Waldbronn, Niemcy</td><td>Wersja 9.4</td><td>Oprogramowanie LDV</td></tr><tr><td>Generator sygnału</td><td>NF Corporation, Jokohama, Japonia</td><td>Generator</td><td></td>wielofunkcyjny WF1967</tr><tr><td>Łącznik jednosłupkowy</td><td>DigiKey, Thief River Falls, MN</td><td>ED1179-ND</td><td></td></tr><tr><td>Napylanie napylania</td><td>Denton Vacuum, NJ, USA</td><td>Denton 18</td><td>System napylania Denton Discovery 18</td></tr><tr><td>Styki sprężynowe do montażu powierzchniowego</td><td>DigiKey, Thief River Falls, MN</td><td>70AAJ-2-M0GCT-ND</td><td></td></tr><tr><td>Łyżka do wafli teflonowych</td><td>ShapeMaster, Ogden, IL, Stany Zjednoczone</td><td>SM4WD1</td><td>Łyżka waflowa 4"</td></tr><tr><td>XYZ Stage</td><td>Thor Labs, Newton, New Jersey, USA</td><td>MT3</td><td>Stoliki do stołu optycznego</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie i charakterystyka urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości do atomizacji i akustofluidyki

Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics

Prezentujemy technikę wytwarzania prostych urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości przy użyciu niobianu litu (LN). Wykazano, że takie urządzenia rozpylają ciecz bardziej efektywnie, pod względem natężenia przepływu na moc wejściową, niż te, które opierają się na falach Rayleigha i innych trybach wibracji w LN lub tytanianie cyrkonianu ołowiu (PZT). Kompletne urządzenie składa się z przetwornika, uchwytu przetwornika i układu zasilania płynem. Podstawy akustycznej atomizacji cieczy nie są dobrze znane, dlatego opisano również techniki charakterystyki urządzeń i badania zjawisk. Laserowa wibrometria dopplerowska (LDV) dostarcza informacji o drganiach niezbędnych do porównania przetworników akustycznych i w tym przypadku wskazuje, czy urządzenie będzie dobrze działać pod względem drgań o dużej grubości. Może być również używany do znajdowania częstotliwości rezonansowej urządzenia, chociaż informacje te uzyskuje się szybciej poprzez analizę impedancji. Ciągła atomizacja płynów, jako przykładowe zastosowanie, wymaga starannej kontroli przepływu płynu, a my przedstawiamy taką metodę z szybkim obrazowaniem i pomiarami rozkładu wielkości kropel za pomocą rozpraszania laserowego.

Urządzenia piezoelektryczne pracujące w trybie grubości wykonano z niobianu litu 128YX. Rysunek 1 przedstawia kompletny zespół służący do stabilizacji przetwornika, z zastosowaniem niestandardowego uchwytu przetwornika wykorzystanego w pasywnym systemie podawania cieczy opracowanym na potrzeby ciągłej atomizacji. Etapy charakteryzacji tych urządzeń obejmują wyznaczenie częstotliwości rezonansowej i harmonicznych przy użyciu analizatora impedancji (Rysunek 2). Cz...

Opisano wytwarzanie piezoelektrycznych przetworników grubości poprzez rozpylanie elektrod płytkowych prądem stałym na niobianie litu. Dodatkowo, niezawodna praca jest osiągana dzięki uchwytowi przetwornika i systemowi zasilania płynem, a charakteryzacja jest demonstrowana za pomocą analizy impedancji, laserowej wibrometrii dopplerowskiej, szybkiego obrazowania i rozkładu wielkości kropel za pomocą rozpraszania laserowego.

Wytwarzanie i charakterystyka urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości do atomizacji i akustofluidyki

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid ...

Techniki te można wykorzystać do udzielenia odpowiedzi na pytania dotyczące częstotliwości rezonansowej, pobudzenia w trybie wibracyjnym, amplitudy drgań oraz tego, jak przetworniki o tych cechach działają jako atomizery. Dzięki informacjom dostarczonym przez te analizy możliwe jest rygorystyczne ilościowe określenie wpływu zmiennych niezależnych i eksperymentów z udziałem przetworników trybu grubości. Technika ta umożliwia opracowanie urządzeń, które można wykorzystać do rozpylania leków stosowanych w leczeniu chorób układu oddechowego, takich jak zapalenie płuc.Metody te są przydatne do charakteryzowania zjawisk atomizacji i mogą być stosowane do badania fal kapilarnych na powierzchni kropli. Ponieważ wiele konkurujących ze sobą czynników musi być zrównoważonych, osiągnięcie ciągłej atomizacji może być trudne. Dostosuj wejście mocy, położenie i orientację i obserwuj, jak zmienia się zachowanie.Wiele z tych technik jest prostych do wykonania po demonstracji, ale wymaga pewnej zręczności i świadomości przestrzennej, których nie ma w tekście. Aby zmontować niestandardowy uchwyt przetwornika, dwa styki sprężynowe do montażu powierzchniowego do każdej z dwóch niestandardowych płytek drukowanych i przypnij zewnętrzne styki, aby nie zwierały obwodu. Wciśnij kolce w platerowane otwory na niestandardowych płytach tak, aby kolce były skierowane od siebie.Użyj przekładek i do płytki, aby połączyć dwie niestandardowe płytki drukowane, tak aby styki stykały się ze sobą. W razie potrzeby dostosuj odstępy za pomocą plastikowych podkładek. Następnie wsuń przetwornik o wymiarach 3 x 10 milimetrów między wewnętrzną parę styków.Aby zidentyfikować częstotliwość rezonansową na podstawie analizy impedancji, podłącz przetwornik do otwartego portu analizatora sieci i wybierz parametr współczynnika odbicia S11 za pomocą interfejsu użytkownika analizatora sieci. Wybierz interesujący Cię zakres częstotliwości i wykonaj przemiatanie częstotliwości. Następnie wybierz opcję Zapisz przywołanie i zapisz dane śledzenia, aby wyeksportować dane do odpowiedniego oprogramowania do przetwarzania danych w celu zidentyfikowania dokładnych minimalnych lokalizacji.Aby scharakteryzować wibracje za pomocą LDV, umieść przetwornik w styku płytki pogo na stoliku LDV i podłącz przewody sondy pogo do generatora sygnału. Upewnij się, że w oprogramowaniu do akwizycji wybrano właściwy obiektyw i ustaw ostrość mikroskop na powierzchni przetwornika. Wybierz opcję Definiuj punkty skanowania i ustawienia.Skanowanie jednopunktowe daje użytkownikowi amplitudę drgań w jednym punkcie. Aby określić tryb wibracji i rezonans, należy wykonać skanowanie obszaru. Na karcie ogólne wybierz opcję FFT lub czas w zależności od tego, czy skanowanie jest wykonywane w dziedzinie częstotliwości czy czasu i ustaw liczbę średnich.W zakładce kanał upewnij się, że pola aktywne są zaznaczone i dostosuj kanały referencyjne i padające, aby wybrać maksymalną siłę sygnału z podłoża. W zakładce generatora, jeśli pomiar jest wykonywany pod sygnałem o pojedynczej częstotliwości, wybierz Sinus z listy rozwijanej przebiegu. Jeśli znajduje się w jednym paśmie, wybierz MultiCarrierCW.Następnie na karcie częstotliwość zmień szerokość pasma i linie FFT, aby dostosować rozdzielczość skanowania dla skanowania w dziedzinie częstotliwości. Jeśli wykonywane są pomiary w dziedzinie czasu, zmień częstotliwość próbkowania w zakładce czasu. Aby stworzyć system dostarczania płynów, wybierz o długości 25 milimetrów i średnicy 2 milimetrów, składający się z wiązki włókien hydrofilowego polimeru przeznaczonego do transportu cieczy.Przytnij jeden koniec tak, aby utworzył asymetryczną końcówkę, a następnie włóż go do strzykawki Luer lock o pożądanej pojemności, pozwalając wysunąć się na 15 milimetrów poza koniec. Zablokuj końcówkę strzykawki na strzykawce, zapewniając dokładne dopasowanie do i zamontuj zespół tak, aby znajdował się od 10 do 90 stopni od poziomu, a końcówka stykała się z krawędzią przetwornika. Następnie napełnij strzykawkę wodą.Ustaw napięcie na zero i zastosuj ciągły sygnał napięciowy o częstotliwości rezonansowej wyznaczonej za pomocą analizatora impedancji. Zwiększaj napięcie, aż ciecz będzie rozpylana w sposób ciągły bez zalania lub wyschnięcia urządzenia. Jeśli sugerowane regulacje nie powiodą się, zmatowić złotą powierzchnię przetwornika w pobliżu punktu styku drobnym papierem ściernym, nie usuwając całkowicie złota.Aby obserwować dynamikę urządzenia za pomocą szybkiego obrazowania, należy sztywno zamontować kamerę szybkotnącą poziomo na stole optycznym i umieścić przetwornik w styku płytki pogo na stoliku XYZ w pobliżu ogniskowej kamery. Umieść rozproszone źródło światła o co najmniej jednej ogniskowej po przeciwnej stronie przetwornika niż kamera i za pomocą pipety umieść siedzącą kroplę na powierzchni przetwornika. Dostosuj ostrość kamery i pozycję XYZ, aby uzyskać ostrość próbki płynu i wybierz liczbę klatek na sekundę, która jest co najmniej dwa razy większa niż ta częstotliwość zgodnie z szybkością Nyquista, aby uniknąć aliasingu.Dostosuj intensywność światła, migawkę aparatu lub jedno i drugie, aby zoptymalizować kontrast między płynem a tłem. Następnie podłącz zaciski krokodylkowe ze wzmocnionego generatora sygnału do przewodów sondy pogo i uchwyć zjawisko, jednocześnie wyzwalając wideo w oprogramowaniu kamery i stosując sygnał napięciowy. W celu analizy rozpraszania laserowego wielkości kropli należy wyregulować moduły nadawcze i odbiorcze lasera wzdłuż szyny systemu rozpraszania laserowego z odstępem od 20 do 25 centymetrów między tymi dwoma modułami.Sztywno zamontuj platformę w tej szczelinie, tak aby po umieszczeniu na niej przetwornika i zespołów doprowadzających płyn, rozpylona mgła została wyrzucona na ścieżkę wiązki laserowej. Aby ułatwić to wyrównanie, włącz wiązkę laserową i wybierz narzędzia, sterowanie laserem i laser włączony. Przymocuj otwór przetwornika do platformy.Zamocuj zespół doprowadzania płynu do ramienia przegubowego. Ustaw zespół doprowadzania płynu tak, aby końcówka stykała się z krawędzią przetwornika i użyj zacisków krokodylkowych, aby podłączyć źródło sygnału do zacisków kolców w uchwycie przetwornika i kliknij nową standardową procedurę operacyjną w oprogramowaniu systemu rozpraszania laserowego. Ustaw szablon na domyślny ciągły, a okres próbkowania na 1.W obszarze Obsługa danych kliknij opcję Profil natrysku, aby ustawić długość ścieżki na 20 milimetrów. Kliknij opcję Alarmy, aby odznaczyć opcję Użyj wartości domyślnych i ustawić minimalną transmisję na 5 i 1% oraz minimalne rozproszenie na 50 i 10. Po ustawieniu wszystkich parametrów kliknij przycisk rozpocznij standardową procedurę operacyjną i wybierz utworzoną procedurę.Napełnij zbiornik płynu wodą do żądanego poziomu i zanotuj objętość. Po rozpoczęciu pomiaru włącz sygnał napięcia i uruchom stoper, gdy tylko rozpocznie się atomizacja. Po rozpyleniu żądanej objętości płynu wyłącz sygnał napięcia, jednocześnie zatrzymując stoper i nagraj ostateczną objętość.Na wynikowym histogramie pomiaru wybierz część danych, podczas której atomizacja zachodziła zgodnie z oczekiwaniami, a sygnał na odbiorniku był wystarczająco silny, aby był statystycznie istotny. Kliknij opcję uśredniana i w porządku, aby wygenerować rozkład na podstawie wybranych danych. Następnie skopiuj i zapisz dane do pliku tekstowego i zapisz pod odpowiednią nazwą pliku.Charakterystyka tych urządzeń obejmuje określenie częstotliwości rezonansowej i harmonicznych za pomocą analizatora impedancji. W tej reprezentatywnej analizie stwierdzono, że podstawowa częstotliwość urządzeń jest bliska siedmiu megaherców, zgodnie z przewidywaniami na podstawie grubości podłoża. Dalsza charakterystyka za pomocą bezkontaktowej laserowej wibrometrii dopplerowskiej może być wykorzystana do określenia wielkości i przemieszczenia podłoża, które zwykle mieści się w zakresie nanometrów.Ponadto wibracje kropli można ocenić za pomocą obrazowania z dużą prędkością, a dynamikę atomizacji można określić, mierząc rozkład wielkości kropli. Pamiętaj, że aby osiągnąć atomizację, przetwornik musi pracować z częstotliwością rezonansową w trybie grubości. Jeśli urządzenie nie działa zbyt dobrze, może to oznaczać, że nie masz odpowiedniej częstotliwości.Korzystając z tego protokołu jako podstawy, można zmieniać i porównywać wiele parametrów trybu grubości, takich jak grubość elektrody lub wymiary boczne. Po ustaleniu tego protokołu z wodą, przetworniki w trybie grubości mogą być teraz używane z innymi płynami do zastosowań takich jak dostarczanie leków płucnych, chłodzenie i kodowanie.

fabrication-characterization-thickness-mode-piezoelectric-devices-for

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

W tym filmie najpierw opisujemy procedury produkcji i obsługi akustycznego urządzenia przeciwprądowego powierzchniowej fali akustycznej (SAW). Następnie demonstrujemy eksperymentalną konfigurację, która pozwala zarówno na jakościową wizualizację przepływu, jak i analizę ilościową złożonych przepływów w urządzeniu pompującym SAW.

Wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych

Parametryczne wzbudzenia optomechaniczne zostały ostatnio eksperymentalnie zademonstrowane w mikroprzepływowych rezonatorach optomechanicznych za pomocą ciśnienia promieniowania optycznego i stymulowanego rozpraszania Brillouina. W artykule opisano wytwarzanie tych rezonatorów mikroprzepływowych wraz z metodologiami generowania i weryfikacji oscylacji optomechanicznych.

Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Ten protokół opisuje architekturę systemu do wykonywania automatycznych separacji cząstek o małej objętości (0,15–1,5 ml) za pomocą urządzenia mikroprzepływowego i omawia metody optymalizacji wydajności i działania urządzenia akustycznego.

Platforma mikroprzepływowa do precyzyjnego przetwarzania próbek o małej objętości i jej wykorzystanie do wymiarowania oddzielnych cząstek biologicznych za pomocą mikrourządzenia akustycznego

Urządzenia akustofluidyczne wykorzystują fale ultradźwiękowe w kanałach mikroprzepływowych do manipulowania, koncentracji i izolowania zawieszonych mikro i nanoskopowych jednostek. Protokół ten opisuje produkcję i działanie takiego urządzenia obsługującego masowe akustyczne fale stojące w celu skupienia cząstek w centralnym strumieniu bez pomocy płynów osłonowych.

Wytwarzanie i eksploatacja urządzeń akustyczno-przepływowych wspomagających masowe akustyczne fale stojące do bezosłonowego ogniskowania cząstek

Przedstawiono protokół manipulowania mikrocząstkami w kanale mikroprzepływowym z wzbudzeniem o podwójnej częstotliwości.

Manipulacja mikrocząstkami poprzez powierzchniowe fale akustyczne z wzbudzeniami o podwójnej częstotliwości

W tym badaniu stworzyliśmy elastyczną strukturę siatki 3D i zastosowaliśmy ją na elastycznej warstwie bimorficznego kombajnu drgań typu wspornikowego w celu obniżenia częstotliwości rezonansu i zwiększenia mocy wyjściowej.

Piezoelektryczny kombajn wibracyjny na bazie polimerów ze strukturą 3D z rdzeniem siatkowym 3D

Pokazujemy wytwarzanie kanałów o nanowysokości z integracją urządzeń do aktywacji powierzchniowej fali akustycznej na niobianie litu dla nanofluidyki akustycznej za pomocą fotolitografii liftoff, nano-głębokiego reaktywnego trawienia jonowego i plazmowego aktywowanego powierzchniowo wielowarstwowego wiązania monokryształowego niobianu litu w temperaturze pokojowej, procesu podobnie użytecznego do wiązania niobianu litu z tlenkami.

Wytwarzanie kanałów o nanowysokości wykorzystujących aktywację powierzchniowej fali akustycznej za pomocą niobianu litu w nanofluidyce akustycznej

Dwie techniki wytwarzania, lift-off i trawienie na mokro, są opisane w produkcji międzypalcowych przetworników elektrod na podłożu piezoelektrycznym, niobianie litu, szeroko stosowanym do generowania powierzchniowych fal akustycznych, obecnie znajdującym szerokie zastosowanie w mikro i nanoskalowej fluidyce. Wykazano, że wyprodukowane elektrody skutecznie indukują powierzchniowe fale akustyczne Rayleigha rzędu megahercowego.

Wytwarzanie powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na niobianie litu

Ta praca przedstawia szczegółowy protokół mikrowytwarzania nanostrukturalnego wspornika α-kwarcowego na podłożu w technologii Silicon-On-Insulator(SOI), zaczynając od epitaksjalnego wzrostu warstwy kwarcowej metodą powlekania zanurzeniowego, a następnie nanostrukturyzacji cienkiej warstwy za pomocą litografii nanoimprint.

Epitaksjalne nanostrukturalne warstwy α-kwarcowe na krzemie: od materiału do nowych urządzeń

Ten protokół opisuje montaż i działanie taniego urządzenia akustofluidycznego do szybkiego dostarczania molekularnego do komórek poprzez sonoporację wywołaną przez ultradźwiękowe środki kontrastowe.

Montaż i eksploatacja urządzenia akustyczno-fluidycznego w celu lepszego dostarczania związków molekularnych do komórek

Poznaj metody wytwarzania i charakteryzacji piezoelektrycznych przetworników grubościowych do atomizacji leków w chorobach układu oddechowego. Techniki obejmują analizę impedancji i wibrometrię laserową.

Wytwarzanie i charakterystyka urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości do atomizacji i akustofluidyki

Przeglądaj więcej filmów