Summary
이 문서에서는 설명 프로토콜 사용 하 여 대칭 평면 전극에 난 연 유리 섬유 강화 에폭시 (FR-4) 구리-입은 적 층 판 (CCL)의 성능에 챔버 크기의 영향을 테스트 하는 전도 micropump의 제조에는 전도 micropump입니다.
Abstract
여기, 대칭 평면 전극 쌍 난 연 유리 섬유 강화 에폭시 (FR-4) 구리-입은 적 층 판 (CCL)에 준비 된 전도 micropump 조작 이다. 그것은 전도 micropump의 성능에 챔버 크기의 영향을 조사 하 고 아세톤은 작동 유체로 사용 하는 경우 전도 펌프의 신뢰성을 확인 하는 데 사용 됩니다. 테스트 플랫폼은 다른 조건 하에서 전도 micropump 성능을 평가 하기 위해 설정 됩니다. 챔버 높이 0.2 m m 일 때 펌프 압력의 피크 값을 도달 합니다.
Introduction
Micropumps는 대부분의 펌프 보다 훨씬 작은 규모에 액체 흐름을 구동할 수 있다. 최근 몇 년 동안, 다양 한 운전 방식 미세 시스템1,2,3,,45에 성공적으로 적용 되었습니다 했습니다. 충돌기 (EHD) 펌프는 액체, 모든 움직이는 부분 없이 간단 하 고 쉽게6를 조작 하 게에 직접 힘을 발휘 수 있습니다. 요금 종류에 따라 EHD 펌프 주입 펌프, 유도 펌프, 또는 전도 펌프로 나눌 수 있다. 유도 펌프 주입 펌프 액체 전도도 변경 하는 동안 등온 액체에 작동 하지 않습니다. 이러한 문제를 부족 하기 때문에 전도 펌프는 더 안정 되 고 넓은 응용 프로그램.
전도 펌프 액체 분자의 분리와 재결합 속도의 불일치를 기반으로 합니다. 일반적으로, 분리와 재결합 과정7,8을 다음과 같이 표현 될 수 있다:
어디 재결합 속도 kr 분리 율 kd 전기 분야 힘의 함수는 상수 이다. 전기 분야 힘에는 특정 값에 도달 하면, 분리 속도 재결합 속도 초과할 것 이다. 그럼, 더 많은 무료 요금 반대 극성 및 heterocharge 레이어 폼의 두 개의 전극에 여행. 이러한 heterocharge 레이어는 펌프, 책임의 움직임 액체 분자를 앞으로 못 살게 굴지. 따라서, 순수한 몸 힘 챔버 내에 긍정적이 고 부정적인 이온9,,1011,12의 이동성의 불일치 또는 비대칭 전극을 사용 하 여 액체에서 생성 될 수 있습니다. .
이 작품 전도 펌프에 대 한 대칭 평면 전극 플레이트를 조작 하는 새로운 방법을 소개 합니다. 전극 판 f R-4 CCL에 준비 되 고 펌프 챔버 미세 하 여 준비. 제조 프로세스는 나노리 같은 다른 제조 방법 보다 더 편리 하 고 상대적으로 간단 합니다. 다른 조건 하에서 전도 micropump의 성능을 조사 하는 테스트 플랫폼 설정 됩니다. 또한, 전도 micropump의 신뢰도 또한 다른 상황에서 조사 하 고 있다.
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Protocol
주의: 사용 하기 전에 모든 관련 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 아세톤 가연성 이며 눈과 호흡기에 자극을 일으킬 수 있습니다. 관련 된 전압은 높은 몇 천 볼트; 따라서, 전기 스파크 실험을 실시 하는 때 예상 된다. 폭발 방지 불꽃에서 불 하 좋은 환기를 가진 방에 있는 실험 수행.
1. 번호판 및 홀더 제작
참고:이 작품에서 전극 판 및 홀더는 공장에서 생산 라인에 의해 조작. 만 물자 및이 문서에서 모든 부품의 매개 변수는 복잡 한 프로세스로 인해 소개 될 것 이다.
1.4 m m를 사용 하 여- 재료와 전극 판의 크기
- Fabricate 전극 판 35 µ m의 얇은 구리 층으로 f R-4 CCL. 그림 1 전극 판의 상세한 매개 변수를 참조 하십시오.
- 전극의 매개 변수
- 공장에서 전극 접시를 주문. 자세한 내용은 그림 2를 참조 하십시오.
- 전극 판의 검사
- 전극 판의 준비 후 어떤 눈에 띄는 결함을 100 X 300 X 확대 및 전극 검사 전자 현미경을 사용. 그림 3에서 보는 바와 같이 전극의 표면에 작은 결함 합선, 발생할 수 있습니다 참고.
- 검사 측정 전극 폭 및 간격 치수 정확도 요구 사항을 충족 하는지 여부를 확인 하 고.
- 전기 단락 발생 경우 amperemeter와 플레이트 테스트.
- 챔버 판의 준비
- 그림 4와 같이 일부 실리콘 막 전극 판으로 같은 크기로 잘라. 실리콘 막 서로 다른 높이와 번호판을 챔버 수 있도록 다른 두께를 선택 하십시오.
- 그림 5와 같이 특별 한 펀칭 도구 챔버 구멍 펀치를 사용.
- 소유자의 처리
- 공장에서 홀더를 주문. 자세한 매개 변수는 그림 6에 표시 됩니다.
- 커버 플레이트의 제작
- 입구 및 출구 관을 설치 하는 드릴을 사용 하 여 커버 플레이트 위에 두 드릴 구멍 기계. 그들의 위치 및 크기에 대 한 그림 7을 참조 하십시오.
2. 어셈블리는 Micropump의
- 씻어 모든 접시, 홀더, 입구 및 출구 관, 그리고 실험에 사용 되는 다른 도구를 사용 하 여 아세톤. 이러한 도구와 번호판 비 커 안에 넣고을 그들을 담가 충분히 99.5% 아세톤을 부 어. 초음파 세척기 안에 비 커를 넣어. 초음파 세척기에 설정 하 고 5 분 타이머 설정
- 에 두 개의 구멍에 입구 및 출구 스테인리스 스틸 튜브 삽입.
- 실리콘 막 전극 판에 만들어진 챔버 접시를 놓고 커버 플레이트 커버.
- 스택 커버 플레이트를 정렬, 챔버 판 고 전극 위에서 아래로 접시 소유자에 정렬 된 격판덮개를 삽입.
홀더 안에 접시를 해결 하기 위해
- 사용 된 M5 볼트. 각각 그림 8 및 그림 9에서 같이 폭발 보기 및 조립된 micropump의 기본 보기를 참조 하십시오.
- 번호판 볼트를 강화 하 여 함께 누릅니다.
참고: 튜브와 챔버에 구멍 작업 액체에 대 한 통로 형성할 것 이다. 탄성 챔버 플레이트 또한 밖으로 흐르는 액체를 방지 하기 위해 판 사이의 간격을 인감 수 있습니다. 각각 폭발 보기와 그림 8과 그림 9, 조립된 micropump의 기본 보기를 참조 하십시오.
- 외부 직경 4 mm와 2 mm의 내부 직경 두 폴리우레탄 호스를 사용 하 여 연결 하는 입구 및 출구 스테인리스 스틸 튜브.
- 는 amperemeter, 500 V DC 전원 소스와 micropump 시리즈에 연결합니다. 1 삽입 mA 퓨즈는 amperemeter와 micropump는 누전 하는 경우에 amperemeter를 보호 하기 위해 전원 사이.
- 내부 아세톤의 20-30 mL로 50 mL 비 커에 입구 호스 삽입.
참고: 그림 10 완성 된 플랫폼을 보여 줍니다.
3. 실험 절차
- 예비 실험 전에 작업를 사용 하 여 실린더는 micropump를 채우기 위해 아세톤을 주입. 액체 수준에 출구 호스를 도달 하면, 모든 거품 약 실에서 적용 됩니다 때까지 내부 아세톤 10 mL를 주사 계속.
참고: 그것은 어떤 거품 커버 플레이트 및 전극 판 투명 하지 않기 때문에 챔버 내부에 남아 있는지 확인 수 아니다. 거품을 제거 하는 데 도움이 지속적으로 아세톤을 주입 하지만 그것 없는 거품은 micropump 안에 남아는 보장할 수 없습니다. 거품 액체의 통로 차단 수 있습니다 또는 그들은 회로 짧게 하 고 전극 타오를 것 이다 micropump 내부 마이크로 폭발을 일으킬 수 있습니다. 펌프 가동에 거품의 효과 아직 완전히 분명, 하지만 그들은 원인 고장 여러 번 관찰 되었습니다. - 는 아세톤의 20-30 mL 비 커에 부 어 그리고 비 커 안에 입구 호스를 넣어. 아세톤 펌프에 흐름 수 및 공기 micropump 챔버로 빨려 수 있도록 액체 수준 적어도 5 mm 입구 보다 높은 인지 확인 하십시오.
- 예비 실험 전에 작업를 사용 하 여 실린더는 micropump를 채우기 위해 아세톤을 주입. 액체 수준에 출구 호스를 도달 하면, 모든 거품 약 실에서 적용 됩니다 때까지 내부 아세톤 10 mL를 주사 계속.
- 정적 압력 테스트
- 호스 수 직선과 수직 상태로 유지 되도록 작은 프레임 출구 호스를 연결. 넣어 액체 수준을 측정 하 출구 호스와 함께 통치자.
- 전원에는 micropump 연결.
- 스위치를 눌러 테스트를 시작 하 고 다음 초기 액체 수준 아래로 표시.
- 액체 수준 안정 후, 기록 시간, 최종 액체 수준 및 전류.
- 액체 수준 및 현재 모든 10을 기록 하는 micropump가 분해 될 때까지 s.
- 흐름 속도 테스트
- 큰 측정 실린더를 사용 하 여 콘센트 호스에서 나오는 액체를 수집. 끝 비 커에 액체 수준으로 동일한 고도에 남아 있도록 콘센트 호스를 수정 하십시오.
- 전원에는 micropump 연결.
- 스위치를 눌러 테스트를 시작 하 고 다음 초기 액체 수준 아래로 표시.
- 액체 출구 호스에서 흐름을 시작으로 기록 측정 실린더 내부 아세톤의 볼륨 마다 10 s. 실험 간다, 액체 레벨을 유지 하기 위해 비 커에 아세톤을 추가.
- 신뢰성 테스트
- 평균 작업 시간을 사용 하 여 펌프의 신뢰성을 평가 하기 위해
- . 흐름 속도 테스트 및 정적 압력 시험 펌프 분해 하기 전에 작업 시간을 기록 합니다. 실험 기간 동안 각 고장의 자세한 현상을 기록 하 고 이후에 추가 분석을 위해 전극 플레이트 표면 검사.
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Representative Results
그림 11에서 같이, 펌프 압력 및 그것의 증가 속도 전압 증가 하면 상승. 전압 500 V에 도달 하면 펌프 압력에 도달 하면 1100 실바
펌프 정 압 챔버 높이 0.2 m m 미만의 경우 증가 펌프 챔버 높이 상승 한다. 펌프 성능 챔버 높이 0.2 m m 일 때 그것의 가장 높은 지점에 도달 합니다. 그런 다음 정적 압력 챔버 높이 증가 하 고 하는 때 나타납니다. 그것은 믿고 그 0.2 m m은 챔버 높이 대 한 최고의 가치. 결과 그림 12에 표시 됩니다.
증가 함으로써 약 실 길이, 정적 압력 상승, 23 m m의 챔버 길이까지 큰 경사와 이후에 점진적 증가 나타내는 작은 사면. 펌프 압력의 변화 추세는 그림 13에 표시 됩니다.
그림 14에서처럼 정적 압력 챔버 폭 곡선 대에 약간의 감소 증가 했을 때 챔버 폭 2 m m에서 3 m m.에 이후에, 정적 압력 챔버 폭 증가 함에 따라 일정 한 수준에서 유지.
테스트 중에 micropump 10-90 분에 대 한 작업 후 자주 나눈다. 시간이 일정 금액에 대 한 작업, 후 펌프 압력 드롭 고장이 발생할 때까지 계속 합니다. 그러나, 펌프 압력의 성능은 새로운 아세톤 비 커에 추가 되 면 복원할 수 있습니다.
거품 펌프 내부에 있을 때, 펌프 압력 높은 작업 액체의 통로 거품에 의해 차단 되기 때문에 일반적으로 그것이 일어날 하지 것 이다. 접시를 충분히 청소 되지 않는 경우는 여전히 먼지나 다른 오염 의미 펌프 것입니다 쉽게 얻을 누전이 입자 전극 사이의 격차를 여행 하는 때. 때 펌프 되 면 누전 전류 매우 빠르게 상승 하 고 점화 전극.
그림 1: 전극 판의 크기. 전극 판, 챔버 플레이트, 그리고 커버 플레이트는 같은 크기의. 그들의 폭은 9 mm이 고 그들의 길이 40 m m. 철사를 납땜 하기 위한 구멍 직경의 1.6 m m. 순서 전극 플레이트 이러한 매개 변수를 공장에서 있고 홀더 안에 들어갈 수 있는 다는 것을 확인 후 접시 크기 확인. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 전극의 크기. 전극 플레이트는 300 µ m, 200 µ m의 전극 간격, 400 µ m, 두 전극 쌍 사이의 폭 간격의 전극 폭 23 쌍의 전극, 전극 간격 600 µ m의 끝. 전극 간격 전기장 강도 결정으로 가장 중요 한 매개 변수입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 단락에서 전극과 피해의 표면에 작은 결함. 넝마와 표면 구 덩이 전극의 일반적인 결함. (한) 구 덩이 심각한 고장 발생. (B)에서 전극의 일부 높은 전기장 강도에서 굽기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 접시 크기 약. 너비 및 판의 길이 9mm와 40mm, 각각입니다. 접시의 두께이 테스트에서 0.3 m m 이다. 차원 정확도 이다 0.1 m m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: 특별 한 구멍 펀치의 그림. 특별 한 구멍을 뚫는 도구 챔버에 구멍을 절단에 대 한 사용자 정의 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6: 공학 소유자의 드로잉. 위에 여는 3 m m 인 레트와 출구 스테인리스 스틸 튜브입니다. 모든 벽의 두께 2mm, 그리고 소유자의 전체 크기는 9 m m3x 37.5 x 14. 왼쪽에 2.4 m m 벽 전극 플레이트, 커버 플레이트, 그리고 챔버 플레이트의 위치입니다. 홀더 밑면 조이는 볼트에 대 한 스레드 M5 구멍이 있다. 소유자의 차원 정확도 매우 높은 되지 않습니다 0.1 m m 이다. 전극 판 안에 들어갈 수 있는 다는 것을 확인 하십시오. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7: 커버 플레이트의 파라미터. 커버 플레이트의 소재 FR4 이기도합니다. 두 개의 스테인레스 스틸 튜브 작업 액체에 대 한 입구와 출구 통로 제공 하는 구멍에 삽입 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8: 폭발 보기는 micropump의. 위에서 아래로 입구 및 출구 관, 커버 플레이트, 챔버 플레이트, 전극 판 및 죔 볼트 있습니다. 튜브와 c에 구멍hamber 플레이트 작업 액체 대 액체 통로 형성 한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9: 조립된 micropump의 이미지를 렌더링. 볼트 체결 후 모든 접시를 함께 누르면 그리고 챔버에 구멍 통과 하는 액체를 위한 유일한 공간입니다. 탄성 챔버 플레이트 또한 밖으로 흐르는 액체를 방지 하기 위해 판 사이의 간격을 인감 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 10: 그림은 micropump의 실험 플랫폼. 아세톤을 포함 하는 병, 비 커에 의해 대체 될 수 있습니다 하지만 그것은 너무 많이 지휘에서 아세톤을 방지 하기 위해 얇은 필름으로 비 커를 커버 하는 것이 안전. 전원 공급 장치, amperemeter, 그리고 펌프는 시리즈에서 연결 된다. 콘센트 호스는 또한 유리 튜브로 교체할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 11: 전압 및 펌프 압력의 관계. 펌프 압력 및 그것의 증가 속도 전압을 증가 하는 때 상승 한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 12: 챔버 높이 펌프 성능 관계. 펌프 성능 먼저 증가 다음 방울 챔버 높이 0.1 m m에서 증가 0.5 m m.에 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 13: 약 실 길이 펌프 성능 관계. 펌프 성능 길이 증가 하는 때 상승 한다.
그림 14: 챔버 폭과 펌프 성능 관계. 펌프 압력 동일 때 챔버 폭 증가 합니다.
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Discussion
프로토콜 내에서 중요 한 단계 중 하나는 전극 플레이트를 신중 하 게 검사 것입니다. 전극의 가장자리에 작은 털 수 단락, 고 표면 무결성 크게 펌프 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 전극 판과 홀더 청소도 매우 중요 하다. 전극 챔버 높이 이므로 1 m m 미만, 작은 먼지 입자 일 액체 흐름을 차단 하 고 단락을 일으킬 수 있습니다. 테스트 하기 전에 챔버로 아세톤을 주입 챔버 외부 거품을 제거할 수 있습니다.
micropump의 성능은 심각 하 게 챔버의 높이 의해 영향을 받을 수 있습니다. 이러한 영향을 제거 하려면 탄성 챔버 접시 더 물질에 의해 교체할 수 있습니다.
기술에는 몇 가지 제한이 있습니다. 첫째, 전극 높이 FR-4 CCL에 금속 층에 의해 결정 됩니다. 그건 상대적으로 높은, 어느 정도 액체의 흐름에 영향을 미칩니다. 둘째, 챔버 접시, 실리콘 멤브레인을 사용 하 여 챔버의 접착성이 향상 됩니다. 그러나, 실리콘의 탄성 챔버 높이에서 일부 편차를 발생할 수 있습니다. 마지막으로, 전극 폭, 전극 간격 다른 기술 보다 훨씬 더 어려운 더 높은 전기 분야 힘을 달성 하 게 자체 기술에 의해 제한 됩니다.
평판과 다른 높은 정밀 제조 기술, FR-4 CCL를 사용 하 여이 전극 제조 프로세스와는 달리 비교적 간단 하 고 저렴. 다른 한편으로,이 작업에 필요한 전기 전압 훨씬 낮습니다. 피어슨과 Seyed Yagoobi13 반지 전극과 5를 요구 하는 관통된 전극 디자인 제안 했다 작동 하는 펌프에 대 한 DC 전압의 kV이이 작품에서 전원만 500 V입니다.
이 micropump는 열 파이프, 특히 모 세관 힘 외 원동력을 필요로 하 긴 열 파이프 루프를 사용할 수 있습니다. 파이프 내부에 열 하나 또는 여러 개의 전극 판 삽입 뜨거운 끝에서 찬 끝 여행 하 유 전체 냉각수에 대 한 충분 한 원동력을 제공할 수 있습니다. 비슷한 기능 또한 환상 전극 금속 기판으로 부드러운, 절연 재료에 조작에 의해 얻을 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 작품은 자연 과학 재단의 중국 국가 (51375176); 주최 (2014A030313264); 중국의 광 동 지방 자연 과학 재단 그리고 광 동성, 중국 (2014B010126003)의 프로젝트를 계획 하는 과학 및 기술.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Amperemeter | - | 85C1-MA | |
| DC high voltage power supply | NanTong Jianuo electric device company | GY-WY500-1 | |
| Fuse | - | - | |
| Ultrasonic cleaner | Derui ultrasonic device company | - | |
| Soldering iron | - | - |
References
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