Method Article

Performans Test platformu ve tel Micropump FR-4 bakır kaplı elektrot plaka ile için

DOI:

10.3791/55867

⸱

October 9th, 2017

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

In This Article

Summary

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

Bu kağıt odası boyutları etkisi performansını test etmek için ateşe dayanıklı cam takviyeli epoksi (FR-4) bakır kaplı laminat (CCL) üzerinde simetrik düzlemsel elektrot kullanarak bir iletim micropump imalatı için bir protokol sunar bir iletim micropump.

Abstract

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

Burada, bir iletim micropump ateşe dayanıklı cam takviyeli epoksi (FR-4) bakır kaplı laminat (CCL) üzerinde hazırlanan simetrik düzlemsel elektrot çiftleri ile imal edilmiştir. Odası boyutları etkisi ve tel micropump performansını araştırmak ve aseton çalışma sıvı kullanıldığında iletim pompa güvenilirliğini belirlemek için kullanılır. Test platformu farklı koşullar altında ve tel micropump performansını değerlendirmek için ayarlanır. Oda yüksekliği 0.2 mm olduğunda, pompa basıncı en yüksek değerine ulaşır.

Introduction

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

Micropumps sıvı akışı çok daha küçük bir ölçekte en pompaları daha sürebilir. Son yıllarda, çeşitli sürüş programları mikrosıvısal sistemleri1,2,3,4,5' e başarıyla uygulandı. Electrohydrodynamic (EHD) pompa Kuvvetleri hangi geçici o basit ve kolay6imal etmek doğrudan sıvı üzerinde herhangi bir hareketli parçalar olmadan uygulamayın. Şarj türlerine göre EHD pompa enjeksiyon pompaları, indüksiyon pompaları veya iletim pompalar sınıflandırılabilir. Enjeksiyon pompaları Sıvı iletkenlik değiştirmek ise indüksiyon Pompalar, izotermal sıvılar üzerinde çalışmaz. Onlar böyle bir sorun eksikliği nedeniyle iletim pompalar daha istikrarlı ve daha geniş bir uygulama var.

İletim pompanın sıvı molekülleri ayrılma ve rekombinasyon oranları uyuşmazlığı üzerinde temel alır. Normalde, ayrışma ve rekombinasyon işleminin7,8aşağıdaki gibi ifade edilebilir:
figure-introduction-1
ayrılma oranı kd elektrik alan şiddeti bir fonksiyonu ise sürekli rekombinasyon oranı kr nerede. Elektrik alan şiddeti belirli bir değere ulaştığında, ayrılma oranı rekombinasyon hızı aşıyor. O zaman, daha fazla ücretsiz ücretleri Ters polarite ve heterocharge Katmanlar formu iki elektrot için seyahat. Masraf hareketinin sıvı molekülleri ileri iter gibi bu heterocharge Katmanlar pompa, anahtarıdır. Bu nedenle, net vücut kuvvet kullanarak asimetrik elektrotlar veya pozitif ve negatif iyonlar9,10,11,12 hareketliliğini uyuşmazlığı odası içinde sıvı oluşturulabilir .

Bu eser bir simetrik düzlemsel elektrot tabak ve tel pompa imalatı, yeni bir yol sunar. Elektrot plaka üzerinde FR-4 CCL hazırlanır ve Pompa Odası mikro işleme tarafından hazırlanmıştır. İmalat işlemleri nispeten daha basit ve daha nanolithography gibi diğer üretim yöntemlerini daha uygun. Test platformu farklı koşullar altında ve tel micropump performansını araştırmak için ayarlanır. Ayrıca, ve tel micropump güvenilirliğini de farklı koşullarda araştırıldı.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

dikkat: ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) kullanmadan önce lütfen danışın. Aseton son derece yanıcı ve gözleri ve solunum yolu tahrişe neden olabilir. Gerilim ilgili birkaç bin volt olarak yüksektir; Bu nedenle, elektrik sparks deney zaman bekleniyor. Kıvılcım yangın ve patlamalar önlemek için iyi bir havalandırma ile bir odada deneyler yürütmek.

1. tabakalar ve tutucu imalatı

Not: Bu çalışmada, bir fabrikada bir üretim hattiyla genisletildi cihazlarında elektrot tabakalar ve tutucu. Sadece malzeme ve bu kağıt her yerinde parametreler nedeniyle karmaşık süreçler tanıtılacaktır.

  1. Malzeme ve elektrot plaka boyutunu
    1. Fabricate elektrot plakaları 1.4 mm kullanarak FR-4 CCL 35 µm ince bakır tabakası ile. Elektrot plaka detaylı parametreleri için bkz: şekil 1.
  2. Parametreleri elektrot
    1. elektrot plakaları fabrikadan sipariş. Daha fazla bilgi için bkz: Şekil 2.
  3. Elektrot plaka incelenmesi
    1. elektrot plaka hazırlanması sonra bir elektron mikroskobu altında 100 X ve 300 X büyütme göze çarpan herhangi bir kusurları için elektrotlar incelemek için kullanın. şekil 3 ' te gösterilen elektrot yüzeyinde herhangi bir küçük kusurları kısa devre, neden olabileceğini unutmayın.
    2. Kontrol ve elektrot genişlik ve Aralık boyut doğruluk gereksinimi uygun olup olmadığını belirlemek için ölçmek.
    3. Bir elektrik short-circuit oluşup oluşmayacağını görmek üzere bir amperemeter ile plaka testi.
  4. Hazırlık odası plaka
    1. bazı silikon membran elektrot plaka ile aynı boyutta için şekil 4 ' te gösterildiği gibi kesti. Silikon membranlar ile farklı yükseklikte pilakalar odası yapmak için farklı kalınlıklarda seçin.
    2. Özel bir Delme araç odası delik için şekil 5 ' te gösterildiği gibi kullanın.
  5. Sahibi işleme
    1. bir fabrika sahibinden sipariş. Detaylı parametreleri şekil 6 ' da gösterilen.
  6. Kapak plakasını imalatı
    1. üst kısmında bir sondaj kullanarak kapak plakasını matkap iki delik makine giriş ve çıkış boruları yüklemek için. Kendi pozisyonları ve boyutları için Şekil 7 bkz.

2. Micropump Meclisi

  1. yıkama için tüm plakaları, sahibi, giriş ve çıkış boruları ve deneylerde kullanılan diğer araçları kullanım aseton. Bu araçlar ve plakaları bir ölçek içinde koymak ve sonra onları sokmak için yeterli % 99.5 aseton dökün. İçinde ultrasonik yıkama kabı koymak. Ultrasonik yıkama açmak ve 5 dk. fırının saatini kurdu
  2. İki delik kapak plaka üzerinde giriş ve çıkış paslanmaz çelik tüpler takın.
  3. Silikon membran elektrot plaka üzerinde yapılmış bir odası tabak yerleştirin ve sonra kapak plakasını ile kapağı.
  4. Yığını ve kapak plakasını hizalamak, Oda plaka ve elektrot plaka yukarıdan aşağıya doğru ve hizalanmış plakaları tutucusuna takın.
    1. Kullanımı bir M5 cıvata plaka sahibi içinde düzeltmek için. Patlama görünümü ve monte micropump, normal görünüm şekil 8 ve 9 şekil, sırasıyla gösterildiği bkz.
    2. Basın plakaları birlikte civata sıkma.
      Not: Tüpler ve Oda plaka den bir geçiş için çalışma sıvı oluşturacak. Elastik odası plaka da dışarı akan sıvı önlemek için plakalar arasındaki boşluğu kapatın. Patlama ve monte micropump şekil 8 ve 9 şekil, normal görünümünde sırasıyla bkz.
  5. İki poliüretan hortumlar 4 mm dış çap ve 2 mm iç çapı ile giriş ve çıkış paslanmaz çelik tüpler bağlamak için kullanın.
  6. Bir amperemeter, bir 500 V DC güç kaynağı ve micropump dizi bağlayın. 1 eklemek mA sigorta amperemeter ve micropump kısa devre durumunda amperemeter korumak için güç kaynağı arasında.
  7. 50 mL kabı ile 20-30 mL aseton içinde içine giriş hortumu takın.
    Not: Şekil 10 tamamlanan platform gösterir.

3. Deneysel bir işlem

  1. hazırlık deneme önce işe
    1. 'ni bir silindir micropump kadar doldurmak için aseton enjekte etmek. Sıvı düzey çıkış hortumu ulaştıktan sonra tüm kabarcıklar uzak odası itilir kadar aseton içinde 10 mL enjekte etmek devam.
      Not: Bu kapak plakasını ve elektrot plaka şeffaf olmadığı için oda içinde yaptı herhangi bir kabarcık olup olmadığını görmek mümkün değildir. Sürekli aseton enjekte kabarcıklar giderilmesine yardımcı olur, ancak hava kabarcığı yok micropump içinde bırakılır garanti edemeyiz. Kabarcıklar sıvı geçişini engelleyebilir veya kısa devreler ve elektrotlar yanacak micropump içinde bir mikro-patlamaya neden olabilir. Kabarcıklar etkisi pompa işlemi tamamen açık henüz değil, ama onlar neden arıza birkaç kez gözlenmiştir.
    2. 20-30 mL aseton kabı dökün ve giriş hortum kabı koymak. Böylece aseton pompa akışı ve hava micropump odanın içine sucked sıvı düzeyi en az 5 mm giriş yüksek olduğundan emin olun.
  2. Statik basınç test
    1. hortumu düz ve dikey kalabileceği çıkış hortumu küçük bir kareye ekleyin. Sıvı düzeyini ölçmek için cetvel çıkış hortumu yanında koydu.
    2. Micropump güç kaynağına bağlayın.
    3. Test düğmeye basarak başlatın ve ardından başlangıç sıvı düzeyi işaretleyecektir.
    4. Sıvı seviyesi kararlı olduktan sonra zaman, son sıvı seviyesi ve elektrik akımı kaydetmek.
    5. Sıvı düzeyi ve geçerli her 10 kaydetmek devam micropump tatili kadar s.
  3. Akış hızı test
    1. büyük bir ölçüm silindir çıkış hortumdan gelen sıvı toplamak için kullanın. Böylece sonunda ölçek sıvı düzeyi olarak aynı yükseklikte kalır çıkış hortumu düzeltmek emin olun.
    2. Micropump güç kaynağına bağlayın.
    3. Test düğmeye basarak başlatın ve ardından başlangıç sıvı düzeyi işaretleyecektir.
    4. Sıvı çıkış hortumdan akmaya başladığında kayıt aseton içinde ölçüm silindir hacmi her 10 s. Deneme ilerledikçe, Sıvı düzey korumak için kabı aseton ekleyin.
  4. Güvenilirlik test
      Pompa güvenilirliğini değerlendirmek için
    1. kullanımı ortalama çalışma zamanı. Akış oranı test ve statik basınç testi sırasında pompa çalışmaz hale önce operasyon süresi kaydedin. Deneme sırasında her arıza ayrıntılı olayları kaydetmek ve daha sonra daha ayrıntılı bir çözümleme için elektrot plaka yüzey incelemek.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Gerilim arttıkça Şekil 11' de gösterildiği gibi pompa basıncı ve artan hızları ayağa kalkın. 500 V gerilim ulaştığı zaman pompa basınç 1.100 ulaşır baba.

Pompa statik basınç odası Yükseklik 0.2 mm altında olduğunda artan Pompa Odası yüksekliği ile yükselir. Oda yüksekliği 0.2 mm olduğunda pompa performansı en yüksek noktası ulaşır. Oda yüksekliği artmaya devam ediyor ne zaman sonra statik Basınç düş...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Protokol içindeki kritik adımlar elektrot plaka dikkatle incelemek için biridir. Bir elektrot kenarına küçük kenar pürüzleri içinde bir short-circuit neden olabilir ve yüzey bütünlük pompa performansını büyük oranda etkileyebilir. Elektrot plaka ve tutucu temizliği de çok önemlidir. Bu yüzden küçük toz parçacıklarının çalışma sıvı akışını bloke edebilir ve bir short-circuit neden elektrot Odası 1 mm'den az yüksekliğidir. Önce test, aseton odanın içine enjekte kabarcıklar odası dışında kaldırabilirsiniz.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgements

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

Bu eser Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin tarafından (51375176); sponsor oldu Guangdong İl doğal Bilim Vakfı Çin (2014A030313264); ve bilim ve teknoloji proje Guangdong Eyaleti, Çin (2014B010126003) planlama.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
DC yüksek gerilim güç kaynağıNanTong Jianuo elektrikli cihaz şirketiGY-WY500-1
Sigorta-
Ultrasonik temizleyiciDerui ultrasonik cihazşirketi-Havya
-
Ampermetre-85C1-MA

References

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

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

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

Related Articles