Une plate-forme de test de performances pour une Conduction de Micropump avec une plaque cuivrée de FR-4 électrodes

Résumé

Cet article présente un protocole de fabrication d’une conduction micropump utilisant des électrodes planes symétriques sur stratifié cuivré d’ignifuge renforcé de verre époxy (FR-4) (CCL) pour tester l’influence des dimensions de chambre sur la performance d’un conduction micropump.

Résumé

Ici, une micropompe conduction avec paires d’électrodes planaires symétrique préparé sur stratifié cuivré d’ignifuge renforcé de verre époxy (FR-4) (CCL) est fabriqué. Il est utilisé pour étudier l’influence des dimensions de la chambre sur la performance d’une conduction micropump et pour déterminer la fiabilité de la pompe de conduction lorsque l’acétone est utilisé comme fluide de travail. Une plate-forme de test est mises en place pour évaluer la performance de micropump conduction dans des conditions différentes. Lorsque la hauteur de la chambre est de 0,2 mm, la pression de la pompe atteint sa valeur maximale.

Introduction

Micropumps peut piloter le flux de liquide sur une échelle beaucoup plus petite que la plupart des pompes. Ces dernières années, divers systèmes de conduite ont été appliquées avec succès à microfluidique systèmes^1,2,3,4,5. La pompe électrohydrodynamique (EHD) peut exercer des forces directement sur le liquide, sans aucune pièce mobile, qui le rend plus simple et plus facile à fabriquer⁶. Selon les types de frais, pompes DHM peuvent être qualifiées de pompes d’injection, pompes à induction ou pompes de conduction. Pompes à induction ne fonctionnent pas sur les liquides isothermes, tandis que les pompes d’injection changent la conductivité du liquide. Parce qu’ils n’ont pas ces problèmes, les pompes de conduction sont plus stables et ont une application plus large.

La pompe de conduction est fondée sur la disparité des taux de dissociation et de recombinaison des molécules liquides. Normalement, le processus de dissociation et de recombinaison peut être exprimé comme suit^7,8:

où le taux de recombinaison k_r est constante, tandis que le taux de dissociation k_d est une fonction de l’intensité du champ électrique. Lorsque l’intensité du champ électrique atteint une certaine valeur, le taux de dissociation dépasse le taux de recombinaison. Des charges plus libres déplacement ensuite, vers les deux électrodes de polarité opposée et forme des couches heterocharge. Ces couches de heterocharge sont la clé de la pompe, comme le mouvement des charges pousse les molécules du liquides vers l’avant. Par conséquent, force net corps peut être généré dans le liquide dans la chambre à l’aide d’électrodes asymétriques ou l’inadéquation de la mobilité des ions positifs et négatifs^9,10,11,12 .

Ce travail présente une nouvelle façon de fabriquer une plaque électrode plane symétrique pour une pompe de conduction. L’électrode est préparée sur CCL FR-4, et la chambre de pompage est préparée en micro-usinage. Les procédés de fabrication sont relativement plus simple et plus pratique que ceux des autres méthodes de fabrication, tels que nanolithographie. Une plate-forme de test est mises en place pour enquêter sur l’exécution de la micropompe conduction dans des conditions différentes. En outre, la fiabilité de la micropompe conduction est aussi étudiée dans différentes circonstances.

Protocole

attention : veuillez consulter toutes les fiches signalétiques (FS) avant utilisation. L’acétone est inflammable et peut causer une irritation des yeux et des voies respiratoires. La tension qui est plus élevée que plusieurs milliers de volts ; par conséquent, étincelles électriques sont attendus dans le cadre de l’expérience. Réaliser des expériences dans une pièce avec une bonne ventilation pour éviter les explosions et le feu des étincelles.

1. fabrication des plaques et titulaire

Remarque : dans cet ouvrage, les plaques d’électrode et le titulaire sont fabriqués par une ligne de production dans une usine. Uniquement le matériel et les paramètres de toutes les parties dans le présent document seront introduits en raison du processus compliqués.

Plaques

1. matériel et la taille de la plaque électrode
   1. fabriquer l’électrode à l’aide de 1,4 mm CCL FR-4 avec une fine couche de cuivre de 35 µm. Voir la Figure 1 pour les paramètres détaillés de la plaque électrode.
2. Paramètres des électrodes
   1. commander les plaques de l’électrode de l’usine. Voir la Figure 2 pour plus de détails.
3. Inspection de la plaque électrode
   1. après la préparation de la plaque électrode, utiliser un microscope électronique pour inspecter les électrodes pour les défauts visibles, moins de 100 X et 300 X grossissement. Notez que les minuscules défauts sur la surface des électrodes peuvent causer un court-circuit, comme illustré à la Figure 3.
   2. Inspecter et mesurer la largeur de l’électrode et l’espacement pour déterminer si l’exactitude de la dimension répond à l’exigence.
   3. La plaque avec un ampèremètre pour voir si un court-circuit électrique se produit d’essai.
4. Préparation de la plaque de chambre
   1. couper une membrane de silicone à la même taille que la plaque de l’électrode, comme illustré à la Figure 4. Choisissez des membranes silicone de différentes épaisseurs pour faire des plaques de chambre avec différentes hauteurs.
   2. Utiliser un outil spécial de poinçonnage pour perforer le trou de la chambre, comme illustré à la Figure 5.
5. Traitement du porte-
   1. commander le titulaire d’une usine. Les paramètres détaillés sont présentés dans la Figure 6.
6. Fabrication de la plaque-couvercle
   1. percer deux trous sur le dessus de la plaque de couverture en utilisant un forage de la machine pour installer les tubes d’entrée et de sortie. Voir la Figure 7 pour leur taille et de position.

2. L’Assemblée de la micropompe

1. utiliser l’acétone pour laver toutes les plaques, le titulaire, les tubes d’entrée et de sortie et d’autres outils utilisés dans les expériences. Mettez ces outils et ces plaques dans un bécher, puis versez suffisamment acétone de 99,5 % pour plonger. Placer le bécher dans le nettoyeur à ultrasons. Mettre en marche le nettoyeur à ultrasons et réglez le minuteur sur 5 min.
2. Insérer les tubes en acier inoxydable d’entrée et de sortie dans les deux trous sur la plaque de recouvrement.
3. Placer une plaque de chambre en membrane de silicone sur la plaque électrode et puis couvrez-la avec la plaque-couvercle.
4. Empiler et aligner la plaque de recouvrement, la plaque de chambre et l’électrode plaque de haut en bas et insérer les plaques alignées dans le porte-.
   1. Utiliser une M5 boulons pour fixer les plaques à l’intérieur de la porte. Voir la vue explosée et le mode d’affichage normal de la micropompe Assemblée, comme le montre la Figure 8 et Figure 9, respectivement.
   2. Appuyez simultanément sur les plaques en serrant les boulons.
      NOTE : Les tubes et la cavité sur la plaque de chambre formeront un passage pour le liquide de travail. La plaque de chambre élastique peut aussi assurer l’étanchéité de l’écart entre les plaques pour empêcher l’écoulement liquide. Voir la vue explosée et l’affichage normal de la micropompe Assemblée dans la Figure 8 et Figure 9, respectivement.
5. Utiliser deux flexibles polyuréthane avec un diamètre extérieur de 4 mm et un diamètre interne de 2 mm pour raccorder les tubes en acier inoxydable d’entrée et de sortie.
6. Connecter un ampèremètre, une source d’alimentation VCC 500 et la micropompe en série. Insérer un 1 fusible de mA entre l’ampèremètre et la source d’énergie pour protéger l’ampèremètre dans le cas où la micropompe est court-circuitée.
7. Insérer le tuyau d’arrivée dans un bécher de 50 mL avec 20-30 mL d’acétone à l’intérieur de.
   Remarque : La Figure 10 illustre la plateforme remplie.

3. Procédure expérimentale

1. travaux préparatoires avant l’expérience
   1. utiliser un cylindre pour injecter l’acétone pour remplir la micropompe. Après le niveau du liquide atteigne le tuyau de sortie, continuer à injecter 10 mL d’acétone à l’intérieur jusqu'à ce que toutes les bulles sont poussés hors de la chambre de.
      Remarque : Il est impossible de voir si il n’y a aucune bulles laissés à l’intérieur de la chambre parce que la plaque et la plaque électrode ne sont pas transparentes. Injection en continu de l’acétone est utile pour enlever les bulles, mais il ne peut pas garantir qu’aucune bulle n’est laissés à l’intérieur de la micropompe. Bulles peuvent bloquer le passage du liquide, ou ils risquent le court-circuit et provoquer une micro-explosion à l’intérieur de la micropompe, qui brûlera les électrodes. L’effet des bulles sur le fonctionnement de la pompe n’est pas encore tout à fait clair, mais les pannes qu’elles provoquent ont été observés à plusieurs reprises.
   2. Verser 20 à 30 mL d’acétone dans le bécher et mettre le tuyau d’aspiration à l’intérieur du bécher. S’assurer que le niveau de liquide est supérieur à l’entrée au moins 5 mm afin que l’acétone peut circuler dans la pompe et aucun flux d’air ne peut être aspiré dans la chambre micropump.
2. Test de pression statique
   1. fixer le tuyau à un petit cadre pour que le tuyau peut rester droite et verticale. Pose une règle avec le tuyau d’évacuation afin de mesurer le niveau de liquide.
   2. Connecter la micropompe à la source d’alimentation.
   3. Démarrer le test en appuyant sur l’interrupteur, puis marquez le niveau liquide initial.
   4. Après le niveau du liquide devienne stable, enregistrer le temps, le niveau final du liquide et le courant électrique.
   5. Continuer à enregistrer le niveau du liquide et le courant toutes les 10 s jusqu'à ce que la micropompe décompose.
3. Flow test taux
   1. une grande éprouvette graduée permet de recueillir le liquide qui sort du tuyau d’évacuation. N’oubliez pas de fixer le tuyau d’évacuation afin que la fin reste à la même altitude que le niveau du liquide dans le bécher.
   2. Connecter la micropompe à la source d’alimentation.
   3. Démarrer le test en appuyant sur l’interrupteur, puis marquez le niveau liquide initial.
   4. Que le liquide commence à s’écouler du tuyau de sortie, le volume record d’acétone à l’intérieur de l’éprouvette graduée tous les 10 s. Comme l’expérience passe, ajoute l’acétone dans le bécher pour maintenir le niveau liquid.
4. Test de fiabilité
   1. Utilisation du temps de travail moyen pour évaluer la fiabilité de la pompe. Au cours de l’épreuve de vitesse d’écoulement et le test de pression statique, enregistrer le temps de fonctionnement avant que la pompe tombe en panne. Enregistrer les phénomènes détaillées de chaque répartition au cours de l’expérience et inspecter la surface de la plaque électrode par la suite pour une analyse ultérieure.

Résultats

Comme illustré à la Figure 11, la pression de la pompe et son taux de plus en plus augmentent lorsque la tension augmente. Lorsque la tension atteint 500 V, la pression de la pompe atteint 1 100 PA.

La pression statique de la pompe augmente avec la hauteur de chambre de pompe augmenter lorsque la hauteur de la chambre est inférieur à 0,2 mm. Le rendement de la pompe a atteint son point culminant...

Discussion

Une des étapes essentielles au sein du protocole est d’inspecter la plaque électrode soigneusement. Petites bavures sur le bord d’une électrode peuvent entraîner un court-circuit et intégrité surface peut grandement affecter la performance de la pompe. Le nettoyage de la plaque de l’électrode et le titulaire est également très important. La hauteur de chambre électrode est inférieure à 1 mm, donc les petites particules de poussière peuvent bloquer l’écoulement du liquide travail et provoquer un cour...

matériels

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	-	-