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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Viene descritta la fabbricazione di trasduttori in modalità spessore piezoelettrico tramite sputtering a corrente diretta di elettrodi a piastre su niobate al litio. Inoltre, un funzionamento affidabile è ottenuto con un supporto trasduttore e un sistema di alimentazione dei fluidi e la caratterizzazione è dimostrato tramite l'analisi dell'impedimento, la vibrometria del doppler laser, l'imaging ad alta velocità e la distribuzione delle dimensioni delle goccioline utilizzando la dispersione laser.

Abstract

Vi presentiamo una tecnica per fabbricare dispositivi piezoelettrici in modalità spessore semplice utilizzando il litio niobate (LN). Tali dispositivi hanno dimostrato di atomizzare il liquido in modo più efficiente, in termini di portata per ingresso di potenza, rispetto a quelli che si basano sulle onde di Rayleigh e altre modalità di vibrazione in LN o piombo zirconato titanate (P-T). Il dispositivo completo è composto da un trasduttore, un supportoere e un sistema di alimentazione dei fluidi. I fondamenti dell'atomizzazione acustica dei liquidi non sono ben noti, quindi vengono descritte anche le tecniche per caratterizzare i dispositivi e studiare i fenomeni. La vibrometria laser Doppler (LDV) fornisce informazioni sulle vibrazioni essenziali per confrontare i trasduttori acustici e, in questo caso, indica se un dispositivo funzionerà bene nelle vibrazioni dello spessore. Può anche essere utilizzato per trovare la frequenza di risonanza del dispositivo, anche se queste informazioni si ottengono più rapidamente tramite l'analisi impedibile. L'atomizzazione fluida continua, come esempio di applicazione, richiede un attento controllo del flusso fluido, e presentiamo un tale metodo con misurazioni di imaging ad alta velocità e distribuzione delle dimensioni delle goccioline tramite la dispersione laser.

Introduzione

L'atomizzazione ad ultrasuoni è stata studiata per quasi un secolo e anche se ci sono molte applicazioni, ci sono limitazioni nella comprensione della fisica sottostante. La prima descrizione del fenomeno è stata fatta da Wood e Loomis nel 19271, e da allora ci sono stati sviluppi nel campo per applicazioni che vanno dalla fornitura di fluidi farmaceutici aerosolizzati2 all'iniezione di carburante3. Anche se il fenomeno funziona bene in queste applicazioni, la fisica sottostante non è ben compresa4,5,6.

Una limitazione fondamentale nel campo dell'atomizzazione ad ultrasuoni è la scelta del materiale utilizzato, piombo zirconaate titanate (P -T), un materiale isterico incline al riscaldamento7 e contaminazione del piombo con piombo elementare disponibile dai confini inter-grano8,9. La dimensione del grano e le proprietà meccaniche ed elettroniche dei confini dei grani limitano anche la frequenza con cui la P-T può operare10. Al contrario, il litio niobate è privo di piombo e non presenta isteresi11e può essere utilizzato per atomizzare i fluidi in modo più efficiente rispetto agli atomizzatori commerciali12. Il taglio tradizionale del niobate al litio utilizzato per il funzionamento in modalità spessore è il taglio ruotato a Y a 36 gradi, ma il taglio a 127,86 gradi lungo-Y ruotato, X-propagazione (128YX), tipicamente utilizzato per la generazione di onde acustiche superficiali, è stato dimostrato di avere un'ampiezza di spostamento della superficie più alta rispetto al taglio13 di 36 gradi quando azionato in risonanza e perdita bassa. È stato anche dimostrato che il funzionamento della modalità spessore offre un miglioramento dell'ordine di grandezza nell'efficienza dell'atomizzatore rispetto ad altre modalità divibrazione 13, anche quando si utilizza LN.

La frequenza di risonanza di un dispositivo piezoelettrico che opera in modalità spessore è regolata dal suo spessore t: la lunghezza d'onda è 2t/n dove n s 1, 2,... è il numero di anti-nodi. Per un substrato spesso 500 m, questo corrisponde a una lunghezza d'onda di 1 mm per la modalità fondamentale, che può vquindi essere utilizzata per calcolare la frequenza di risonanza fondamentale, f .λ La velocità del suono attraverso lo spessore di 128YX LN è di circa 7.000 m/s, e quindi f 7 MHz. A differenza di altre forme di vibrazione, in particolare le modalità legate alla superficie, è semplice eccitare le armoniche della modalità di spessore di ordine superiore a frequenze molto più alte, qui a 250 MHz o più, anche se solo le modalità dispari possono essere eccitate da campi elettrici uniformi14. Di conseguenza, la seconda armonica(n n - 2) vicino a 14 MHz non può essere eccitata, ma la terza armonica a 21 MHz(n - 3) può. La fabbricazione di dispositivi efficienti in modalità spessore richiede il deposito di elettrodi sulle facce opposte del trasduttore. Usiamo la corrente diretta (DC) sputtering per raggiungere questo obiettivo, ma la deposizione del fascio di elettroni e altri metodi potrebbero essere utilizzati. L'analisi impedibile è utile per caratterizzare i dispositivi, in particolare nel trovare le frequenze di risonanza e l'accoppiamento elettromeccanico a queste frequenze. La vibrometria di Doppler laser (LDV) è utile per determinare l'ampiezza e la velocità della vibrazione in uscita senza contatto o calibrazione15e, tramite scansione, l'LDV fornisce la distribuzione spaziale della deformazione superficiale, rivelando la modalità di vibrazione associata a una determinata frequenza. Infine, ai fini dello studio dell'atomizzazione e della fluidodinamica, l'imaging ad alta velocità può essere impiegato come tecnica per studiare lo sviluppo di onde capillari sulla superficie di una goccia sessile16,17. Nell'atomizzazione, come molti altri fenomeni acoustofluidici, piccole goccioline vengono prodotte ad una velocità rapida, oltre 1 kHz in una determinata posizione, troppo rapidamente per i videocamere ad alta velocità per osservare con sufficiente fedeltà e campo visivo per fornire informazioni utili su una dimensione del campione di goccioline sufficientemente grande. La dispersione laser può essere utilizzata a questo scopo, passando le goccioline attraverso un raggio laser espanso per (Mie) disperdere parte della luce in riflessione e rifrazione per produrre un segnale caratteristico che può essere utilizzato per stimare statisticamente la distribuzione delle dimensioni delle goccioline.

È semplice fabbricare trasduttori in modalità di spessore piezoelettrico, ma le tecniche richieste nella caratterizzazione dei dispositivi e dell'atomizzazione non sono state chiaramente indicate nella letteratura fino ad oggi, ostacolando i progressi nella disciplina. Affinché un trasduttore in modalità spessore sia efficace in un dispositivo di atomizzazione, deve essere isolato meccanicamente in modo che la sua vibrazione non sia smorzata e debba avere una fornitura di fluidi continua con una portata pari al tasso di atomizzazione in modo che non si verifichino né disidratazione né inondazioni. Queste due considerazioni pratiche non sono state trattate a fondo nella letteratura perché le loro soluzioni sono il risultato di tecniche ingegneristiche piuttosto che di pura novità scientifica, ma sono comunque fondamentali per studiare il fenomeno. Presentiamo un supporto per trasduttori e un sistema di stoppinità liquida come soluzioni. Questo protocollo offre un approccio sistematico alla fabbricazione e alla caratterizzazione degli atomizzatori per facilitare ulteriori ricerche nella fisica fondamentale e nella miriade di applicazioni.

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Protocollo

1. Fabbricazione del trasduttore in modalità spessore tramite DC sputtering

  1. Preparazione Wafer
    1. Mettere un wafer LN da 100 mm 128YX in un piatto di vetro pulito di almeno 125 mm di diametro. Sonicare il wafer in almeno 200 mL di acetone per 5 min.
    2. Ripetere la sonicazione con alcool isopropile e di nuovo con acqua deionizzata per 5 min ciascuno.
    3. Rimuovere l'acqua visibile dalla superficie utilizzando l'azoto secco.
    4. Rimuovere completamente l'acqua dalla superficie posizionando il wafer su una piastra calda a 100 gradi centigradi per 5 min. Assicurarsi che ci sia un foglio di foglio di alluminio sulla piastra calda in quanto questo aiuta a dissipazione del accumulo di carica sul wafer.
  2. Deposizione di elettrodi
    1. Posizionare il wafer nella camera a vuoto del sistema di deposizione dello sputter e pompare lungo la camera a 5 x 10-6 mTorr. Impostare la pressione dell'argon su 2,3 mTorr e la velocità di rotazione su 13 rpm.
      NOTA: Se sono stati stabiliti parametri per lo strumento specifico utilizzato che si traducono in pellicole di alta qualità, utilizzare invece quelli.
    2. Deposita 5-10 nm di titanio a 1,2-1,6 A/s.
      NOTA: Prima di iniziare questo processo con il wafer previsto, testare il tasso di deposizione con la potenza del plasma impostata su 200 W e depositare per 1 min. Quindi misurare l'altezza dello strato con un profilometro. Eseguire questa operazione separatamente per ogni metallo. Impostare la potenza in base a questo test al fine di raggiungere il tasso di deposizione indicato.
    3. Deposito 1-1,2 m d'oro a 7/9 A/s.
      NOTA: la deposizione a un tasso più elevato a causa dell'aumento della potenza plasmatica o dell'aumento della pressione dell'argon può ridurre la qualità del film.
    4. Rimuovete il wafer e ripetete i passaggi 1.2.1.1.2.3 per il secondo lato del wafer.
  3. Dicing
    1. Utilizzare una sega a dacing per tagliare l'intero wafer in base alle esigenze.
      NOTA: Una resistenza protettiva può essere applicata sul substrato prima del dicing e il sistema (Tabella dei materiali) qui utilizzato applica una pellicola curabile UV appena prima che i campioni vengano caricati sullo stadio di carico. Si è scoperto che il dicing dei campioni con una sega di dicing automatizzato non compromette l'integrità dei campioni. Il dicing a mano di LN è possibile, anche se noioso e incline a incongruenze.

2. Effettuare il contatto elettrico e meccanico con il trasduttore

NOTA: di seguito vengono descritti diversi metodi (passaggi 2.1-2.4) che vengono evidenziati più avanti nel protocollo quale metodo è più appropriato per ogni passaggio successivo.

  1. Posizionare un trasdutto piatto a dadini su una piastra magnetica in acciaio. Montare una sonda pogo a contatto con la piastra e un'altra sonda a contatto con la superficie superiore del trasduttore. Di seguito questo sarà indicato come contatto pogo-piastra.
  2. Posizionare il trasduttore tra due sonde pogo. In seguito indicato come contatto pogo-pogo.
  3. Solder filo ad ogni faccia del trasduttore. Successivamente indicato come contatto di saldatura.
  4. Assemblare un supporto per trasduttore personalizzato.
    1. Ordinare le schede di circuito stampate personalizzate (PCB) i cui file Gerber sono stati forniti.
    2. Solder due contatti molla di montaggio superficie(Tabella dei materiali) a ogni PCB personalizzato. Premere per adattare i picchi nei fori placcati sui PCB personalizzati in modo che puntino lontano l'uno dall'altro.
    3. Collegare i due PCB personalizzati con distanziali e viti in modo che i contatti siano solo in contatto tra loro. Se necessario, regolare la spaziatura con le distanze di plastica.
    4. Far scorrere un trasduttore di 3 mm x 10 mm tra la coppia interna di contatti. Ritagliare i contatti esterni in modo che non si scodino il circuito.
      NOTA: la figura 1 mostra l'intero assieme.

3. Identificazione della frequenza di risonanza tramite analisi impedibile

  1. Assicurarsi che sia stata eseguita una calibrazione della porta in base alle istruzioni del produttore per il metodo di contatto specifico in uso.
  2. Connettere un trasduttore alla porta aperta dell'analizzatore di rete (Tabella dei materiali) con uno dei metodi di contatto descritti nei passaggi 2.1.2.4.
    NOTA: Può essere istruttivo ripetere questa analisi con più metodi di contatto elettrico e confrontare i risultati.
  3. Selezionare il parametro del coefficiente di riflessione, s11, tramite l'interfaccia utente dell'analizzatore di rete, scegliere l'intervallo di frequenza di interesse ed eseguire la sweep di frequenza.
    NOTA: s11 è il coefficiente di riflessione dell'input e ha un valore minimo alla frequenza di risonanza del funzionamento. Per un tipico wafer LN 128YX di 128YX di 128YX, la frequenza di risonanza primaria sarà vicina a 7 MHz e la seconda armonica sarà vicina a 21 MHz, come illustrato nella Figura 2. La trama impedibile nello spazio di frequenza visualizzato sullo strumento esporrà minima locale alle frequenze di risonanza.
  4. Esportare i dati selezionando Salva/Richiama. Salva i dati di traccia sull'interfaccia utente per un esame più attento utilizzando il software di elaborazione dati per identificare le posizioni minime precise.

4. Caratterizzazione della vibrazione tramite LDV

  1. Posizionare un trasduttore a contatto pogo-plate sullo stadio LDV. Collegare il pogo-probe conduce al generatore di segnale. Assicurarsi che l'obiettivo in uso sia selezionato nel software di acquisizione (Tabella dei materiali) e concentrare il microscopio sulla superficie del trasduttore.
  2. Definire i punti di scansione selezionando Definisci punti di scansione o procedere al passaggio 4.3 se si esegue una scansione continua.
  3. Selezionare l'opzione Impostazioni e nella scheda Generale selezionare l'opzione FFT o Ora a seconda che la scansione venga eseguita in base alla frequenza o al dominio temporale. Selezionare il numero di medie in questa sezione.
    NOTA: il numero di medie influisce sul tempo di scansione. Cinque medie per i trasduttori descritti in questo protocollo hanno dimostrato di dare un rapporto segnale/rumore sufficiente.
  4. Nella scheda Canale, assicurarsi che le caselle Attivo siano selezionate, che corrispondono al riferimento e al segnale riflesso del trasduttore. Regolare i canali di riferimento e incidente selezionando un valore di tensione dal menu a discesa per ottenere la massima forza del segnale dal substrato.
  5. Nella scheda Generatore, se la misurazione viene eseguita sotto un singolo segnale di frequenza, selezionare Sine dall'elenco a discesa Forma d'onda; se si trova sotto un segnale banda, selezionare MultiCarrierCW.
  6. Modificare la larghezza di banda e le linee FFT nella scheda Frequenza per regolare la risoluzione della scansione per una scansione del dominio di frequenza. Analogamente, modificare la frequenza dei campioni nella scheda Tempo durante l'esecuzione di misurazioni del dominio temporale.
    NOTA: la larghezza di banda utilizzata è 40 MHz e il numero di linee FFT è 32.000. Il softwaredipresentazione ( Tabella dei materiali ) può essere utilizzato per elaborare e analizzare i dati ottenuti dalla scansione. Un tipico spettro di spostamento è fornito in Figura 3.

5. Fornitura di liquidi

  1. Ottenere uno stoppino lungo 25 mm, di 1 mm di diametro composto da un fascio di fibre di un polimero idrofilo progettato per trasportare liquido acquoso attraverso la sua lunghezza, come quelli disponibili per i deodoranti plug-in. Tagliare un'estremità in modo che si formi un punto centrale fuori.
  2. Inserisci lo stoppino in una punta di siringa con un diametro interno che fornisce una vestibilità aderente e una lunghezza che permette allo stoppino di estendere 1,2 mm oltre ogni estremità. Bloccare la punta su una siringa con la capacità desiderata (1-10 mL).
  3. Montare l'assieme dello stoppino/siringa in modo che lo stoppino si diriga da orizzontale (a seconda del tasso di atomizzazione desiderato, che dipende anche dalla tensione applicata) e la punta dello stoppino è solo a contatto con il bordo del trasduttore come mostrato nella Figura 1C.
  4. Riempire la siringa con acqua e applicare un segnale di tensione continua (a partire da 20 Vpp) alla frequenza di risonanza determinata utilizzando l'analizzatore di impedimenti. Regolare il livello di tensione fino a quando il liquido non viene atomizzato continuamente senza che il dispositivo si allagi o si asciughi.

6. Osservazione dinamica tramite imaging ad alta velocità

  1. Montare rigidamente una telecamera ad alta velocità orizzontalmente su un tavolo ottico, posizionare un trasduttore in contatto pogo-pogo o pogo-plate su uno stadio x-y-z vicino alla lunghezza focale della fotocamera e posizionare una fonte di luce diffusa almeno una lunghezza focale sul lato opposto del trasduttore dalla fotocamera.
  2. Per il contatto pogo-pogo, posizionare l'alimentazione del fluido in modo che non blocchi la vista della fotocamera o la fonte di luce. Per il contatto pogo-plate, applicare il fluido direttamente sul substrato con una pipetta.
  3. Regolare la messa a fuoco della fotocamera e la posizione x-y-z per mettere a fuoco il campione di fluido in modo nitido.
  4. Stimare la frequenza del fenomeno specifico da studiare sulla base della letteratura. Scegliete una frequenza fotogrammi almeno il doppio di questa frequenza in base alla frequenza Nyquist per evitare l'aliasing.
    NOTA: Ad esempio, si considerino le onde capillari che si verificano su una caduta sessile a una gamma di frequenze. Le telecamere limitate nella risoluzione spaziale possono distinguere solo le onde con un'ampiezza minima. In questo caso l'ampiezza minima si verifica intorno a 4 kHz in modo da una frequenza fotogrammi di 8.000 fotogrammi al secondo (fps) è scelto.
  5. Regolare l'intensità della luce, l'otturatore della fotocamera o entrambi per ottimizzare il contrasto tra il fluido e lo sfondo.
    NOTA: Un tinso opaco può essere aggiunto al fluido per aumentare il contrasto.
  6. Collegare le clip di alligatore dal generatore di segnale amplificato ai cavi delle sonde pogo-probe.
  7. Acquisire il video nel software della fotocamera contemporaneamente con l'attivazione tramite il segnale di tensione attivando manualmente entrambi allo stesso tempo o collegando un'uscita di trigger dal generatore di segnale alla fotocamera.
    NOTA: la frequenza fotogrammi tipica utilizzata è di 8.000 fps e viene utilizzato un obiettivo CF4.
  8. Salvare solo i frame contenenti il fenomeno per evitare uno stoccaggio sprecato, particolarmente rilevante a frequenza fotogrammi elevati, per ottenere un risultato, come illustrato nella Figura 4.
    NOTA: Assicurarsi di salvare il file in un formato compatibile con il software di elaborazione delle immagini di scelta in modo che i dati utili possono essere estratti.

7. Misurazione delle dimensioni delle goccioline tramite l'analisi della dispersione laser

  1. Il sistema di dispersione laser (Tabella dei materiali) ha un modulo che trasmette il laser e uno che riceve il segnale laser sparsi. Posizionare i moduli lungo la guida fornita con il sistema, con uno spazio di 20-25 cm tra di loro.
  2. Montare rigidamente una piattaforma in questa lacuna in modo che, quando gli assiemi di alimentazione del trasduttore e dei fluidi sono posizionati su di esso, la nebbia atomizzata verrà espulsa nel percorso del raggio laser. Facilitare questo allineamento attivando il raggio laser selezionando Strumenti Controllo laser... | Laser come indicatore visivo.
  3. Fissare il supporto del trasduttore alla piattaforma e fissare l'assieme di alimentazione del fluido su un braccio articolato (Tabella dei materiali). Posizionare il gruppo di alimentazione del fluido in modo che la punta dello stoppino sia solo a contatto con il bordo del trasduttore.
  4. Creare una procedura operativa standard (SOP) nel software facendo clic sull'icona Nuovo SOP. Configurare il SOP con le seguenti impostazioni: template : Default Continuous, periodo di campionamento (s) , 0.1, in Gestione dati, fare clic su Modifica... e impostare Profilo di spruzzo Lunghezza percorso (mm) a 20,0, fare clic su Allarmi per deselezionare Usa valori predefiniti e impostare Trasmissione min (%) su 5 e 1 e impostare Dispersione min su 50 e 10. Lasciare tutte le altre impostazioni come predefinite.
    NOTA: Consultare il manuale del software fornito con lo strumento.
  5. Avviare la misurazione all'interno del software facendo clic su Misura Avviare SOP e selezionare il SOP creato nel passaggio 7.4. Attendere il completamento delle tarature in background. Riempire il serbatoio di alimentazione del fluido, la siringa, con acqua fino al livello desiderato e notare il volume. Accendere il segnale di tensione per iniziare ad atomizzare il fluido. Avviare il cronometro e avviare la misurazione facendo clic su Start.
  6. Il software genera una distribuzione delle dimensioni basata sul segnale laser sparso al ricevitore a causa della teoria Mie e di un algoritmo di dispersione multipla. Una volta che il volume desiderato del fluido è stato atomizzato, spegnere il segnale di tensione, arrestare il cronometro e registrare il volume finale e interrompere la registrazione dei dati facendo clic su Interrompi.
    NOTA: Il sistema di dispersione laser è in grado di misurare appena 1 luna di fluido e non ha un limite superiore per il volume del fluido. La portata dell'atomizzazione può essere calcolata semplicemente dividendo il volume per la durata del tempo.
  7. Nell'istogramma di misurazione, selezionare la parte dei dati durante la quale l'atomizzazione si stava verificando come previsto e il segnale al ricevitore era abbastanza forte da essere statisticamente significativo. Fare clic su Media Ok per generare una distribuzione in base ai dati selezionati.
    NOTA: Tutte le misurazioni con questa tecnica sono medie statistiche e quindi, se ci sono troppo poche goccioline, allora il segnale sparso sarà debole e la misurazione sarà statisticamente insignificante.
  8. Salvare la distribuzione media selezionando la finestra e facendo clic su Modifica Copiare il testo incollando il risultato in un file di testo e salvandolo con un nome appropriato.
    NOTA: questi dati di distribuzione possono ora essere utilizzati con altri software (ad esempio, MATLAB) per creare il grafico nella Figura 5.

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Risultati

I dispositivi piezoelettrici in modalità Spessore sono stati fabbricati a partire da 128YX litio niobate. La figura 1 mostra un assieme completo per tenere il trasduttore in posizione con un supportore personalizzato utilizzato con il sistema di distribuzione passiva dei fluidi sviluppato per l'atomizzazione continua. I passaggi di caratterizzazione per questi dispositivi includono la determinazione della frequenza di risonanza e armoniche utilizzando un analizzatore di impedimento (

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Discussione

Le dimensioni e le proporzioni di un trasduttore influiscono sulle modalità di vibrazione che produce. Poiché le quote laterali sono finite, esistono sempre modalità laterali oltre alle modalità di spessore desiderate. I metodi LDV di cui sopra possono essere utilizzati per determinare le modalità dominanti nell'intervallo di frequenza desiderato per un determinato trasduttore. Un quadrato con dimensioni inferiori a 10 mm fornisce in genere una stretta approssimazione a una modalità di spessore. Anche i rettangoli ...

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Divulgazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Riconoscimenti

Gli autori sono grati alla struttura dell'Università della California e alla struttura NANO3 dell'UNIVERSITÀ di San Diego per la fornitura di fondi e strutture a sostegno di questo lavoro. Questo lavoro è stato eseguito in parte presso la San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) dell'UCSD, un membro della National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, che è supportata dalla National Science Foundation (Grant ECC-1542148). Il lavoro qui presentato è stato generosamente sostenuto da una sovvenzione di ricerca della W.M. Keck Foundation. Gli autori sono anche grati per il sostegno di questo lavoro da parte dell'Ufficio di Ricerca Navale (tramite Grant 12368098).

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Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
AmplifierAmplifier Research, Souderton, PA, USA5U1000
Articulating armFisso, Zurich, Switzerland
CF4 ObjectiveEdmund Optics, Barrington, NJ, USAObjective used for high speed imaging
Dicing sawDisco, Tokyo, JapanDisco Automatic Dicing Saw 3220
Fiber Fragrance Diffuser WickWeihai Industry Co., Ltd., Weihai, Shandong, Chinahttps://www.weihaisz.com/Fiber-Fragrance-Diffuser-Wick_p216.html
High Speed CameraPhotron, San Diego, USAFastcam Mini
Laser Doppler VibrometerPolytec, Waldbronn, GermanyUHF120Non-contact laser doppler vibrometer
Laser Scattering Droplet size measurement systemMalvern Panalytical, Malvern, UKSTP5315
Lithium niobate substratePMOptics,Burlington, MA, USAPWLN-4312324” double-side polished 0.5 mm thick 128°Y-rotated cut lithium niobate
Luer-lock syringesBecton Dickingson, New Jersey, USA
Nano3 cleanroom facilityUCSD, La Jolla, CA, USAFabrication process is performed in it.
Network AnalyzerKeysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA5061B
OscilloscopeKeysight Technologies, Santa Rosa, CA, USAInfiniiVision 2000 X-Series
PSV Acquistion SoftwarePolytec, Waldbronn, GermanyVersion 9.4LDV Software
PSV Presentation SoftwarePolytec, Waldbronn, GermanyVersion 9.4LDV Software
Signal generatorNF Corporation, Yokohama, JapanWF1967 multifunction generator
Single Post ConnectorDigiKey, Thief River Falls, MNED1179-ND
Sputter depositionDenton Vacuum, NJ, USADenton 18Denton Discovery 18 Sputter System
Surface Mount Spring ContactsDigiKey, Thief River Falls, MN70AAJ-2-M0GCT-ND
Teflon wafer dipperShapeMaster, Ogden, IL, USASM4WD1Wafer Dipper 4"
XYZ StageThor Labs, Newton, New Jersey, USAMT3Optical table stages

Riferimenti

  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).

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