Name: fabrication and characterization of thickness mode piezoelectric devices for atomization and acoustofluidics
Uploaded: 2020-08-05T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics at JoVE.com

ويعرب المؤلفون عن امتنانهم لجامعة كاليفورنيا ومرفق NANO3 في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو لتوفير الأموال والتسهيلات لدعم هذا العمل. وقد تم تنفيذ هذا العمل جزئيا في البنية التحتية لتكنولوجيا النانو في سان دييغو (SDNI) UCSD، وهو عضو في البنية التحتية الوطنية لتنسيق تكنولوجيا النانو، والتي تدعمها المؤسسة الوطنية للعلوم (Grant ECCS-1542148). وقد تم دعم العمل المقدم هنا بسخاء من خلال منحة بحثية من مؤسسة W.M. Keck. كما يعرب المؤلفان عن امتنانهما لدعم هذا العمل من قبل مكتب البحوث البحرية (عبر المنحة 12368098).

1. سماكة وضع transducer تلفيق عبر العاصمة sputtering
<ol><li>إعداد رقاقة<ol>
<li>ضع رقاقة 128YX LN 100 مم في طبق زجاجي نظيف لا يقل قطره عن 125 ملم. سونيكات رقاقة في ما لا يقل عن 200 مل من الأسيتون لمدة 5 دقائق.</li>
		<li>تكرار سونيكيشن مع الكحول isopropyl ومرة أخرى مع المياه ديونيد لمدة 5 دقائق لكل من.</li>
		<li>إزالة المياه المرئي?...

<ol>
	<li>Wood, R. W., Loomis, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=XXXVIII.physical+and+biological+effects+of+high-frequency+sound-waves+of+great+intensity.">XXXVIII.physical and biological effects of high-frequency sound-waves of great intensity.</a> The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intensifying+the+microencapsulation+process:+Ultrasonic+atomization+as+an+innovative+approach.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+ultrasonic+atomizer+and+its+application+to+S.I.+engines.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfacial+destabilization+and+atomization+driven+by+surface+acoustic+waves.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+surface+acoustic+wave+atomization.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibration-induced+drop+atomization+and+bursting.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+and+extrinsic+size+effects+in+fine-grained+morphotropic-phase-boundary+lead+zirconate+titanate+ceramics.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ejection+of+uniform+micrometer-sized+droplets+from+Faraday+waves+on+a+millimeter-sized+water+drop.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+PZT-driven+atomizer+based+on+a+vibrating+flexible+membrane+and+a+micro-machined+trumpet-shaped+nozzle+array.">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., R&#246;del, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fatigue+in+bulk+lead+zirconate+titanate+actuator+materials.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-hysteresis+and+perfect+linear+piezoelectric+performance+of+a+multilayered+lithium+niobate+actuator.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Extraction+of+Liquid,+Protein+Molecules+and+Yeast+Cells+from+Paper+Through+Surface+Acoustic+Wave+Atomization.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+and+Predicting+Fluid+Atomization+via+Hysteresis-Free+Thickness+Vibration+of+Lithium+Niobate.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+vibration+of+piezoelectric+plates.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+performance+study+of+a+laser+doppler+vibrometer+for+measuring+waveforms+from+piezoelectric+transducers.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+imaging+of+drops+and+bubbles.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+droplet+formation+from+capillary+waves+on+a+vibrating+surface.">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., Gouesbet, G., Gr&#233;han, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+of+multiple+scattering+effects+in+Fraunhofer+diffraction+particle+size+analysis.">Modeling of multiple scattering effects in Fraunhofer diffraction particle size analysis.</a> Optical Particle Sizing. , 159-175 (1988).</li></ol>

تؤثر أبعاد المحول ونسبة الارتفاع في وسائط الاهتزاز التي ينتجها. لأن الأبعاد الجانبي محدودة، هناك دائماً وسائط جانبية بالإضافة إلى وسائط سمك المطلوب. ويمكن استخدام أساليب LDV أعلاه لتحديد الأوضاع السائدة في نطاق التردد المطلوب لمحول معين. مربع مع أبعاد أقل من 10 مم عادة يعطي تقريب قريبة إلى ?...

وقد درست الانحلال الموجات فوق الصوتية لمدة قرن تقريبا وعلى الرغم من أن هناك العديد من التطبيقات، وهناك قيود في فهم الفيزياء الأساسية. وقد أدلى الوصف الأول لهذه الظاهرة من قبل وود ولوميس في عام 19271، ومنذ ذلك الحين كانت هناك تطورات في هذا المجال لتطبيقات تتراوح بين تسليم السوائل الصيدلانية الهباء الجوي2 إلى حقن الوقود3. على الرغم من أن هذه الظاهرة تعمل بشكل جيد في هذه التطبيقات ، فإن الفيزياء الأساسية ليست مفهومة بشكل جيد4و5و6.
وهناك قيد رئيسي في مجال الانحلال بالموجات فوق الصوتية هو اختيار المواد المستخدمة، الرصاص زيركونات تيتانات (PZT)، مادة الارهاق عرضة للتدفئة7 والتلوث الرصاص مع الرصاص عنصري المتاحة من الحدود بين الحبوب8،9. حجم الحبوب والخصائص الميكانيكية والإلكترونية لحدود الحبوب أيضا الحد من وتيرة التي PZT يمكن أن تعمل10. وعلى النقيض من ذلك، فإن niobate الليثيوم هو على حد سواء خالية من الرصاص والمعارض لا11الهستيرسيس ، ويمكن استخدامها لتفتيت السوائل ترتيب من حيث الحجم أكثر كفاءة من المرذاذات التجارية12. القطع التقليدي من niobate الليثيوم المستخدمة للتشغيل في وضع سمك هو 36 درجة Y استدارة قطع، ولكن 127.86 درجة Y الدورية، X نشر قطع (128YX)، وعادة ما تستخدم لتوليد موجة الصوتية السطحية، وقد ثبت أن لديها ارتفاع سعة النزوح السطحي بالمقارنة مع 36 درجة قطع13 عندما تعمل في الرنين وانخفاض الخسارة. وقد ثبت أيضا أن عملية وضع سمك يوفر ترتيبا لتحسين حجم في كفاءة رذاذ أكثر من وسائط أخرى من الاهتزاز13، حتى عند استخدام LN.
وتحكم التردد الرنين من جهاز كهرضغطي تعمل في وضع سمك من قبلث سمك : الطول الموجي λ = 2ر/ن حيث ن = 1، 2,... هو عدد العقد المضادة. بالنسبة لركيزة سميكة 500 ميكرومتر، وهذا يتوافق مع الطول الموجي من 1 ملم للأسلوب الأساسي، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لحساب تردد الرنين الأساسي، f = v/λ إذا كانت سرعة الموجة، v، معروفة. سرعة الصوت من خلال سمك 128YX LN هو حوالي 7000 م / ث ، وذلك و = 7 ميغاهيرتز. خلافا لغيرها من أشكال الاهتزاز، وخاصة وضع سطح ملزمة، فمن مباشرة لإثارة أعلى ترتيب سماكة النمط التوافقيات إلى ترددات أعلى من ذلك بكثير، هنا إلى 250 ميغاهيرتز أو أكثر، على الرغم من أن وسائط الأرقام الفردية فقط قد تكون متحمسة من قبل الحقول الكهربائيةموحدة 14. وبالتالي، لا يمكن أن يكون التوافقي الثاني(ن = 2) بالقرب من MHz 14 متحمس، ولكن التوافقي الثالث في 21 ميغاهيرتز(ن = 3) يمكن. تصنيع أجهزة وضع سمك كفاءة يتطلب إيداع الأقطاب الكهربائية على وجوه معارضة من محول. نحن نستخدم التيار المباشر (DC) التخبط لإنجاز ذلك، ولكن يمكن استخدام ترسب شعاع الإلكترون وغيرها من الأساليب. تحليل المعاوقة مفيد لتوصيف الأجهزة، خاصة في العثور على ترددات الرنين والاقتران الكهروميكانيكية عند هذه الترددات. الليزر دوبلر vibrometry (LDV) مفيد لتحديد سعة الاهتزاز الناتج والسرعة دون الاتصال أو المعايرة15، وعن طريق المسح الضوئي ، وLDV يوفر التوزيع المكاني للتشوه السطحي ، والكشف عن وضع الاهتزاز المرتبطة تردد معين. وأخيرا ، لأغراض دراسة الانحلال وديناميات السوائل ، والتصوير عالي السرعة يمكن استخدامها كتقنية لدراسة تطور موجات شعرية على سطح قطرة sessile16،17. في الانحلال، مثل العديد من الظواهر acoustofluidic أخرى، يتم إنتاج قطرات صغيرة بمعدل سريع، أكثر من 1 كيلو هرتز في موقع معين، بسرعة كبيرة جدا للكاميرات عالية السرعة لمراقبة مع الإخلاص كافية ومجال الرؤية لتوفير معلومات مفيدة على حجم عينة قطرة كبيرة بما فيه الكفاية. يمكن استخدام تشتت الليزر لهذا الغرض، وتمرير القطرات من خلال شعاع ليزر موسع إلى (مي) مبعثر بعض الضوء في الانعكاس والانكسار لإنتاج إشارة مميزة التي يمكن استخدامها لتقدير إحصائيا توزيع حجم القطرات.
فمن مباشرة لاختلاق محولات سماكة وضع الكهرزوئية، ولكن التقنيات المطلوبة في الجهاز وتوصيف الانحلال لم يتم ذكرها بوضوح في الأدب حتى الآن، مما يعوق التقدم في الانضباط. لكي يكون محول وضع السمك فعالاً في جهاز الانحلال، يجب أن يكون معزولاً ميكانيكياً بحيث لا يتم تخميد الاهتزاز ويجب أن يكون لديه إمدادات السوائل المستمرة مع معدل تدفق يساوي معدل الانحلال بحيث لا يحدث جفاف ولا فيضان. هذان الاعتباران العمليان لم يتم تغطيتهما بشكل شامل في الأدبيات لأن حلولهما هي نتيجة تقنيات هندسية وليست حداثة علمية بحتة، لكنهما مع ذلك حاسمان لدراسة الظاهرة. نقدم تجميع حامل محول ونظام فتل سائل كحلول. يقدم هذا البروتوكول نهجاً منهجياً لتصنيع الرذاذ وتوصيف لتسهيل إجراء المزيد من البحوث في الفيزياء الأساسية والتطبيقات التي لا تعد ولا تحصى.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1452px;" width="1452">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Amplifier</td>
			<td style="width:345px;">Amplifier Research, Souderton, PA, USA</td>
			<td style="width:412px;">5U1000</td>
			<td style="width:483px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Articulating arm</td>
			<td style="width:345px;">Fisso, Zurich, Switzerland</td>
			<td style="width:412px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">CF4 Objective</td>
			<td style="width:345px;">Edmund Optics, Barrington, NJ, USA</td>
			<td></td>
			<td>Objective used for high speed imaging</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Dicing saw</td>
			<td style="width:345px;">Disco, Tokyo, Japan</td>
			<td>Disco Automatic Dicing Saw 3220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Fiber Fragrance Diffuser Wick</td>
			<td style="width:345px;">Weihai Industry Co., Ltd., Weihai, Shandong, China</td>
			<td colspan="2">https://www.weihaisz.com/Fiber-Fragrance-Diffuser-Wick_p216.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">High Speed Camera</td>
			<td style="width:345px;">Photron, San Diego, USA</td>
			<td style="width:412px;">Fastcam Mini</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Laser Doppler Vibrometer</td>
			<td style="width:345px;">Polytec, Waldbronn, Germany</td>
			<td style="width:412px;">UHF120</td>
			<td>Non-contact laser doppler vibrometer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:212px;">Laser Scattering Droplet size measurement system</td>
			<td style="width:345px;">Malvern Panalytical, Malvern, UK</td>
			<td style="width:412px;">STP5315</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Lithium niobate substrate</td>
			<td style="width:345px;">PMOptics,Burlington, MA, USA</td>
			<td style="width:412px;">PWLN-431232</td>
			<td style="width:483px;">4&#8221; double-side polished 0.5 mm thick 128&#176;Y-rotated cut lithium niobate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Luer-lock syringes</td>
			<td style="width:345px;">Becton Dickingson, New Jersey, USA</td>
			<td style="width:412px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Nano3 cleanroom facility</td>
			<td style="width:345px;">UCSD, La Jolla, CA, USA</td>
			<td style="width:412px;"></td>
			<td>Fabrication process is performed in it.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Network Analyzer</td>
			<td style="width:345px;">Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA</td>
			<td style="width:412px;">5061B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Oscilloscope</td>
			<td style="width:345px;">Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA</td>
			<td style="width:412px;">InfiniiVision 2000 X-Series</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">PSV Acquistion Software</td>
			<td style="width:345px;">Polytec, Waldbronn, Germany</td>
			<td style="width:412px;">Version 9.4</td>
			<td>LDV Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">PSV Presentation Software</td>
			<td style="width:345px;">Polytec, Waldbronn, Germany</td>
			<td style="width:412px;">Version 9.4</td>
			<td>LDV Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Signal generator</td>
			<td style="width:345px;">NF Corporation, Yokohama, Japan</td>
			<td style="width:412px;">WF1967 multifunction generator</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Single Post Connector</td>
			<td style="width:345px;">DigiKey, Thief River Falls, MN</td>
			<td>ED1179-ND</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Sputter deposition</td>
			<td style="width:345px;">Denton Vacuum, NJ, USA</td>
			<td style="width:412px;">Denton 18</td>
			<td>Denton Discovery 18 Sputter System</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Surface Mount Spring Contacts</td>
			<td style="width:345px;">DigiKey, Thief River Falls, MN</td>
			<td style="width:412px;">70AAJ-2-M0GCT-ND</td>
			<td style="width:483px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">Teflon wafer dipper</td>
			<td style="width:345px;">ShapeMaster, Ogden, IL, USA</td>
			<td style="width:412px;">SM4WD1</td>
			<td>Wafer Dipper 4&#34;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:212px;">XYZ Stage</td>
			<td style="width:345px;">Thor Labs, Newton, New Jersey, USA</td>
			<td style="width:412px;">MT3</td>
			<td>Optical table stages</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and characterization of thickness mode piezoelectric devices for atomization and acoustofluidics

نحن نقدم تقنية لتصنيع وضع بسيط سماكة الأجهزة الكهرزوئية باستخدام نيوبتات الليثيوم (LN). وقد تبين أن هذه الأجهزة تتفتت السائل بكفاءة أكبر، من حيث معدل التدفق لكل مدخل طاقة، من تلك التي تعتمد على موجات رايلي وغيرها من وسائط الاهتزاز في LN أو تيتانات الزركونيت الرصاص (PZT). ويتكون الجهاز الكامل من محول، حامل محول، ونظام إمدادات السوائل. إن أساسيات انحلال السائل الصوتي ليست معروفة جيداً، لذلك يتم وصف تقنيات توصيف الأجهزة ودراسة الظواهر. يوفر قياس الزب الليفي الليزر (LDV) معلومات الاهتزاز الضرورية في مقارنة محولات الصوت ، وفي هذه الحالة ، يشير إلى ما إذا كان الجهاز سيؤدي بشكل جيد في الاهتزازات السماكة. ويمكن أيضا أن تستخدم للعثور على تردد الرنين من الجهاز، على الرغم من الحصول على هذه المعلومات بسرعة أكبر عن طريق تحليل المعاوقة. إن انحلال السوائل المستمر، كمثال على التطبيق، يتطلب تحكماً حذراً في تدفق السوائل، ونحن نقدم مثل هذه الطريقة مع التصوير عالي السرعة وقياسات توزيع الحجم القطرات عبر تشتت الليزر.

تم تصنيع أجهزة وضع الطاقة الكهروضوئية سماكة من 128YX niobate الليثيوم. ويبين الشكل 1 تجميعا كاملا لعقد محول في مكان مع حامل محول مخصص المستخدمة مع نظام تسليم السوائل السلبية وضعت لالانحلال المستمر. تتضمن خطوات التوصيف لهذه الأجهزة تحديد التردد الرنان والتناغم باستخدام محلل الم?...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics at JoVE.com

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

يتم وصف تصنيع محولات وضع سماكة الكهرزوئية عبر التخبط الحالي المباشر من أقطاب اللوحة على niobate الليثيوم. بالإضافة إلى ذلك، يتم تحقيق عملية موثوقة مع حامل محول ونظام إمدادات السوائل ويتم إثبات التوصيف عن طريق تحليل المعاوقة، الليزر دوبلر vibrometry، والتصوير عالي السرعة، وتوزيع حجم القطرات باستخدام تشتت الليزر.

تصنيع وتوصيف من سماكة وضع الأجهزة الكهروضوئية للانحلال وAcoustofluidics

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

يمكن استخدام هذه التقنيات للإجابة على الأسئلة حول تردد الرنين ، والإثارة وضع الاهتزاز ، وسعة الاهتزاز ، وكيف يمكن أن تكون محولات مع هذه الخصائص أداء المرذاذ. مع المعلومات التي توفرها هذه التحليلات، من الممكن تحديد آثار المتغيرات المستقلة والتجارب التي تنطوي على محولات وضع سمك بدقة. هذه التقنية تمكن من تطوير الأجهزة التي يمكن استخدامها لتفتيت الأدوية لعلاج أمراض الجهاز التنفسي مثل الالتهاب الرئوي.هذه الطرق مفيدة لإضفاء طابع ظواهر الانحلال ويمكن تطبيقها على دراسة الموجات الشعرية على سطح قطرة. ولأن العديد من العوامل المتنافسة يجب أن تكون متوازنة، فقد يكون من الصعب تحقيق الانحلال المستمر. ضبط مدخلات الطاقة، موقف الفتيل والتوجه الفتيل ومراقبة كيفية تغيير السلوك.العديد من هذه التقنيات بسيطة الأداء بعد العرض التوضيحي ، ولكنها تتطلب بعض البراعة والوعي المكاني الذي لا يأتي عبر في النص. لتجميع حامل محول مخصص، لحام اثنين من سطح جبل الربيع الاتصالات إلى كل من اثنين من لوحات الدوائر المطبوعة المخصصة ومقطع الاتصالات الخارجية حتى لا تقصر الدائرة. اضغط على احتواء المسامير في الثقوب مطلي على لوحات مخصصة بحيث يشير المسامير بعيدا عن بعضها البعض.استخدام الفواصل المجلس ومسامير لربط لوحات الدوائر المخصصة اثنين حتى الاتصالات هي فقط على اتصال مع بعضها البعض. ضبط التباعد مع غسالات بلاستيكية حسب الضرورة. ثم حرك محول 3 × 10 ملليمتر بين الزوج الداخلي من الاتصالات.لتحديد تردد الرنين عن طريق تحليل المعاوقة، قم بتوصيل محول بمنفذ مفتوح لمحلل الشبكة وحدد معلمة معامل انعكاس S11 عبر واجهة المستخدم لمحلل الشبكة. حدد نطاق التردد من الفائدة وتنفيذ الاجتياح التردد. ثم حدد حفظ استدعاء وحفظ بيانات التتبع لتصدير البيانات إلى برنامج معالجة البيانات المناسبة لتحديد المواقع الحد الأدنى الدقيق.لتوصيف الاهتزاز من قبل LDV، وضع محول في اتصال لوحة بوجو على المرحلة LDV وربط المسبار بوجو يؤدي إلى مولد إشارة. تأكد من أن الهدف الصحيح هو اختيار في اقتناء البرمجيات والتركيز على المجهر على سطح محول. حدد تحديد نقاط المسح الضوئي والإعدادات.يعطي مسح نقطة واحدة سعة الاهتزاز المستخدم عند نقطة واحدة. لتحديد وضع الاهتزاز والرنين، يجب إجراء مسح المنطقة. ضمن علامة التبويب عام، حدد FFT أو الوقت الخيار اعتماداً على ما إذا كان يتم إجراء المسح الضوئي في مجال التردد أو الوقت وتعيين عدد المتوسطات.في علامة التبويب القناة، تأكد من أن يتم تحديد المربعات النشطة وضبط القنوات المرجعية والقنوات الحوادث لتحديد أقصى قوة إشارة من الركيزة. في علامة التبويب مولد، إذا تم إجراء القياس من تحت إشارة تردد واحد، حدد جيب من الموجي المنسدلة القائمة. إذا كان تحت شريط واحد، حدد MultiCarrierCW.ثم في علامة التبويب تردد، تغيير عرض النطاق الترددي وخطوط FFT لضبط دقة المسح الضوئي لمسح مجال التردد. إذا كان يتم تنفيذ قياسات المجال الزمني، قم بتغيير تكرار العينة في علامة التبويب الوقت. لإنشاء نظام امدادات السوائل، حدد 25 ملليمتر طويل 2 ملليمتر قطرها 2 ملليمتر الفتيل تتألف من حزمة من الألياف من البوليمر المائي مصممة لنقل السائل الإذعان.تقليم نهاية واحدة من الفتيل بحيث يشكل تلميح غير متناظرة ومن ثم إدراجها في حقنة قفل Luer مع القدرة المطلوبة، مما يسمح للويك أن تمتد في 15 ملليمترات بعد النهاية. قفل تلميح حقنة على حقنة توفير نوبة دافئ حول الفتيل وجبل الجمعية بحيث الفتيل هو 10 إلى 90 درجة من الأفقي وطرف الفتيل هو مجرد اتصال مع حافة محول. ثم املأ الحقنة بالماء.تعيين الجهد إلى الصفر وتطبيق إشارة الجهد المستمر في تردد الرنين تحديد باستخدام محلل المعاوقة. زيادة الجهد حتى يتم انحلال السائل بشكل مستمر دون الفيضانات الجهاز أو تجفيف. إذا فشلت التعديلات المقترحة، خشونة سطح الذهب من محول بالقرب من نقطة الاتصال فتيل مع الصنفرة غرامة دون إزالة الذهب تماما.لمراقبة ديناميات الجهاز عن طريق التصوير عالي السرعة، قم بتركيب كاميرا عالية السرعة أفقيًا بشكل صارم على طاولة بصرية ووضع محول في اتصال لوحة بوجو على مرحلة XYZ بالقرب من البعد البؤري للكاميرا. ضع مصدر ضوء منتشر على الأقل على طول بؤري واحد على الجانب المقابل من محول الطاقة من الكاميرا واستخدم ماصة لوضع قطرة sessile على سطح المحول. ضبط التركيز الكاميرا ووضع XYZ لجعل العينة السوائل في التركيز الحاد وحدد معدل الإطار الذي لا يقل عن ضعف هذا التردد وفقا لمعدل Nyquist لتجنب التعرج.اضبط شدة الضوء أو مصراع الكاميرا أو كليهما لتحسين التباين بين السائل والخلفية. ثم قم بتوصيل مقاطع التمساح من مولد الإشارة المضخم إلى يؤدي التحقيق بوجو والتقاط الظاهرة من خلال تحريك الفيديو في وقت واحد في برنامج الكاميرا وتطبيق إشارة الجهد. لتحليل تشتت الليزر لحجم القطرات، اضبط وحدات الإرسال بالليزر والتلقي بالليزر على طول السكة الحديدية لنظام تشتت الليزر مع فجوة 20 إلى 25 سنتيمترًا بين الوحدةتين.16- وثب بصرامة منصة في هذه الفجوة بحيث عندما توضع على ذلك تجميعات محولات وإمدادات السوائل، سيتم إخراج ضباب مجزأ في مسار شعاع الليزر. لتسهيل هذا المحاذاة، قم بتشغيل شعاع الليزر وحدد الأدوات والتحكم في الليزر والليزر. إصلاح ثقب محول إلى المنصة.إصلاح تجميع إمدادات السوائل إلى ذراع مفصلية. ضع تجميع إمدادات السوائل بحيث يكون طرف الفتيل على اتصال مع حافة محول واستخدام مقاطع التمساح لتوصيل مصدر الإشارة إلى محطات الارتفاع على حامل محولات الطاقة وانقر فوق إجراء التشغيل القياسي الجديد في برنامج نظام تشتيت الليزر. تعيين القالب إلى الافتراضي مستمر وفترة أخذ العينات إلى 1.ضمن معالجة البيانات، انقر فوق ملف تعريف الرذاذ لتعيين طول المسار إلى 20 ملليمتر. انقر على المنبهات لإلغاء تحديد استخدام القيم الافتراضية وتعيين الحد الأدنى للإرسال إلى 5 و1٪ والحد الأدنى للتشتت إلى 50 و10. عند تعيين كافة المعلمات، انقر فوق بدء إجراء التشغيل القياسي وحدد الإجراء الذي تم إنشاؤه.ملء خزان امدادات السوائل بالماء تصل إلى المستوى المطلوب وملاحظة حجم. بمجرد بدء القياس، قم بتشغيل إشارة الجهد الكهربائي وابدأ ساعة الإيقاف بمجرد بدء الانحلال. بمجرد أن يتم تفتيت حجم السائل المطلوب، قم بإيقاف إشارة الجهد الكهربائي أثناء إيقاف ساعة الإيقاف وتسجيل الحجم النهائي.في الرسم البياني للقياس الناتج، حدد جزء البيانات التي كان يحدث فيها الانحلال كما هو متوقع وكانت الإشارة في المتلقي قوية بما يكفي لتكون ذات أهمية إحصائية. انقر فوق متوسط واتفقنا على إنشاء توزيع استناداً إلى البيانات المحددة. ثم نسخ والبيانات في ملف نصي وحفظ مع اسم ملف مناسب.ويشمل توصيف هذه الأجهزة تحديد التردد الرنانة والتناغم باستخدام محلل المعاوقة. في هذا التحليل التمثيلي ، تم العثور على تردد أساسي للأجهزة إلى ما يقرب من سبعة ميغاهرتز كما هو متوقع من قبل سمك الركيزة. ويمكن استخدام مزيد من التوصيف باستخدام الليزر غير الاتصال دوبلر vibrometry لتحديد حجم ونزوح الركيزة، والتي عادة ما تكون في نطاق نانومتر.وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تقييم اهتزاز القطرات من خلال التصوير عالي السرعة ويمكن تحديد ديناميكيات الانحلال من خلال قياس توزيع حجم القطرات. تذكر أنه لتحقيق الانحلال ، يجب أن تعمل محولات في تردد صدى وضع سماكة. إذا كان أداء الجهاز أقل من الأداء، فقد لا تكون في التردد الصحيح.باستخدام هذا البروتوكول كأساس، يمكن أن تكون المعلمات وضع سمك كثيرة متنوعة ومقارنتها مثل سمك القطب أو أبعادها. بعد إنشاء هذا البروتوكول مع الماء ، يمكن الآن استخدام محولات وضع السمك مع سوائل أخرى لتطبيقات مثل توصيل الأدوية الرئوية والتبريد والترميز.

Research

JoVE Journal

Engineering

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

المحاكاة، تصنيع وتوصيف امتصاص Metamaterial THz

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

تصنيع وتوصيف الدليل الموجي الكريستال الضوئية الخفيفة بطيئة وتجاويف

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

الزخرفة عبر البصرية تشبع انتقالات - تصنيع وتوصيف

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

تلفيق بوابة الانضباطي الجرافين أجهزة لمسح حفر نفق المجهر الدراسات مع كولوم الشوائب

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees ...

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

توصيف يشبع مجموعة المواد الثوابت ومنها الاعتماد درجة الحرارة لمواد الكهروإجهادية عن طريق الرنين الموجات فوق الصوتية الطيفي

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

تصنيع وتشغيل Acoustofluidic أجهزة دعم السائبة موجات الصوتية الدائمة للSheathless التركيز من الجسيمات

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

تصنيع وتوصيف الموصلية الرنين

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

توصيف متباين الخواص راشح الوضع المغيرون في الموجة الكهرومغناطيسية للHolovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

تصنيع الحل بالكامل معالجتها غير العضوية النانوية الأجهزة الضوئية

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

الرابطة المذيبات لتصنيع PMMA وCOP أجهزة ميكروفلويديك

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...