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

Forfatterne er taknemmelige for University of California og NANO3 facilitet på UC San Diego for levering af midler og faciliteter til støtte for dette arbejde. Dette arbejde blev delvist udført på San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) af UCSD, et medlem af National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, som støttes af National Science Foundation (Grant ECCS−1542148). Det arbejde, der præsenteres her, blev generøst støttet af et forskningstilskud fra W.M. Keck Foundation. Forfatterne er også taknemmelige for støtten til dette arbejde af Office of Naval Research (via Grant 12368098).

1. Tykkelse mode transducer fabrikation via DC sputtering
<ol><li>Wafer forberedelse<ol>
<li>En 100 mm 128YX LN wafer placeres i en ren glasskål med en diameter på mindst 125 mm. Sonikere waferen i mindst 200 ml acetone i 5 min.</li>
		<li>Gentag sonikering med isopropylalkohol og igen med deioniseret vand i 5 min hver.</li>
		<li>Fjern synligt vand fra overfladen med tørt nitrogen.</li>
		<li>Fjern vandet helt fra overfladen ved at placere waferen på en kogeplade ved 100 °C i 5 min. Sørg for, at der er et ark al...

<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>

En transducers dimensioner og højde-bredde-forhold påvirker de vibrationstilstande, den producerer. Da de laterale dimensioner er begrænsede, er der altid laterale tilstande ud over de ønskede tykkelsestilstande. Ovenstående LDV metoder kan bruges til at bestemme dominerende tilstande i det ønskede frekvensområde for en given transducer. En firkant med dimensioner under 10 mm giver typisk en tæt tilnærmelse til en tykkelsestilstand. Tre af ti millimeter rektangler fungerer også godt. Film 1 og ...

Ultralydsforstøvning er blevet undersøgt i næsten et århundrede, og selv om der er mange applikationer, er der begrænsninger i forståelsen af den underliggende fysik. Den første beskrivelse af fænomenet blev foretaget af Wood and Loomis i 19271, og siden da har der været udviklinger på området for applikationer lige fra levering af aerosoliserede farmaceutiskevæsker 2 tilbrændstofindsprøjtning 3. Selv om fænomenet fungerer godt i disse applikationer, er den underliggende fysik ikke godtforstået 4,5,6.
En vigtig begrænsning inden for ultralydsforstøvning er valget af materiale, der anvendes, bly zirkonat titanat (PZT), en hysteretisk materiale tilbøjelige til opvarmning7 og bly forurening med elementært bly til rådighed fra inter-grain grænser8,9. Kornstørrelse og korngrænsers mekaniske og elektroniske egenskaber begrænser også den hyppighed , hvormed PZT kan fungere10. Derimod er lithium niobat både blyfri og udviser ingen hysterese11og kan bruges til at forstøve væsker en størrelsesorden mere effektivt end kommercielle forstøvere12. Den traditionelle snit af lithium niobat, der anvendes til drift i tykkelsestilstand er 36-graders Y-roteret snit, men 127,86-graders Y-roteret, X-formeringssnit (128YX), typisk anvendes til overflade akustisk bølge generation, har vist sig at have en højere overfladeforskydning amplitude i forhold til 36-graders snit13, når de drives i resonans og lavt tab. Det er også blevet vist, at tykkelse tilstand drift tilbyder en størrelsesorden forbedring i forstøver effektivitet i forhold til andre former forvibrationer 13,selv når du bruger LN.
Resonansfrekvensen for en piezoelektrisk anordning, der arbejder i tykkelsestilstand, reguleres af dens tykkelse t: bølgelængden λ = 2t/n hvor n = 1, 2,... er antallet af antinoder. For et 500 μm tykt substrat svarer dette til en bølgelængde på 1 mm for den grundlæggende tilstand, som derefter kan bruges til at beregne den grundlæggende resonansfrekvens, f = v/λ, hvis bølgehastigheden, v, er kendt. Lydens hastighed gennem tykkelsen på 128YX LN er ca. 7.000 m/s, og så f = 7 MHz. I modsætning til andre former for vibrationer, især overflade-bundet tilstande, er det ligetil at ophidse højere orden tykkelse mode harmoniske til meget højere frekvenser, her til 250 MHz eller mere, selv om kun ulige nummererede tilstande kan være ophidset af ensartedeelektriske felter 14. Derfor kan den anden harmoniske (n = 2) nær 14 MHz ikke være ophidset, men den tredje harmoniske ved 21 MHz(n = 3) kan. Fremstilling af effektive tykkelse tilstand enheder kræver deponering elektroder på modsatrettede ansigter transducer. Vi bruger jævnstrøm (DC) sputtering at opnå dette, men elektron-beam aflejring og andre metoder kan anvendes. Impedans analyse er nyttigt at karakterisere de enheder, især i at finde resonans frekvenser og elektromekanisk kobling ved disse frekvenser. Laser Doppler vibrometry (LDV) er nyttigt til at bestemme output vibration amplitude og hastighed uden kontakteller kalibrering 15,og via scanning, LDV giver den rumlige fordeling af overflade deformation, afslører den vibrationsform, der er forbundet med en given frekvens. Endelig, med henblik på at studere forstøvning og væskedynamik, kan højhastigheds-imaging anvendes som en teknik til at studere udviklingen af kapillær bølger på overfladen af en sessile drop16,17. I forstøvning, ligesom mange andre acoustofluidic fænomener, små dråber er produceret i et hurtigt tempo, over 1 kHz i et givet sted, for hurtigt for højhastighedskameraer til at observere med tilstrækkelig troskab og synsfelt til at give nyttige oplysninger over en tilstrækkelig stor dråbe prøvestørrelse. Laserspredning kan anvendes til dette formål, passerer dråberne gennem en udvidet laserstråle til (Mie) sprede noget af lyset i refleksion og brydning til at producere et karakteristisk signal, der kan bruges til statistisk at vurdere dråbestørrelse fordeling.
Det er ligetil at fremstille piezoelektrisk tykkelse tilstand transducere, men de nødvendige teknikker i enhed og forstøvning karakterisering er ikke klart angivet i litteraturen til dato, hæmmer fremskridt i disciplinen. For at en transducer i tykkelsestilstand skal være effektiv i en forstøvningsanordning, skal den isoleres mekanisk, så dens vibration ikke dæmpes, og den skal have en kontinuerlig væskeforsyning med en strømningshastighed svarende til forstøvningshastigheden, således at der hverken opstår udtørring eller oversvømmelse. Disse to praktiske overvejelser er ikke blevet grundigt dækket i litteraturen, fordi deres løsninger er resultatet af tekniske teknikker snarere end ren videnskabelig nyhed, men de er ikke desto mindre afgørende for at studere fænomenet. Vi præsenterer en transducerholder samling og en flydende fugtspredende system som løsninger. Denne protokol tilbyder en systematisk tilgang til forstøver fabrikation og karakterisering for at lette yderligere forskning i grundlæggende fysik og utallige applikationer.

<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

Vi præsenterer en teknik til at fremstille simpel tykkelse tilstand piezoelektriske enheder ved hjælp af lithium nitosat (LN). Sådanne anordninger har vist sig at forstøve væske mere effektivt, med hensyn til strømningshastighed pr effekt input, end dem, der er afhængige af Rayleigh bølger og andre former for vibrationer i LN eller bly zirconat titanat (PZT). Den komplette enhed består af en transducer, en transducerholder og et væskeforsyningssystem. De grundlæggende elementer i akustisk væske forstøvning er ikke kendt, så teknikker til at karakterisere enhederne og studere fænomenerne er også beskrevet. Laser Doppler vibrometry (LDV) giver vibrationsoplysninger, der er afgørende for at sammenligne akustiske transducere, og angiver i dette tilfælde, om en enhed vil klare sig godt i tykkelsesvibrationer. Det kan også bruges til at finde resonansfrekvensen af enheden, selvom disse oplysninger opnås hurtigere via impedans analyse. Kontinuerlig væskeforstøvning, som et eksempel ansøgning, kræver omhyggelig væskeflow kontrol, og vi præsenterer en sådan metode med høj hastighed billeddannelse og dråbe størrelse fordeling målinger via laser spredning.

Tykkelse tilstand piezoelektriske enheder blev fremstillet af 128YX lithium nitosat. Figur 1 viser en komplet samling til at holde transduceren på plads med en brugerdefineret transducerholder, der anvendes sammen med det passive væskefremføringssystem, der er udviklet til kontinuerlig forstøvning. Karakteriseringstrinnene for disse enheder omfatter bestemmelse af resonansfrekvensen og harmoniske ved hjælp af en impedansanalysator (Figur 2). Den grundlægge...

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

Fabrikation af piezoelektrisk tykkelse tilstand transducere via jævnstrøm sputtering af pladeelektroder på lithium niobat er beskrevet. Derudover er pålidelig drift opnås med en transducer holder og væskeforsyning system og karakterisering er demonstreret via impedans analyse, laser doppler vibrometry, high-speed imaging, og dråbe størrelse distribution ved hjælp af laser spredning.

Fabrikation og karakterisering af tykkelse Mode Piezoelektriske Enheder til forstøvning og Acoustofluidics

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

Disse teknikker kan bruges til at besvare spørgsmål om resonans frekvens, vibrationel tilstand spænding, vibrationer amplitude, og hvordan transducere med disse egenskaber udføre som forstøvere. Med oplysninger fra disse analyser, er det muligt at nøje kvantificere virkningerne af uafhængige variabler og eksperimenter, der involverer tykkelse mode transducere. Denne teknik gør det muligt at udvikle enheder, der kan bruges til at forstøve lægemidler til behandling af luftvejssygdomme som lungebetændelse.Disse metoder er nyttige til at karakterisere forstøvning fænomener og kan anvendes til studiet af kapillær bølger på overfladen af en dråbe. Da mange konkurrerende faktorer skal afbalanceres, kan det være svært at opnå kontinuerlig forstøvning. Juster effektindgangen, vægepositionen og vægeretningen, og overhold, hvordan funktionsmåden ændrer sig.Mange af disse teknikker er enkle at udføre efter demonstration, men kræver en vis fingerfærdighed og rumlig bevidsthed, der ikke kommer på tværs i tekst. For at samle en brugerdefineret transducer holder, lodde to overflade montere foråret kontakter til hver af to brugerdefinerede trykte kredsløb og klip de ydre kontakter, så de ikke kortslutte kredsløbet. Tryk passer piggene ind i de belagte huller på de brugerdefinerede brædder, således at pigge peger væk fra hinanden.Brug bord afstandsløbere og skruer til at forbinde de to brugerdefinerede printkort, så kontakterne er lige i kontakt med hinanden. Juster afstanden med plastskrens efter behov. Skub derefter en 3 x 10 millimeter transducer mellem det indre par kontakter.Hvis du vil identificere resonansfrekvensen ved hjælp af impedansanalyse, skal du tilslutte en transducer til den åbne port i netværksanalysen og vælge parameteren S11-refleksionskoefficient via netværksanalysens brugergrænseflade. Vælg frekvensområdet for interesse, og udfør frekvenssøgningen. Vælg derefter gem tilbagekaldelse, og gem sporingsdata for at eksportere dataene til et passende databehandlingsprogram for at identificere de præcise minimale placeringer.For at karakterisere vibrationerne ved LDV skal du placere en transducer i pogo pladekontakt på LDV-stadiet og forbinde pogosonden fører til signalgeneratoren. Sørg for, at den korrekte målsætning er valgt i anskaffelsessoftwaren, og fokuser mikroskopet på transducerens overflade. Vælg definer scanningspunkter og indstillinger.En enkelt punktsscanning giver brugeren vibrationsjyltede på et enkelt punkt. For at bestemme vibrationstilstanden og resonansen skal der udføres en områdescanning. Under fanen Generelt skal du vælge indstillingen FFT eller tid, afhængigt af om scanningen udføres i frekvens- eller klokkeslætsdomæne, og angive antallet af gennemsnit.Under kanalfanen skal du sørge for, at de aktive bokse er markeret, og juster reference- og hændelseskanalerne for at vælge den maksimale signalstyrke fra underlaget. Hvis målingen udføres under enkeltfrekvenssignal under generatorfanen, skal du vælge Sine på rullelisten med bølgeform. Hvis det er under et enkelt bånd, skal du vælge MultiCarrierCW.Skift derefter båndbredde- og FFT-linjerne under frekvensfanen for at justere scanningsopløsningen for en frekvensdomænescanning. Hvis tidsdomænemålingerne udføres, skal du ændre eksempelfrekvensen under tidsfanen. For at skabe væskeforsyningssystemet skal du vælge en 25 millimeter lang væge med en diameter på 2 millimeter, der består af et bundt fibre af en hydrofil polymer, der er designet til at transportere acquiesce-væske.Trim den ene ende af vægen, så den danner en asymmetrisk spids og derefter indsætte den i en Luer lås sprøjte med den ønskede kapacitet, så vægen til at udvide på 15 millimeter ud over enden. Lås en sprøjtespids på sprøjten, hvilket giver en tæt pasform omkring vægen, og monter samlingen således, at vægen er 10 til 90 grader fra vandret, og spidsen af vægen er lige i kontakt med transducerens kant. Fyld derefter sprøjten med vand.Indstil spændingen til nul og anvende en kontinuerlig spænding signal ved resonans frekvens bestemmes ved hjælp af impedans analysator. Øg spændingen, indtil væsken forstøves kontinuerligt, uden at enheden oversvømmer eller udtørres. Hvis de foreslåede justeringer mislykkes, ruen guldoverfladen af transducer nær væge kontaktpunkt med fint sandpapir uden at fjerne guldet helt.For at observere enhedens dynamik via højhastigheds-billedbehandling, stift montere en høj hastighed kamera vandret på et optisk bord og placere en transducer i pogo plade kontakt på en XYZ fase nær brændvidden af kameraet. Anlæste en diffus lyskilde mindst én brændvidde på den modsatte side af transduceren fra kameraet, og brug en pipette til at placere et sessile fald på transducerens overflade. Juster kameraets fokus og XYZ-positionen for at bringe væskeprøven i skarpt fokus, og vælg en billedhastighed, der er mindst dobbelt så stor som denne frekvens i henhold til Nyquist-hastigheden for at undgå aliasing.Juster lysintensiteten, kameralukkeren eller begge dele for at optimere kontrasten mellem væsken og baggrunden. Tilslut derefter alligatorclips fra den forstærkede signalgenerator til pogo-sondens ledninger, og optag fænomenet ved samtidig at udløse videoen i kamerasoftwaren og anvende spændingssignalet. For laser spredning analyse af dråbestørrelsen, justere laser transmission og laser modtagende moduler langs skinnen af laser spredningssystemet med en 20 til 25 centimeter hul mellem de to moduler.Fastbegær en platform i dette hul, således at når transducer og væskeforsyning forsamlinger er placeret på det, forstøvet tåge vil blive skubbet ud i laserstrålen sti. For at lette denne justering skal du tænde for laserstrålen og vælge værktøjer, laserstyring og laser på. Fastgør transducerhullet til platformen.Fastgør væskeforsyningssamlingen til en leddelt arm. Placer væskeforsyningsenheden, så vægens spids kun er i kontakt med transducerens kant, og brug alligatorclips til at forbinde signalkilden til spiketerminalerne på transducerholderen, og klik på en ny standardprocedure i lasersprændesystemets software. Indstil skabelonen til standardfortløbende og prøvetagningsperioden til 1.Klik på sprayprofil under datahåndtering for at indstille stiens længde til 20 millimeter. Klik alarmer for at fjerne markeringen bruge standardværdier og indstille den mindste transmission til 5 og 1%, og den mindste spredning til 50 og 10. Når alle parametrene er angivet, skal du klikke på startstandardprocedure og vælge den oprettede procedure.Fyld væsketilførselsbeholderen med vand op til det ønskede niveau, og noter lydstyrken. Når målingen er startet, skal du tænde for spændingssignalet og starte stopuret, så snart forstøvningen begynder. Når den ønskede mængde væske er blevet forstøvet, skal du slukke for spændingssignalet, mens stopuret stoppes, og den endelige lydstyrke registreres.I det resulterende måle histogram skal du vælge den del af dataene, hvor forstøvningen fandt sted som forventet, og signalet ved modtageren var stærkt nok til at være statistisk signifikant. Klik på gennemsnit, og okay for at generere en distribution baseret på de valgte data. Kopier derefter og dataene til en tekstfil, og gem det med et passende filnavn.Karakteriseringen af disse enheder omfatter bestemmelse af resonansfrekvensen og harmoniske ved hjælp af en impedansanalysator. I denne repræsentative analyse blev det konstateret, at enhedernes grundlæggende frekvens var tæt på syv megahertz som forudsagt af substratets tykkelse. Yderligere karakterisering ved hjælp af ikke-kontakt laser Doppler vibrometri kan bruges til at bestemme omfanget og forskydningen af substratet, som normalt er i nanometerområdet.Desuden kan dråbevibrationen evalueres ved hjælp af højhastighedsbilleddannelse, og forstøvningsdynamikken kan bestemmes ved at måle dråbestørrelsesfordelingen. Husk, at for at opnå forstøvning, skal transduceren opererer på en tykkelse tilstand resonans frekvens. Hvis enheden er underpræsterende, er du muligvis ikke på den korrekte frekvens.Ved hjælp af denne protokol som fundament kan mange tykkelsestilstandsparametre varieres og sammenlignes, f.eks. Efter at have etableret denne protokol med vand, tykkelse mode transducere kan nu bruges sammen med andre væsker til applikationer såsom lungemedicin levering, køling og kodning.

Research

JoVE Journal

Engineering

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

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

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

Mønster via optisk mættede Transitions - fremstilling og karakterisering

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

Fremstilling af Gate-afstemmelige Graphene Devices for Scanning Tunneling Mikroskopi Undersøgelser med Coulomb urenheder

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

Karakterisering af komplet sæt Materiale konstanter og deres temperatur Afhængighed for piezoelektriske materialer Brug Resonant Ultralyd spektroskopi

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

Fabrikation og drift af Acoustofluidic Devices Støtte Bulk Acoustic stående bølger for Sheathless Fokusering af partikler

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

Fremstilling og karakterisering af superledende Resonatorer

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

Karakterisering af Anisotropisk Utætte tilstand modulatorer til Holovideo

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

Fremstilling af Fully Løsning Forarbejdede Uorganiske nanocrystal fotovoltaiske Devices

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

Opløsningsmiddel Bonding til Fabrikation af PMMA og COP mikrofluidenheder

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