Name: fabrication and characterization of thickness mode piezoelectric devices for atomization and acoustofluidics
Uploaded: 2020-08-05T12:30:00
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Les auteurs sont reconnaissants à l’Université de Californie et à l’installation NANO3 de l’UC San Diego pour la fourniture de fonds et d’installations à l’appui de ce travail. Ces travaux ont été réalisés en partie à la San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) de l’UCSD, membre de la National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, qui est soutenue par la National Science Foundation (Grant ECCS−1542148). Les travaux présentés ici ont été généreusement soutenus par une subvention de recherche de la Fondation W.M. Keck. Les auteurs sont également reconnaissants pour le soutien de ce travail par le Bureau de la recherche navale (via Grant 12368098).

1. Fabrication de transducteur de mode d’épaisseur par pulvérisation de DC
<ol><li>Préparation des gaufrettes<ol>
<li>Placer une gaufrette LN de 100 mm 128YX dans un plat en verre propre d’au moins 125 mm de diamètre. Sonister la plaquette dans au moins 200 mL d’acétone pendant 5 min.</li>
		<li>Répétez la sonication avec de l’alcool isopropyle et encore une fois avec de l’eau déionisée pendant 5 min chacune.</li>
		<li>Retirer l’eau visible de la surface à l’aide d’azote sec.</li>
		<li>Retir...

<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. 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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>

Les dimensions et le rapport d’aspect d’un transducteur affectent les modes de vibration qu’il produit. Parce que les dimensions latérales sont finies, il existe toujours des modes latéraux en plus des modes d’épaisseur souhaités. Les méthodes LDV ci-dessus peuvent être utilisées pour déterminer les modes dominants dans la plage de fréquence souhaitée pour un transducteur donné. Un carré de dimensions inférieures à 10 mm donne généralement une approximation proche d’un mode d’épaisseur. Les r...

L’atomisation des ultrasons a été étudiée pendant près d’un siècle et bien qu’il y ait beaucoup d’applications, il y a des limites dans la compréhension de la physique sous-jacente. La première description du phénomène a été faite par Wood et Loomis en 19271, et depuis lors, il ya eu des développements dans le domaine pour des applications allant de la livraison de fluides pharmaceutiques aérosols2 à l’injection de carburant3. Bien que le phénomène fonctionne bien dans ces applications, la physique sous-jacente n’est pas bien comprise4,5,6.
Une limitation clé dans le domaine de l’atomisation ultrasonique est le choix du matériau utilisé, le titane de zircone de plomb (PZT), un matériau hystéréétique sujet au chauffage7 et la contamination au plomb avec le plomb élémentaire disponible à partir des limites inter-grains8,9. La taille des grains et les propriétés mécaniques et électroniques des limites des grains limitent également la fréquence à laquelle PZT peut fonctionner10. En revanche, le niobate de lithium est à la fois sans plomb et ne présente aucune hystérèse11, et peut être utilisé pour atomiser les fluides un ordre de grandeur plus efficacement que les atomiseurs commerciaux12. La coupe traditionnelle de niobate de lithium utilisée pour le fonctionnement en mode épaisseur est la coupe de 36 degrés Y-tourné, mais la coupe de 127,86 degrés Y-rotation, X-propagation (128YX), généralement utilisé pour la génération d’ondes acoustiques de surface, a été montré pour avoir une amplitude de déplacement de surface plus élevée par rapport à la coupe de 36 degrés13 lorsqu’il est exploité en résonance et faible perte. Il a également été démontré que le fonctionnement du mode d’épaisseur offre une amélioration de l’ordre de grandeur dans l’efficacité de l’atomiseur par rapport aux autres modes de vibration13, même lors de l’utilisation de LN.
La fréquence de résonance d’un dispositif piézoélectrique fonctionnant en mode épaisseur est régie par son épaisseur t: la longueur d’onde λ = 2t/n où n = 1, 2,... est le nombre d’anti-nœuds. Pour un substrat de 500 μm d’épaisseur, cela correspond à une longueur d’onde de 1 mm pour le mode fondamental, qui peut ensuite être utilisé pour calculer la fréquence de résonance fondamentale, f = v/λ si la vitesse de l’onde, v, est connue. La vitesse du son à travers l’épaisseur de 128YX LN est d’environ 7.000 m/s, et donc f = 7 MHz. Contrairement à d’autres formes de vibration, en particulier les modes de surface, il est facile d’exciter les harmoniques de mode d’épaisseur de plus haut ordre à des fréquences beaucoup plus élevées, ici à 250 MHz ou plus, bien que seuls les modes impairs peuvent être excités par des champs électriques uniformes14. Par conséquent, la deuxième harmonique(n = 2) près de 14 MHz ne peut pas être excitée, mais la troisième harmonique à 21 MHz(n = 3) peut. La fabrication de dispositifs efficaces en mode épaisseur nécessite le dépôt d’électrodes sur les faces opposées du transducteur. Nous utilisons le courant direct (DC) pulvérisation pour accomplir cela, mais le dépôt de faisceau d’électrons et d’autres méthodes pourraient être utilisés. L’analyse de l’impédance est utile pour caractériser les dispositifs, en particulier dans la recherche des fréquences de résonance et du couplage électromécanique à ces fréquences. La vibrométrie Doppler laser (LDV) est utile pour déterminer l’amplitude et la vitesse des vibrations de sortie sans contact ni étalonnage15,et, par balayage, le LDV fournit la distribution spatiale de la déformation de surface, révélant le mode de vibration associé à une fréquence donnée. Enfin, aux fins de l’étude de l’atomisation et de la dynamique des fluides, l’imagerie à haute vitesse peut être utilisée comme technique pour étudier le développement d’ondes capillaires à la surface d’une chute sessile16,17. Dans l’atomisation, comme beaucoup d’autres phénomènes acoustofluidiques, de petites gouttelettes sont produites à un rythme rapide, plus de 1 kHz dans un endroit donné, trop rapidement pour que les caméras à grande vitesse observent avec suffisamment de fidélité et de champ de vision pour fournir des informations utiles sur une taille d’échantillon de gouttelettes suffisamment grande. La diffusion au laser peut être utilisée à cette fin, en passant les gouttelettes à travers un faisceau laser élargi pour (Mie) disperser une partie de la lumière dans la réflexion et la réfraction pour produire un signal caractéristique qui peut être utilisé pour estimer statistiquement la distribution de la taille des gouttelettes.
Il est facile de fabriquer des transducteurs de mode d’épaisseur piézoélectrique, mais les techniques requises dans la caractérisation des dispositifs et de l’atomisation n’ont pas été clairement énoncées dans la littérature à ce jour, ce qui entrave les progrès de la discipline. Pour qu’un transducteur de mode d’épaisseur soit efficace dans un dispositif d’atomisation, il doit être isolé mécaniquement de sorte que sa vibration n’est pas amortie et qu’il doive avoir un flux continu avec un débit égal au taux d’atomisation de sorte que ni la dessiccation ni l’inondation ne se produisent. Ces deux considérations pratiques n’ont pas été soigneusement abordées dans la littérature parce que leurs solutions sont le résultat de techniques d’ingénierie plutôt que de pure nouveauté scientifique, mais elles sont néanmoins essentielles à l’étude du phénomène. Nous présentons un assemblage de support de transducteur et un système d’osier liquide comme solutions. Ce protocole offre une approche systématique de la fabrication et de la caractérisation des atomiseurs pour faciliter la recherche en physique fondamentale et dans une myriade d’applications.

<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

Nous présentons une technique pour fabriquer des dispositifs piézoélectriques simples de mode d’épaisseur utilisant le niobate de lithium (LN). Il a été démontré que ces dispositifs atomisent le liquide plus efficacement, en termes de débit par entrée de puissance, que ceux qui reposent sur les ondes de Rayleigh et d’autres modes de vibration en LN ou en titane de zirconate de plomb (PZT). L’appareil complet est composé d’un transducteur, d’un support de transducteur et d’un système d’alimentation en fluides. Les principes fondamentaux de l’atomisation acoustique des liquides ne sont pas bien connus, de sorte que des techniques pour caractériser les dispositifs et étudier les phénomènes sont également décrites. La vibrométrie Doppler laser (LDV) fournit des informations sur les vibrations essentielles à la comparaison des transducteurs acoustiques et, dans ce cas, indique si un dispositif fonctionnera bien dans les vibrations d’épaisseur. Il peut également être utilisé pour trouver la fréquence de résonance de l’appareil, bien que cette information est obtenue plus rapidement par l’analyse d’impédance. L’atomisation continue des fluides, par exemple, nécessite un contrôle minutieux du flux de fluide, et nous présentons une telle méthode avec l’imagerie à grande vitesse et les mesures de distribution de la taille des gouttelettes par diffusion au laser.

Les dispositifs piézoélectriques de mode d’épaisseur ont été fabriqués à partir du niobate de lithium 128YX. La figure 1 montre un assemblage complet pour maintenir le transducteur en place avec un support de transducteur personnalisé utilisé avec le système passif de livraison de fluides développé pour l’atomisation continue. Les étapes de caractérisation de ces dispositifs comprennent la détermination de la fréquence de résonance et des harmoniques à l’aide d’un a...

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

La fabrication de transducteurs de mode d’épaisseur piézoélectrique par pulvérisation directe de courant des électrodes de plaque sur le niobate de lithium est décrite. En outre, un fonctionnement fiable est réalisé avec un support de transducteur et un système d’approvisionnement en liquide et la caractérisation est démontrée par l’analyse d’impédance, la vibrométrie doppler laser, l’imagerie à grande vitesse, et la distribution de la taille des gouttelettes à l’aide de la diffusion au laser.

Fabrication et caractérisation des dispositifs piézoélectriques en mode épaisseur pour l’atomisation et l’acoustofluidique

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

Ces techniques peuvent être utilisées pour répondre à des questions sur la fréquence de résonance, l’excitation du mode vibratoire, l’amplitude des vibrations, et comment les transducteurs avec ces caractéristiques fonctionnent comme atomiseurs. Grâce aux informations fournies par ces analyses, il est possible de quantifier rigoureusement les effets des variables indépendantes et des expériences impliquant des transducteurs de mode épaisseur. Cette technique permet le développement d’appareils qui peuvent être utilisés pour atomiser les médicaments pour le traitement de maladies respiratoires telles que la pneumonie.Ces méthodes sont utiles pour caractériser les phénomènes d’atomisation et peuvent être appliquées à l’étude des ondes capillaires à la surface d’une gouttelette. Parce que de nombreux facteurs concurrents doivent être équilibrés, il peut être difficile d’atteindre une atomisation continue. Ajustez l’entrée de puissance, la position de la mèche et l’orientation de la mèche et observez comment le comportement change.Beaucoup de ces techniques sont simples à exécuter après la démonstration, mais nécessite une certaine dextérité et la conscience spatiale qui ne viennent pas dans le texte. Pour assembler un support transducteur personnalisé, soudeur deux contacts de ressort de montage de surface à chacun des deux circuits imprimés personnalisés et couper les contacts externes afin qu’ils ne court-circuitent pas le circuit. Appuyez sur adapter les pointes dans les trous plaqués sur les planches personnalisées de sorte que les pointes pointent les uns des autres.Utilisez des entretoires et des vis pour connecter les deux circuits imprimés personnalisés afin que les contacts soient juste en contact les uns avec les autres. Ajustez l’espacement avec des rondelles en plastique au besoin. Faites glisser ensuite un transducteur de 3 x 10 millimètres entre la paire de contacts intérieurs.Pour identifier la fréquence de résonance par analyse d’impédance, connectez un transducteur au port ouvert de l’analyseur réseau et sélectionnez le paramètre du coefficient de réflexion S11 via l’interface utilisateur de l’analyseur réseau. Sélectionnez la plage de fréquences d’intérêt et effectuez le balayage des fréquences. Sélectionnez ensuite enregistrer le rappel et enregistrer les données de traçabilité pour exporter les données vers un logiciel de traitement de données approprié afin d’identifier les emplacements minimaux précis.Pour caractériser la vibration par le LDV, placez un transducteur en contact avec la plaque de pogo sur le stade LDV et connectez la sonde pogo conduit au générateur de signal. Assurez-vous que l’objectif correct est sélectionné dans le logiciel d’acquisition et concentrez le microscope sur la surface du transducteur. Sélectionnez définir les points d’analyse et les paramètres.Un balayage à un seul point donne à l’utilisateur une amplitude de vibration à un seul point. Pour déterminer le mode de vibration et la résonance, un balayage de zone doit être effectué. Sous l’onglet général, sélectionnez la FFT ou l’option temps selon que l’analyse est effectuée dans le domaine de fréquence ou de temps et définissez le nombre de moyennes.Dans l’onglet canal, assurez-vous que les cases actives sont cochées et ajustez les canaux de référence et d’incident pour sélectionner la puissance maximale du signal à partir du substrat. Dans l’onglet générateur, si la mesure est effectuée sous un signal à fréquence unique, sélectionnez Sine à partir de la liste de retrait de la forme d’onde. Si c’est sous une seule bande, sélectionnez MultiCarrierCW.Ensuite, dans l’onglet fréquence, modifiez la bande passante et les lignes FFT pour ajuster la résolution d’analyse pour une analyse de domaine de fréquence. Si les mesures de domaine de temps sont effectuées, modifiez la fréquence de l’échantillon dans l’onglet temps. Pour créer le système d’approvisionnement en liquide, choisissez une mèche de 25 millimètres de long de 2 millimètres de diamètre composée d’un faisceau de fibres d’un polymère hydrophile conçu pour transporter le liquide acquiescement.Coupez une extrémité de la mèche de sorte qu’elle forme une pointe asymétrique, puis insérez-la dans une seringue de verrouillage Luer avec la capacité désirée, permettant à la mèche de s’étendre à 15 millimètres au-delà de l’extrémité. Verrouillez une pointe de seringue sur la seringue offrant un ajustement serré autour de la mèche et montez l’assemblage de sorte que la mèche est de 10 à 90 degrés de l’horizontale et la pointe de la mèche est juste en contact avec le bord du transducteur. Remplissez ensuite la seringue d’eau.Réglez la tension à zéro et appliquez un signal de tension continue à la fréquence de résonance déterminée à l’aide de l’analyseur d’impédance. Augmentez la tension jusqu’à ce que le liquide soit atomisé en continu sans que l’appareil n’inonde ou ne se dessèche. Si les ajustements suggérés échouent, brutner la surface dorée du transducteur près du point de contact de la mèche avec du papier de verre fin sans enlever entièrement l’or.Pour observer la dynamique de l’appareil par imagerie à grande vitesse, montez rigidement une caméra à grande vitesse horizontalement sur une table optique et placez un transducteur en contact avec une plaque pogo sur une scène XYZ près de la longueur focale de la caméra. Placez une source de lumière diffuse au moins une longueur focale de l’autre côté du transducteur de la caméra et utilisez une pipette pour placer une goutte sessile à la surface du transducteur. Ajustez la mise au point de la caméra et la position XYZ pour mettre l’échantillon fluide au point et sélectionnez un taux d’image au moins deux fois plus élevé que cette fréquence selon le taux nyquist pour éviter l’alias.Ajustez l’intensité lumineuse, l’obturateur de la caméra, ou les deux pour optimiser le contraste entre le fluide et l’arrière-plan. Connectez ensuite des clips alligator du générateur de signal amplifié au fil de sonde pogo et capturez le phénomène en déclenchant simultanément la vidéo dans le logiciel de la caméra et en appliquant le signal de tension. Pour l’analyse de diffusion au laser de la taille de la gouttelette, ajustez les modules de transmission laser et de réception laser le long du rail du système de diffusion laser avec un écart de 20 à 25 centimètres entre les deux modules.Montez rigidement une plate-forme dans cet espace de telle sorte que lorsque les assemblages de transducteur et d’approvisionnement en liquide sont placés sur elle, la brume atomisée sera éjectée dans la trajectoire du faisceau laser. Pour faciliter cet alignement, allumez le faisceau laser et sélectionnez les outils, le contrôle laser et le laser. Fixez le trou du transducteur sur la plate-forme.Fixer l’assemblage de l’alimentation en liquide à un bras articulé. Positionner l’assemblage d’alimentation en liquide de sorte que la pointe de la mèche est juste en contact avec le bord du transducteur et utiliser des clips alligator pour connecter la source du signal aux terminaux de pointe sur le support transducteur et cliquez sur la nouvelle procédure d’exploitation standard dans le logiciel système de diffusion laser. Réglez le modèle en continu par défaut et la période d’échantillonnage à 1.Sous traitement des données, cliquez sur le profil de pulvérisation pour définir la longueur du chemin à 20 millimètres. Cliquez sur les alarmes pour décocher utiliser les valeurs par défaut et définir la transmission minimale à 5 et 1% et la diffusion minimale à 50 et 10. Lorsque tous les paramètres ont été définis, cliquez sur démarrer la procédure d’exploitation standard et sélectionnez la procédure créée.Remplissez le réservoir d’approvisionnement en liquide d’eau jusqu’au niveau désiré et notez le volume. Une fois que la mesure a commencé, allumez le signal de tension et démarrez le chronomètre dès que l’atomisation commence. Une fois que le volume désiré de fluide a été atomisé, éteignez le signal de tension tout en arrêtant le chronomètre et enregistrez le volume final.Dans l’histogramme de mesure qui en a résulté, sélectionnez la partie des données au cours de laquelle l’atomisation se produisait comme prévu et le signal au récepteur était assez fort pour être statistiquement significatif. Cliquez sur moyen et correct pour générer une distribution basée sur les données sélectionnées. Puis copiez et les données dans un fichier texte et enregistrez avec un nom de fichier approprié.La caractérisation de ces dispositifs comprend la détermination de la fréquence de résonance et des harmoniques à l’aide d’un analyseur d’impédance. Dans cette analyse représentative, la fréquence fondamentale des dispositifs s’est trouvée proche de sept mégahertz comme prévu par l’épaisseur du substrat. D’autres caractérisations à l’aide du laser sans contact Doppler vibrometry peuvent être utilisées pour déterminer l’ampleur et le déplacement du substrat, qui est habituellement dans la gamme nanométrique.De plus, la vibration de la gouttelette peut être évaluée par imagerie à grande vitesse et la dynamique d’atomisation peut être déterminée en mesurant la distribution de la taille des gouttelettes. Rappelez-vous que pour atteindre l’atomisation, le transducteur doit fonctionner à une fréquence de résonance de mode d’épaisseur. Si l’appareil est sous-performant, alors vous ne pouvez pas être à la bonne fréquence.En utilisant ce protocole comme base, de nombreux paramètres de mode d’épaisseur peuvent être variés et comparés tels que l’épaisseur de l’électrode ou les dimensions latérales. Après avoir établi ce protocole avec de l’eau, les transducteurs de mode d’épaisseur peuvent maintenant être utilisés avec d’autres fluides pour des applications telles que la livraison de médicaments pulmonaires, le refroidissement et le codage.

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