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

המחברים אסירי תודה לאוניברסיטת קליפורניה ולמתקן NANO3 ב-UC בסן דייגו לאספקת כספים ומתקנים לתמיכה בעבודה זו. עבודה זו בוצעה בחלקו בתשתית הננו-טכנולוגיה של סן דיאגו (SDNI) של UCSD, חברה בתשתיות הלאומיות ננוטכנולוגיה מתואמת, אשר נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדעים (גרנט ECCS ל1542148). העבודה המוצגת כאן נתמכת בנדיבות על ידי מלגת מחקר מקרן W.M. קק. המחברים גם אסירי תודה על התמיכה של העבודה הזאת על ידי משרד המחקר הימי (דרך גרנט 12368098).

1. מתמר במצב עובי ייצור באמצעות התזה DC
<ol><li>תכשיר וופל<ol>
<li>מניחים 100 מ"מ 128YX בתוך וופל בצלחת זכוכית נקייה של לפחות 125 מ"מ קוטר. Sonicate וופל ב לפחות 200 mL של אצטון עבור 5 דקות.</li>
		<li>חזרו על הsonication עם אלכוהול איזופרופילי ושוב עם מים מפולים במשך 5 דקות.</li>
		<li>להסיר מים גלויים מן המשטח באמצעות חנקן יבש.<...

<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>

הממדים ואת יחס הגובה של מתמר משפיע על מצבי רטט שהוא מייצר. בגלל הממדים לרוחב הם סופיים, יש תמיד מצבי לרוחב בנוסף מצבי עובי הרצוי. ניתן להשתמש בשיטות LDV לעיל כדי לקבוע מצבים דומיננטיים בטווח התדרים הרצוי עבור מתמר נתון. ריבוע עם ממדים מתחת 10 מ"מ בדרך כלל נותן קירוב קרוב למצב עובי. שלושה על ידי ?...

האטווניזציה אולטרסאונד כבר נחקרו כמעט מאה ולמרות שיש יישומים רבים, יש מגבלות להבנת הפיסיקה הבסיסית. התיאור הראשון של התופעה נעשתה על ידי ווד ולומיס ב 19271, ומאז היו התפתחויות בתחום עבור יישומים החל אספקת נוזלים aerosolized2 כדי הזרקת דלק3. למרות שהתופעה פועלת היטב ביישומים אלה, הפיסיקה הבסיסית אינה מובנת היטב4,5,6.
מגבלה מפתח בתחום של אולטראסאונד אטוזציה היא הבחירה של חומר בשימוש, להוביל זיקונוס החומצה (pzt), חומר היסטראטי נוטה חימום7 ולהוביל זיהום עם עופרת אלמנטלים הזמינים מגבולות בין-דגנים8,9. גודל הדגנים מאפיינים מכניים ואלקטרוניים של גבולות הדגן גם להגביל את התדירות שבה PZT יכול להפעיל10. לעומת זאת, ליתיום niobate היא ללא עופרת ומציג ללא היסטרזיס11, והוא יכול לשמש כדי להפוך את הנוזלים לסדר גודל ביעילות רבה יותר מאשר אחרים רססים מסחרי12. החתך המסורתי של ליתיום niobate המשמש לתפעול במצב עובי הוא מ36-מעלות Y לגזור מראש, אבל 127.86-מעלות Y מסובבת, X-הפצת לחתוך (128YX), בדרך כלל משמש הדור גל אקוסטי לפני השטח, הוכח שיש הזחה משטח גבוה יותר בהשוואהלגזור 36 -מעלות זה גם הוכח כי הפעולה מצב עובי מציע סדר של שיפור בגודל ביעילות atomizer ב על מצבים אחרים של רטט13, גם בעת שימוש ב-LN.
תדירות התהודה של מכשיר פיזואלקטריים הפעלה במצב עובי נשלטת על ידי עובי שלה t: את אורך הגל λ = 2t/n כאשר n = 1, 2,... הוא מספר הצמתים. עבור מצע עבה 500 יקרומטר, זה מתאים לאורך הגל של 1 מ"מ עבור מצב היסוד, אשר ניתן להשתמש בו כדי לחשב את תדירות התהודה הבסיסית, f = v/λ אם מהירות הגל, v, ידוע. מהירות הקול באמצעות עובי של 128YX LN היא כ 7,000, ולכן f = 7 MHz. בניגוד לצורות אחרות של רטט, במיוחד מצבים מאוגדים למשטח, זה פשוט לרגש גבוה יותר הרמוניה מצב עובי הרמוני לתדרים גבוהים בהרבה, כאן כדי 250 MHz או יותר, אם כי רק מצבים אי-זוגיים ממוספרים יכול להיות נרגש על ידי שדות חשמליים אחיד14. כתוצאה מכך, ההרמוניה השני (n = 2) ליד 14 mhz לא יכול להיות נרגש, אבל הרמוני השלישי ב 21 mhz (n = 3) יכול. ייצור של התקנים יעילים במצב עובי מחייב הפקדת אלקטרודות על פרצופים מנוגדים של מתמר. אנו משתמשים הזרם הנוכחי (DC) העומס כדי להשיג את זה, אבל העדות קרן אלקטרון ושיטות אחרות ניתן להשתמש. ניתוח עכבה שימושי כדי לאפיין את המכשירים, במיוחד במציאת תדרי התהודה וצימוד אלקטרו-מכאני בתדרים אלה. דופלר לייזר ויברמטריה (LDV) שימושי כדי לקבוע את משרעת רטט הפלט ומהירות ללא מגע או כיול15, ו, באמצעות סריקה, ldv מספק את ההתפלגות המרחבית של המשטח דפורמציה, חשיפת מצב של רטט הקשורים תדר נתון. בסופו של דבר, למטרות לימוד הדינמיקה האטומית ומתן, הדמיה במהירות גבוהה יכול להיות מועסק כטכניקה כדי ללמוד את ההתפתחות של גלי קפילר על פני השטח של שחרור sessile16,17. ב האטומיזציה, כמו תופעות רבות אחרות, טיפות קטנות מיוצרות בקצב מהיר, למעלה מ-kHz במיקום נתון, מהר מדי עבור מצלמות במהירות גבוהה כדי להתבונן בנאמנות מספקת ובשדה התצוגה כדי לספק מידע שימושי על פי גודל מספיק גדול של droplet. פיזור לייזר עשוי לשמש למטרה זו, העברת טיפות דרך קרן לייזר מורחבת (Mie) פיזור כמה אור בהשתקפות ושבירה כדי לייצר אות אופייני שעשוי לשמש להערכת סטטיסטית התפלגות גודל droplet.
זה פשוט להמציא פיזואלקטריים במצב עובי מדידה, אבל את הטכניקות הדרושות המכשיר ואפיון האטווניזציה לא הוכרז בבירור בספרות עד היום, התקדמות מתוך המשמעת. על מנת מתמר מצב עובי להיות יעיל במכשיר האטווניזציה, זה חייב להיות מבודד מכני, כך הרטט שלה הוא לא החומר הנוזלי והוא חייב להיות אספקת נוזלים רציפה עם קצב הזרימה שווה לקצב האטווניזציה, כך שאין התייבשות או הצפה להתרחש. שני שיקולים מעשיים אלה לא היו מכוסים ביסודיות בספרות משום שהפתרונות שלהם הם תוצאה של טכניקות הנדסיות ולא חדשנות מדעית טהורה, אך הם מאוד קריטיים לחקר התופעה. אנו מציגים מחזיק מתמר הרכבה ומערכת החירור נוזל כפתרונות. פרוטוקול זה מציע גישה שיטתית לייצור ואפיון ה, להקלה על מחקר נוסף בפיסיקה הבסיסית ובמגוון יישומים.

<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

אנו מציגים טכניקה כדי להמציא במצב פשוט עובי מכשירים פיזואלקטריים באמצעות ליתיום niobate (in). התקנים כאלה הוכחו נוזלי האטוציזציה ביעילות רבה יותר, במונחים של שיעור הזרימה לכל קלט כוח, מאשר אלה המסתמכים על גלי ריילי ומצבים אחרים של רטט ב-LN או להוביל בחומצה טיטנאט (PZT). המכשיר המלא מורכב מתמר, בעל מתמר, ומערכת אספקת נוזלים. היסודות של הידוד נוזלי אקוסטי אינם ידועים, ולכן טכניקות לאפיון המכשירים וללימוד התופעות מתוארות גם. דופלר לייזר ויברמטריה (LDV) מספק מידע רטט חיוני השוואת מתמרים אקוסטיים, במקרה זה, מציין אם המכשיר יבצע גם רטט עובי. זה יכול לשמש גם כדי למצוא את תדירות התהודה של המכשיר, אם כי מידע זה מתקבל במהירות רבה יותר באמצעות ניתוח עכבה. האטומיזציה של נוזלים רציפה, כיישום לדוגמה, דורשת בקרת זרימה זהירה, ואנו מציגים שיטה כזו עם הדמיה במהירות גבוהה והפצת מדידות בגודל droplet באמצעות פיזור לייזר.

מצב עובי פיזואלקטריים התקנים היו מפוברק מ-128 ליתיום niobate. איור 1 מראה הרכבה מלאה להחזיק את מתמר במקום עם בעל מתמר מותאם אישית בשימוש עם מערכת האספקה פסיבי נוזלים שפותחה עבור האטוזציה רציפה. צעדי האפיון של התקנים אלה כוללים קביעת תדירות התהודה וההרמוניה באמצעות מנתח עכבה (<stro...

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

ייצור של התמרה במצב עובי פיזואלקטריים באמצעות התזה הנוכחי ישיר של אלקטרודות צלחת על ליתיום niobate מתואר. בנוסף, הפעולה המהימנה מושגת עם בעל מתמר ומערכת אספקת נוזלים ואפיון מומחש באמצעות ניתוח עכבה, דופלר לייזר וויברמטריה, הדמיה במהירות גבוהה, ו-droplet גודל התפלגות באמצעות פיזור לייזר.

ייצור ואפיון של מכשירי פיזואלקטריים במצב עובי לאטוביזציה

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

טכניקות אלה יכולות לשמש כדי לענות על שאלות על תדירות תהודה, התרגשות מצב רטט, משרעת רטט, וכיצד מתמרים עם מאפיינים אלה לבצע כמו atomizers. עם מידע המסופק על ידי ניתוחים אלה, ניתן לכמת בקפדנות את ההשפעות של משתנים עצמאיים וניסויים מעורבים מתמרים מצב עובי. טכניקה זו מאפשרת פיתוח של מכשירים שניתן להשתמש בהם כדי אטומיזציה של תרופות לטיפול במחלות בדרכי הנשימה כגון דלקת ריאות.שיטות אלה שימושיות לאפיון תופעות אטומיזציה ו ניתן ליישם אותן על חקר גלי נימי על פני השטח של טיפה. מכיוון שגורמים מתחרים רבים חייבים להיות מאוזנים, זה יכול להיות קשה להשיג אטומיזציה רציפה. התאימו את קלט הכוח, מיקום הפתיל וכיוון הפתיל ושימו לב כיצד ההתנהגות משתנה.רבות מטכניקות אלה הן פשוטות לביצוע לאחר ההדגמה, אך דורשות קצת לחץ ומודעות מרחבית שלא נתקלים בטקסט. כדי להרכיב מחזיק מתמר מותאם אישית, הלחמה שני מגעי קפיץ להרכבה על פני השטח לכל אחד משני לוחות מעגלים מודפסים מותאמים אישית ולגזור את אנשי הקשר החיצוניים כך שהם לא יקצרו את המעגל. לחץ להתאים את הקוצים לתוך החורים מצופה על הלוחות המותאמים אישית, כך קוצים נקודה אחד מהשני.השתמש במרחבי לוח ובברגים כדי לחבר את שני לוחות המעגלים המותאמים אישית כך שאנשי הקשר נמצאים בקשר זה עם זה. התאימו את הריווח עם מוצצים מפלסטיק לפי הצורך. לאחר מכן החלק מתמר 3 x 10 מילימטר בין זוג המגעים הפנימי.כדי לזהות את תדירות תהודה על ידי ניתוח מבוי סותם, לחבר מתמר ליציאה הפתוחה של מנתח הרשת ולבחור את הפרמטר מקדם השתקפות S11 באמצעות ממשק המשתמש של מנתח הרשת. בחר את טווח התדרים המעניין ובצע את סריקת התדרים. לאחר מכן בחר שמור אחזור ושמור נתוני מעקב כדי לייצא את הנתונים לתוכנה מתאימה לעיבוד נתונים כדי לזהות את המיקומים המינימליים המדויקים.כדי לאפיין את הרטט על ידי LDV, מניחים מתמר במגע צלחת פוגו על הבמה LDV ולחבר את בדיקה פוגו מוביל מחולל האות. ודא שהמטרה הנכונה נבחרה בתוכנת הרכישה וממקד את המיקרוסקופ על פני השטח של מתמר. בחר הגדר נקודות סריקה והגדרות.סריקת נקודה אחת מעניקה למשתמש משרעת רטט בנקודה אחת. כדי לקבוע את מצב הרטט והתהודה, יש לבצע סריקת שטח. תחת הכרטיסיה כללי, בחר באפשרות FFT או בשעה בהתאם לשאלה אם הסריקה מתבצעת בתחום תדירות או זמן והגדר את מספר הממוצעים.בכרטיסיה ערוץ, ודא שהתיבות הפעילות מסומנות והתאם את ערוצי ההפניה והאירועים כדי לבחור את עוצמת האות המרבית מהמצע. בכרטיסית הגנרטור, אם המדידה מתבצעת תחת אות תדר יחיד, בחר Sine מהרשימה נפתחת של צורת הגל. אם הוא נמצא מתחת לרצועה אחת, בחר MultiCarrierCW.לאחר מכן, בכרטיסיה תדירות, שנה את קווי רוחב הפס וה- FFT כדי להתאים את רזולוציית הסריקה עבור סריקת תחום תדירות. אם מדידות תחום הזמן מבוצעות, שנה את תדירות הדגימה בכרטיסיה שעה. כדי ליצור את מערכת אספקת הנוזלים, בחר פתיל בקוטר 2 מילימטר באורך 2 מילימטר המורכב מחבילת סיבים של פולימר הידרופילי שנועד להעביר נוזל זיכוי.חתוך קצה אחד של הפתיל כך שהוא יוצר קצה א-סימטרי ולאחר מכן הכנס אותו למזרק מנעול לולר עם הקיבולת הרצויה, מה שמאפשר לפתיל להתרחב ב-15 מילימטרים מעבר לקצה. נעל קצה מזרק על המזרק המספק התאמה נוחה סביב הפתיל והרכב את ההרכבה כך שהפתיל נמצא במרחק של 10 עד 90 מעלות מאופקי וקצה הפתיל נמצא רק במגע עם קצה מתמר. ואז למלא את המזרק במים.הגדר את המתח לאפס והחל אות מתח רציף בתדר תהודה שנקבע באמצעות מנתח ההימנעות. מגבירים את המתח עד שהנוזל מתייבש ברציפות מבלי שהמכשיר יוצף או יתייבש. אם ההתאמות המוצעות להיכשל, מחוספס משטח הזהב של המתמר ליד נקודת המגע פתיל עם נייר זכוכית בסדר מבלי להסיר את הזהב לחלוטין.כדי להתבונן בדינמיקה של המכשיר באמצעות הדמיה במהירות גבוהה, יש להרכיב מצלמה במהירות גבוהה אופקית על שולחן אופטי ולהצבת מתמר במגע עם לוחית פוגו על במת XYZ בסמוך לאורך המוקד של המצלמה. מקם מקור אור מפוזר באורך מוקד אחד לפחות בצד הנגדי של מתמר מהמצלמה ולהשתמש פיפטה כדי למקם טיפת sessile על פני השטח של מתמר. התאם את מוקד המצלמה ואת מיקום ה- XYZ כדי להביא את דגימת הנוזל לפוקוס חד ולבחור קצב מסגרות גדול לפחות פי שניים מתדר זה בהתאם לקצב הנייקוויסט כדי למנוע כינוי.כוונן את עוצמת האור, תריס המצלמה או את שניהם כדי למטב את הניגודיות בין הנוזל לרקע. לאחר מכן חבר קליפי תנין מגנרטור האות המוגבר למובילי גשושית הפוגו ולכוד את התופעה על ידי הפעלת הווידאו בו זמנית בתוכנת המצלמה והחלת אות המתח. לניתוח פיזור לייזר של גודל טיפה, להתאים את העברת לייזר מודולים קבלת לייזר לאורך המסילה של מערכת פיזור לייזר עם פער של 20 עד 25 ס"מ בין שני המודולים.הרכבה נוקשה של פלטפורמה בפער זה כך שכאשר מתמר ומכלולי אספקת נוזלים ממוקמים עליו, ערפל אטומי ייפלט לנתיב קרן הלייזר. כדי להקל על יישור זה, הפעל את קרן הלייזר ובחר כלים, בקרת לייזר, לייזר על. תקן את חור מתמר לפלטפורמה.תקן את מכלול אספקת הנוזלים לזרוע מנוסחת. מקם את מכלול אספקת הנוזלים כך שקצה הפתיל נמצא רק במגע עם קצה המתמר ולהשתמש בקליפים של תנין כדי לחבר את מקור האות למסופי ספייק במחזיק המתמר וללחוץ על הליך פעולה סטנדרטי חדש בתוכנת מערכת פיזור הלייזר. הגדר את התבנית כברירת מחדל רציפה ואת תקופת הדגימה ל- 1.תחת טיפול בנתונים, לחץ על פרופיל ספריי כדי להגדיר את אורך הנתיב ל- 20 מילימטרים. לחץ על התראות כדי לבטל את הסימון להשתמש בערכי ברירת מחדל ולהגדיר את השידור המינימלי ל- 5 ו- 1% ואת פיזור המינימום ל- 50 ו- 10. לאחר הגדרת כל הפרמטרים, לחץ על הפעל שגרת פעולה רגילה ובחר את ההליך שנוצר.מלאו את מאגר אספקת הנוזלים במים עד לרמה הרצויה ושים לב לנפח. לאחר שהמדידה החלה, הפעל את אות המתח והתחל את שעון העצר ברגע שהאטום מתחיל. לאחר שנפח הנוזל הרצוי עבר אטומה, כבה את אות המתח תוך עצירת שעון העצר והקליט את עוצמת הקול הסופית.בהיסטוגרמת המדידה המתקבלת, בחר את החלק של הנתונים שבמהלכם האטומיזציה התרחשה כצפוי ואת האות במקלט היה חזק מספיק כדי להיות מובהק סטטיסטית. לחץ על ממוצע ועל אישור כדי ליצור התפלגות בהתבסס על הנתונים שנבחרו. לאחר מכן העתק את הנתונים לקובץ טקסט ושמור עם שם קובץ מתאים.האפיון של התקנים אלה כולל קביעת התדר המהי תהודה וההרמוניות באמצעות מנתח בלתי ניתן לפגיעה. בניתוח מייצג זה, התדירות הבסיסית של המכשירים נמצאה קרובה לשבעה מגה-הרץ כפי שחזו עובי המצע. אפיון נוסף באמצעות לייזר ללא מגע דופלר vibrometry יכול לשמש כדי לקבוע את גודל ותזוזה של המצע, אשר בדרך כלל בטווח ננומטר.בנוסף, ניתן להעריך את רטט טיפה על ידי הדמיה במהירות גבוהה ואת הדינמיקה אטומיזציה ניתן לקבוע על ידי מדידת התפלגות גודל טיפה. זכור כי כדי להשיג אטומיזציה, מתמר חייב להיות פועל בתדר תהודה מצב עובי. אם ההתקן אינו ביצועים מספיקים, ייתכן שלא תהיה בתדר הנכון.באמצעות פרוטוקול זה כבסיס, פרמטרים רבים של מצב עובי יכולים להיות מגוונים ולהושוות כגון עובי אלקטרודה או ממדים מידתיים. לאחר הקמת פרוטוקול זה עם מים, מתמרים מצב עובי כעת ניתן להשתמש עם נוזלים אחרים עבור יישומים כגון אספקת תרופות ריאתי, קירור קידוד.

Research

JoVE Journal

Engineering

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

סימולציה, ייצור ואפיון של בולמי 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

ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

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

דפוסים באמצעות מעברי Saturable אופטיים - ייצור ואפיון

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

המצאה של השער-מתכונן התקני גראפן לסריקה מיקרוסקופית מנהור מחקרים עם זיהומים קולון

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

אפיון מלא סט חומר קבועים תלות בטמפרטורה שלהם עבור חומרים פייזו באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה אולטראסאונד

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

ייצור והפעלה של Acoustofluidic התקנים התומכים גלים אקוסטיים המתמדת בכמות גדולה עבור Sheathless התמקדות של חלקיקים

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

ייצור ואפיון של מהודי מוליכים

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

אפיון אניזוטרופי הרותחת מצב מאפננים עבור 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

המצאה של התקנים פוטו ננו אורגניים לגמרי פתרון מעובד

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

מליטה מרככת עבור ייצור של PMMA ו COP מכשירי microfluidic

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