Name: fabrication and characterization of thickness mode piezoelectric devices for atomization and acoustofluidics
Uploaded: 2020-08-05T12:30:00
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著者らは、この作業を支援する資金と施設の提供のためにカリフォルニア大学とUCサンディエゴのNANO3施設に感謝しています。この研究の一部は、国立科学財団(Grant ECCS-1542148)が支援する国立ナノテクノロジー協調インフラのメンバーであるUCSDのサンディエゴナノテクノロジーインフラ(SDNI)で行われました。ここで発表された作品は、W.M.ケック財団からの研究助成金によって寛大に支援されました。著者らはまた、海軍研究局(グラント12368098経由)によるこの作業の支援に感謝しています。

1. DC スパッタリングによる厚みモードトランスデューサ製造
<ol><li>ウエハ製剤<ol>
<li>直径125mm以上のきれいなガラス皿に100mm 128YX LNウエハーを入れます。ウエハーを少なくとも200mLのアセトンで5分間超音波処理します。</li>
		<li>イソプロピルアルコールで超音波処理を繰り返し、再び5分間の脱イオン水で。</li>
		<li>乾燥窒素を使用して表面から可視水を除去します。</li>
		<li>ウエハをホット...

<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. 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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. 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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>

トランスデューサの寸法とアスペクト比は、振動モードに影響します。横の寸法は有限であるため、希望の厚みモードに加えて、常に横モードがあります。上記のLDV法は、所定のトランスデューサに対して所望の周波数範囲の支配的モードを決定するために使用することができる。寸法が 10 mm 未満の正方形は、通常、厚みモードに近似します。3つ 10ミリメートルの長方形もうまく機能しま?...

超音波原子化はほぼ1世紀研究されており、多くの用途がありますが、基礎となる物理学を理解する上で限界があります。現象の最初の説明は、1927年1年にWoodとLoomisによってなされ、それ以来、エアロゾル化された医薬液2を燃料噴射3に至るまでの用途に関する分野で発展があった。これらのアプリケーションでは、この現象はうまく機能しますが、基礎となる物理学は44、5、65,6でよく理解されていません。
超音波霧化の分野における重要な制限は、使用される材料の選択、鉛ジルコネートチタン酸塩(PZT)、加熱7および粒子間境界から利用可能な元素鉛と鉛汚染を起こしやすいヒステリティック材料88、99である。穀物の大きさと穀物境界の機械的および電子的特性も、PZTが10を操作できる周波数を制限する。対照的に、ニオベトリチウムはいずれも鉛フリーであり、ヒステリシス11を示さないが、かつ市販のアトマイザー12よりも効率よく微粒化する流体を用いることができる。厚みモードでの動作に使用されるニオベトリチウムの従来のカットは36度Y回転カットですが、表面音響波発生に通常使用される127.86度のY回転X伝搬カット(128YX)は、36度カットと低損失で動作する場合に比べて表面変位振幅が高いことが示されています。また、厚みモード動作は、LNを使用する場合でも、他の振動13モードよりも原子化器効率の桁違いの改善を提供することが示されています。
厚みモードで動作する圧電デバイスの共振周波数は、その厚さtによって制御されます: 波長λ = 2t/n n = 1,2,... は、アンチノードの数です。厚さ500μmの基板の場合、これは基本モードの波長1mmに相当し、次に基本共振周波数を計算するために使用することができ、波速であればf=v/λ、v、v既知である。 f = vλ128YX LNの厚さによる音速は約7,000 m/sであり、f = 7 MHzです。他の形態の振動、特に表面結合モードとは異なり、高次厚みモードをはるかに高い周波数に励起するのは簡単ですが、ここでは250MHz以上に、奇数のモードだけが均一な電界14によって励起される可能性があります。したがって、14 MHz付近の第2ハーモニック(n=2)は励起できませんが、21MHz(n =n 3)の第3ハーモニックは可能です。効率的な厚みモードデバイスの製造は、トランスデューサの対向面に電極を堆積させる必要があります。これを実現するために直流(DC)スパッタリングを使用しますが、電子ビーム堆積やその他の方法を使用することができます。インピーダンス解析は、特にこれらの周波数で共振周波数と電気機械結合を見つける際に、デバイスを特徴付けるために有用です。レーザードップラービブロメトリー(LDV)は、接触またはキャリブレーション15を伴わない出力振動振幅および速度を決定するのに有用であり、また、走査を介して、LDVは、所定の周波数に関連する振動のモードを明らかにし、表面変形の空間分布を提供する。最後に、微粒化および流体力学を研究する目的で、高速イメージングを用いて、セシルドロップ16,17,17の表面上の毛細管波の発達を研究する技術として用いることができる。原子化では、他の多くのアクロス流体現象と同様に、小さな液滴が急速に生成され、所定の位置で1kHzを超え、高速カメラが十分な忠実度と視野で観察するには速すぎて、十分に大きな液滴サンプルサイズで有用な情報を提供します。レーザー散乱は、この目的のために使用され得る、膨張したレーザー光を通して液滴を通過する(Mie)反射および屈折で光の一部を散乱し、液滴サイズ分布を統計的に推定するために使用され得る特徴的な信号を生成する。
圧電厚さモードトランスデューサを製造するのは簡単ですが、デバイスと霧化特性に必要な技術はこれまで文献に明確に記載されておらず、規律の進歩を妨げています。厚さモードのトランスデューサが霧化装置で有効であるためには、その振動が減衰しないように機械的に分離され、乾燥も洪水も起こらないように、霧化速度に等しい流量を持つ連続的な流体供給を持っている必要があります。これらの2つの実用的な考慮事項は、その解決策は純粋な科学の目新しさではなく工学技術の結果であるため、文献で徹底的に取り上げられていないが、それにもかかわらず、現象を研究するために重要である。当社は、トランスデューサホルダーアセンブリと液体ウィッキングシステムをソリューションとして提供します。このプロトコルは、基礎物理学と無数のアプリケーションのさらなる研究を促進するための原子化剤の製造と特性評価に体系的なアプローチを提供します。

<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

ニオブエートリチウム(LN)を用いて、簡易厚みモード圧電素を製作する技術を紹介します。このようなデバイスは、LNまたは鉛ジルコネートチタン酸塩(PZT)のレイリー波および他の振動モードに依存するものよりも、電力入力あたりの流量の点で、より効率的に液体を微粒化することが示されている。完全な装置はトランスデューサー、トランスデューサのホールダーおよび液体供給システムから成っている。音響液体霧化の基礎は、よく知られていないので、デバイスを特徴づけ、現象を研究する技術も記載されている。レーザードップラービブロメトリー(LDV)は、音響トランスデューサの比較に不可欠な振動情報を提供し、この場合、デバイスが厚さの振動でうまく機能するかどうかを示します。また、インピーダンス解析を通じてより迅速に取得されるが、デバイスの共振周波数を見つけるためにも使用できます。連続流体霧化は、例えば、流体流量制御を慎重に行う必要があり、レーザー散乱による高速イメージングや液滴サイズ分布測定なども行っています。

厚みモード圧電素は、ニオブエテリチウム128YXリチウムから製造した。図1は、連続霧化のために開発された受動的流体送達システムで使用されるカスタムトランスデューサホルダーを備えたトランスデューサを所定の位置に保持するための完全なアセンブリを示しています。これらのデバイスの特性評価手順には、インピーダンスアナライザを用いた共振周波数と高調?...

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

リチウムニオベート上のプレート電極の直流スパッタリングを介した圧電厚度モードトランスデューサの作製について説明する。さらに、トランスデューサホルダーと流体供給システムで信頼性の高い操作が実現され、インピーダンス分析、レーザードップラービブロメトリー、高速イメージング、およびレーザー散乱を用いた液滴サイズ分布によって特性評価が実証されます。

微粒化およびアユースト流体のための厚さモード圧電デバイスの作製と特性

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

これらの技術は、共振周波数、振動モードの興奮、振動振幅、およびこれらの特性を持つトランスデューサがアトマイザーとしてどのように機能するかについての質問に答えるために使用することができます。これらの分析によって提供される情報により、厚さモードトランスデューサを含む独立変数と実験の効果を厳密に定量化することが可能です。この技術により、肺炎などの呼吸器疾患の治療に使用する薬剤を微粒化できる装置の開発が可能になります。これらの方法は、微粒化現象を特徴付けるのに役立ち、液滴表面の毛細血管波の研究に応用できる。競合する要因の多くはバランスを取る必要があるため、連続的な霧化を実現することは困難です。電源入力、ウィック位置、およびウィックの向きを調整し、動作がどのように変化するかを観察します。これらのテクニックの多くはデモンストレーション後に実行するのは簡単ですが、テキストでは出くわさない器用さと空間認識が必要です。カスタムトランスデューサホルダーを組み立てるには、2つの表面マウントスプリング接点を2つのカスタムプリント基板のそれぞれに取り付け、外接点をクリップして回路を短くしないようにします。スパイクが互いに離れて指すカスタムボードのめっき穴にスパイクをフィットさせます。ボードスペーサーとネジを使用して2つのカスタム回路基板を接続し、コンタクトが互いに接触するようにします。プラスチック製の洗濯機で間隔を調整します。次に、3 x 10ミリメートルのトランスデューサーをコンタクトの内側のペアの間にスライドさせます。インピーダンス解析で共振周波数を識別するには、ネットワークアナライザの開いたポートにトランスデューサを接続し、ネットワークアナライザのユーザインタフェースを介してS11反射係数パラメータを選択します。対象の周波数範囲を選択し、周波数スイープを実行します。次に、[再呼び出しを保存]を選択し、トレース データを保存して、データを適切なデータ処理ソフトウェア プログラムにエクスポートして、正確な最小の場所を特定します。LDVによる振動を特徴付けるには、LDVステージ上のポゴプレート接点にトランスデューサを配置し、ポゴプローブを信号発生器に接続します。取得ソフトウェアで正しい目的が選択されていることを確認し、顕微鏡をトランスデューサの表面に焦点を合わせます。[スキャン ポイントと設定を定義] を選択します。単一ポイントスキャンは、ユーザーに単一点での振動振幅を与えます。振動モードと共振を決定するには、エリアスキャンを実行する必要があります。[全般]タブで、スキャンが周波数または時間領域のどちらで実行されているかに応じて、FFTまたは時間オプションを選択し、平均数を設定します。チャンネルタブで、アクティブなボックスがチェックされていることを確認し、リファレンスチャンネルと入射チャンネルを調整して、基板から最大信号強度を選択します。ジェネレータタブで、単一周波数信号で測定を行う場合は、波形プルダウンリストから正弦を選択します。1 つのバンドの下にある場合は、[マルチキャリア CW] を選択します。次に、[周波数]タブで、周波数領域スキャンのスキャン解像度を調整するために帯域幅とFFTラインを変更します。時間領域の測定が実行されている場合は、時間タブでサンプル周波数を変更します。流体供給システムを作成するには、液体を輸送するように設計された親水性ポリマーの繊維の束で構成される長さ2ミリメートル直径2ミリメートルの芯を選択します。芯の一方の端をトリムして非対称の先端を形成し、目的の容量を持つLuerロックシリンジに挿入し、芯が端を越えて15ミリメートル伸びるようにします。シリンジの先端を芯の周りにぴったりフィットさせるシリンジにロックし、芯が水平から10〜90度であり、芯の先端がちょうどトランスデューサーの端に接触するようにアセンブリをマウントします。その後、注射器に水を入れます。電圧をゼロに設定し、インピーダンスアナライザを使用して決定した共振周波数で連続電圧信号を印加します。デバイスのフラッディングや乾燥を行わずに、液体が連続して噴霧されるまで電圧を上げます。提案された調整が失敗した場合は、金を完全に取り除かずに、芯接点付近の光の接点付近の金面を粗くします。高速イメージングを介してデバイスのダイナミクスを観察するには、高速カメラを光学テーブルに水平に固定して設置し、カメラの焦点距離近くのXYZステージ上のポゴプレート接触にトランスデューサを配置します。拡散光光源をカメラからトランスデューサの反対側に少なくとも1つの焦点距離を配置し、ピペットを使用してトランスデューサの表面にセシルドロップを配置します。カメラの焦点と XYZ 位置を調整して流体サンプルを鋭い焦点にし、ナイキストレートに従ってこの周波数の少なくとも 2 倍の大きさのフレームレートを選択して、エイリアシングを回避します。光の強度、カメラのシャッター、またはその両方を調整して、流体と背景のコントラストを最適化します。次に、増幅された信号発生器からpogoプローブリードにワニクリップを接続し、同時にカメラソフトウェアでビデオをトリガし、電圧信号を適用することによって現象をキャプチャします。液滴サイズのレーザー散乱解析では、レーザー散乱システムのレールに沿ってレーザー送受信モジュールを調整し、2つのモジュール間のギャップを20~25センチにします。トランスデューサと流体供給アセンブリを配置すると、霧化されたミストがレーザービームパスに排出されるように、このギャップにプラットフォームを厳密に取り付けます。このアライメントを容易にするには、レーザービームをオンにして、ツール、レーザー制御、レーザーをオンにします。トランスデューサの穴をプラットフォームに固定します。流体供給アセンブリを連結アームに固定します。芯の先端がトランスデューサの端に接触するように流体供給アセンブリを配置し、ワニクリップを使用して信号源をトランスデューサホルダーのスパイク端子に接続し、レーザー散乱システムソフトウェアの新しい標準操作手順をクリックします。テンプレートを既定の連続に設定し、サンプリング期間を 1 に設定します。[データ処理] で、[スプレー プロファイル] をクリックしてパスの長さを 20 mm に設定します。アラームをクリックしてデフォルト値を使用するチェックボックスをオフにし、最小伝送を 5%と 1%に設定し、最小散乱を 50 と 10 に設定します。すべてのパラメータが設定されたら、[標準操作手順の開始]をクリックし、作成した手順を選択します。流体供給貯留層を所望のレベルまで水で満たし、体積をメモします。測定が始まったら、電圧信号をオンにし、アトマイゼーションが始まるとすぐにストップウォッチを開始します。必要な流体のボリュームが微粒化されたら、停止を停止しながら電圧信号をオフにして、最終ボリュームを記録します。結果の測定ヒストグラムでは、霧化が予想通りに起こり、受信機の信号が統計的に有意であるほど強かったデータの部分を選択します。[平均] をクリックして、[選択したデータに基づいて分布を生成] をクリックします。次に、データをテキスト ファイルにコピーし、適切なファイル名で保存します。これらの装置の特性はインピーダンス分析装置を使用して共振周波数および高調波の決定を含んでいる。この代表的な分析では、基板の厚さによって予測される7メガヘルツに近いデバイスの基本周波数が見つかりました。非接触レーザードップラービブロメトリーを用いたさらなる特徴付けは、通常ナノメートル範囲にある基板の大きさおよび変位を決定するために使用することができる。また、液滴振動は高速イメージングにより評価でき、噴霧ダイナミクスは液滴サイズ分布を測定することで測定できます。原子化を実現するには、トランスデューサが厚みモード共振周波数で動作する必要があります。デバイスのパフォーマンスが低い場合は、正しい周波数でない可能性があります。このプロトコルを基礎として使用して、多くの厚みモードパラメータを電極厚さや側面寸法などで変化させ、比較することができます。水とこのプロトコルを確立した、厚さモードのトランスデューサーは肺薬物送達、冷却およびコーディングのような適用のための他の液体と使用することができる。

Research

JoVE Journal

Engineering

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

テラヘルツメタマテリアルアブソーバのシミュレーション、作製と評価

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

フォトニック結晶スローライト導波路とキャビティの作製と評価

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

光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

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

クーロン不純物を走査トンネル顕微鏡研究のためのゲート - 調整可能なグラフェンデバイスの作製

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

フルセット材料定数のキャラクタリゼーションと共鳴超音波スペクトロスコピーを用いた圧電材料のための彼らの温度依存性

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

作製とAcoustofluidicのデバイスの動作は、粒子のフォーカシングSheathlessためのバルク弾性定在波を支援

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

超伝導共振器の作製と評価

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

Holovideoための異方性漏洩モードモジュレーターのキャラクタリゼーション

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

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

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

PMMAおよびCOPマイクロ流体デバイスの作製のための溶剤接着

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