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

Författarna är tacksamma mot University of California och NANO3 anläggningen vid UC San Diego för tillhandahållande av medel och anläggningar till stöd för detta arbete. Detta arbete utfördes delvis vid San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) av UCSD, en medlem av National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, som stöds av National Science Foundation (Grant ECCS−1542148). Det arbete som presenteras här fick generöst stöd av ett forskningsbidrag från W.M. Keck Foundation. Författarna är också tacksamma för stödet för detta arbete av Office of Naval Research (via Grant 12368098).

1. Tjockleksläge givare tillverkning via DC sputtering
<ol><li>Wafer förberedelse<ol>
<li>Placera en 100 mm 128YX LN wafer i en ren glasskål med en diameter på minst 125 mm. Sonicate wafer i minst 200 ml aceton i 5 min.</li>
		<li>Upprepa ultraljudsbehandling med isopropylalkohol och igen med avjoniserat vatten i 5 min vardera.</li>
		<li>Avlägsna synligt vatten från ytan med torrt kväve.</li>
		<li>Ta bort vatten helt från ytan genom att placera rånet på en värmeplatta vid 100 °C i 5 min. Se till att det f...

<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>

Dimensioner och bildförhållande för en givare påverkar vibrationslägen den producerar. Eftersom de laterala dimensionerna är ändliga finns det alltid laterala lägen utöver de önskade tjocklekslägena. Ovanstående LDV-metoder kan användas för att bestämma dominerande lägen i önskat frekvensområde för en viss givare. En kvadrat med mått under 10 mm ger vanligtvis en nära approximation till ett tjockleksläge. Tre av tio millimeter rektanglar fungerar också bra. Film 1 och Film ...

Ultraljud atomisering har studerats för nästan ett sekel och även om det finns många tillämpningar, det finns begränsningar i att förstå den underliggande fysiken. Den första beskrivningen av fenomenet gjordes av Wood och Loomis 19271, och sedan dess har det skett en utveckling inom området för tillämpningar som sträcker sig från att leverera aerosoliserade läkemedelsvätskor2 till bränsleinsprutning3. Även om fenomenet fungerar bra i dessa tillämpningar, är den underliggande fysiken inte väl förstådd4,5,6.
En viktig begränsning inom ultraljudsatomisering är valet av material som används, bly zirkonat titanat (PZT), ett hysteretiskt material som är utsatt för uppvärmning7 och blykontaminering med elementär bly tillgänglig från inter-grain gränserna8,9. Kornstorlek och mekaniska och elektroniska egenskaper av korngränser begränsar också den frekvens vid vilken PZT kan fungera10. Däremot är litium niobat både blyfri och uppvisar ingen hysteres11, och kan användas för att finerisera vätskor en storleksordning mer effektivt än kommersiella sprejflaska12. Det traditionella snittet av litium niobat som används för drift i tjockleksläget är det 36-graders Y-roterade snittet, men 127,86-graders Y-roterad, X-förökningssskärning (128YX), som vanligtvis används för ytakustisk våggenerering, har visat sig ha en högre ytförskjutningsamplitud jämfört med 36-graderssnittet13 när den används i resonans och låg förlust. Det har också visat sig att tjockleksläge drift erbjuder en storleksordning förbättring av sprejningseffektivitet över andra vibrationssätt13, även när du använder LN.
Resonansfrekvensen för en piezoelektrisk anordning som arbetar i tjockleksläge styrs av dess tjocklek t:våglängden λ = 2t/n där n = 1, 2,... är antalet antinoder. För ett 500 μm tjockt substrat motsvarar detta en våglängd på 1 mm för grundläget, som sedan kan användas för att beräkna den grundläggande resonansfrekvensen, f = v/λ om våghastigheten, v, är känd. Ljudets hastighet genom tjockleken på 128YX LN är cirka 7 000 m/s, och så f = 7 MHz. Till skillnad från andra former av vibrationer, särskilt ytbundna lägen, är det enkelt att excitera högre ordning tjockleksläge övertoner till mycket högre frekvenser, här till 250 MHz eller mer, men endast udda-numrerade lägen kan vara upphetsad av enhetliga elektriska fält14. Följaktligen kan den andra harmoniska (n = 2) nära 14 MHz inte vara upphetsad, men den tredje harmoniska på 21 MHz (n = 3) kan. Tillverkning av effektiva tjockleksläge enheter kräver deponering elektroder på motsatta ansikten givaren. Vi använder likström (DC) sputtering för att åstadkomma detta, men elektronstråle nedfall och andra metoder kan användas. Impedansanalys är användbart för att karakterisera enheterna, särskilt för att hitta resonansfrekvenser och elektromekanisk koppling vid dessa frekvenser. Laser Doppler vibrometri (LDV) är användbart för att bestämma utgående vibration amplitud och hastighet utan kontakt eller kalibrering15, och via skanning ger LDV den rumsliga fördelningen av ytan deformation, avslöjar vibrationssätt i samband med en viss frekvens. Slutligen, för att studera atomisering och vätskedynamik, höghastighetsavbildning kan användas som en teknik för att studera utvecklingen av kapillärvågor på ytan av en sessile droppe16,17. I atomisering, liksom många andra acoustofluidic fenomen, små droppar produceras i snabb takt, över 1 kHz på en viss plats, för snabbt för höghastighetskameror att observera med tillräcklig trohet och synfält för att ge användbar information över en tillräckligt stor droppe provstorlek. Laserspridning kan användas för detta ändamål, passerar dropparna genom en utökad laserstråle till (Mie) sprida en del av ljuset i reflektion och refraktion för att producera en karakteristisk signal som kan användas för att statistiskt uppskatta droplet storleksfördelning.
Det är enkelt att tillverka piezoelektriska tjockleksläge givare, men de tekniker som krävs i enheten och atomisering karakterisering har inte tydligt anges i litteraturen hittills, vilket hämmar framsteg i disciplinen. För att en tjocklek-funktionsgivare ska vara effektiv i en atomiseringsanordning måste den vara mekaniskt isolerad så att vibrationerna inte dämpas och den måste ha en kontinuerlig vätsketillförsel med ett flöde som är lika med atomiseringshastigheten så att varken uttorkning eller översvämning uppstår. Dessa två praktiska överväganden har inte behandlats grundligt i litteraturen eftersom deras lösningar är resultatet av ingenjörsteknik snarare än ren vetenskaplig nyhet, men de är ändå avgörande för att studera fenomenet. Vi presenterar en givare hållare församling och en flytande fuktspridande system som lösningar. Detta protokoll erbjuder ett systematiskt tillvägagångssätt för sprejning tillverkning och karakterisering för att underlätta ytterligare forskning i grundläggande fysik och otaliga tillämpningar.

<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 presenterar en teknik för att tillverka enkel tjocklek läge piezoelektriska enheter med litium niobat (LN). Sådana anordningar har visat sig finfördela vätska mer effektivt, när det gäller flödeshastighet per effekttillförsel, än de som förlitar sig på Rayleigh vågor och andra vibrationssätt i LN eller bly zirkonat titanat (PZT). Den kompletta enheten består av en givare, en givare hållare, och en vätskeförsörjningssystem. Grunderna för akustisk flytande atomisering är inte välkända, så tekniker för att karakterisera enheterna och studera fenomenen beskrivs också. Laser Doppler vibrometri (LDV) ger vibrationsinformation som är nödvändig för att jämföra akustiska givare och, i detta fall, anger om en enhet kommer att fungera bra i tjocklek vibrationer. Det kan också användas för att hitta resonansfrekvensen av enheten, även om denna information erhålls snabbare via impedansanalys. Kontinuerlig vätskeatomisering, som ett exempel på applikation, kräver noggrann vätskeflödeskontroll, och vi presenterar en sådan metod med höghastighetsbilder och droplet storleksfördelningsmätningar via laserspridning.

Tjocklek läge piezoelectric enheter tillverkades från 128YX litium niobate. Figur 1 visar en komplett montering för att hålla givaren på plats med en anpassad givare som används med passiv vätska leveranssystem som utvecklats för kontinuerlig atomisering. Karakteriseringsstegen för dessa anordningar omfattar bestämning av resonansfrekvensen och övertoner med hjälp av en impedansanalysator (figur 2). Den grundläggande frekvensen av enheterna befanns ...

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

Tillverkning av piezoelektriska tjocklek läge givare via likström sputtering av plattan elektroder på litium niobat beskrivs. Dessutom uppnås tillförlitlig drift med en givare hållare och vätskeförsörjningssystem och karakterisering visas via impedans analys, laser doppler vibrometri, höghastighetsavbildning, och droppstorlek distribution med hjälp av laser spridning.

Tillverkning och karakterisering av tjockleksläge Piezoelektriska enheter för atomisering och acoustofluidics

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

Dessa tekniker kan användas för att svara på frågor om resonansfrekvens, vibrationell läge spänning, vibration amplitud, och hur givare med dessa egenskaper fungerar som atomizers. Med information från dessa analyser, är det möjligt att noggrant kvantifiera effekterna av oberoende variabler och experiment med tjocklek läge givare. Denna teknik möjliggör utveckling av enheter som kan användas för att atomisera läkemedel för behandling av luftvägssjukdomar såsom lunginflammation.Dessa metoder är användbara för att karakterisera atomiseringsfenomen och kan appliceras på studiet av kapillärvågor på ytan av en droppe. Eftersom många konkurrerande faktorer måste vara balanserade kan det vara svårt att uppnå kontinuerlig atomisering. Justera insatsen effekt, vekens position och vekens orientering och observera hur beteendet förändras.Många av dessa tekniker är enkla att utföra efter demonstration, men kräver viss fingerfärdighet och rumslig medvetenhet som inte stöter på i text. För att montera en anpassad givare hållare, löda två ytmontering fjäderkontakter till var och en av två anpassade tryckta kretskort och klipp de yttre kontakterna så att de inte kortsluter kretsen. Tryck passa spikar i pläterade hål på anpassade styrelser så att spikar pekar bort från varandra.Använd brädmejare och skruvar för att ansluta de två anpassade kretskorten så kontakterna är bara i kontakt med varandra. Justera avståndet med plastbrickor efter behov. Skjut sedan en 3 x 10 millimeters givare mellan det inre kontaktparet.För att identifiera resonansfrekvensen genom impedansanalys, anslut en givare till den öppna porten i nätverksanalysatorn och välj parametern S11 reflektionskoefficient via användargränssnittet i nätverksanalysatorn. Välj frekvensområde av intresse och utför frekvenssvepet. Välj sedan spara återkallande och spara spårdata för att exportera data till en lämplig databehandlingsprogram för att identifiera de exakta minimala platser.För att karakterisera vibrationen genom LDV, placera en givare i Pogo plattan kontakt på LDV scenen och ansluta pogo sonden leder till signalgeneratorn. Se till att rätt mål väljs i förvärvsprogrammet och fokusera mikroskopet på givarens yta. Välj definiera skanningspunkter och inställningar.En enda punkt scan ger användaren vibrationer amplitud på en enda punkt. För att bestämma vibrationsläget och resonansen måste en områdesskanning utföras. Under den allmänna fliken väljer du alternativet FFT eller tid beroende på om genomsökningen utförs i frekvens- eller tidsdomän och ställer in antalet medelvärden.I kanalfliken kontrollerar du att de aktiva rutorna är kontrollerade och justerar referens- och infallande kanaler för att välja maximal signalstyrka från underlaget. I fliken generator, om mätningen utförs under enstaka frekvenssignal, välj Sine från vågform pull-down listan. Om det är under ett enda band väljer du MultiCarrierCW.Sedan i fliken frekvens, ändra bandbredd och FFT linjer för att justera skanningsupplösning för en frekvens domän scan. Om tidsdomänmätningarna utförs ändrar du provfrekvensen i tidsfliken. För att skapa vätsketillförselsystemet, välj en 25 millimeter lång 2 millimeter diameter veke består av en bunt fibrer av en hydrofil polymer utformad för att transportera samtytor vätska.Trimma ena änden av veken så att den bildar en asymmetrisk spets och sätt sedan in den i en Luer-låsspruta med önskad kapacitet, vilket gör att veken kan sträcka sig 15 millimeter bortom änden. Lås en sprutspets på sprutan som ger en ombonad passform runt veken och montera monteringen så att veken är 10 till 90 grader från horisontell och vekens spets är precis i kontakt med kanten på givaren. Fyll sedan sprutan med vatten.Ställ in spänningen på noll och applicera en kontinuerlig spänningssignal vid resonansfrekvensen som bestäms med hjälp av impedansanalysatorn. Öka spänningen tills vätskan är finfördeliga kontinuerligt utan att enheten översvämmas eller torkar ut. Om de föreslagna justeringarna misslyckas, rugga guldytan på givaren nära veken kontaktpunkt med fina sandpapper utan att ta bort guldet helt.För att observera enheten dynamiken via höghastighetsavbildning, styvt montera en höghastighetskamera horisontellt på ett optiskt bord och placera en givare i Pogo plattan kontakt på en XYZ skede nära brännvidd på kameran. Placera en diffus ljuskälla minst en brännvidd på den motsatta sidan av givaren från kameran och använd en pipett för att placera en sessile droppe på ytan av givaren. Justera kamerafokus och XYZ-positionen för att få vätskeprovet i skarpt fokus och välj en bildhastighet som är minst dubbelt så stor som denna frekvens enligt Nyquisthastigheten för att undvika aliasing.Justera ljusintensiteten, kamerans slutare eller båda för att optimera kontrasten mellan vätskan och bakgrunden. Anslut sedan alligator klipp från den förstärkta signalgeneratorn till pogo probe leads och fånga fenomenet genom att samtidigt utlösa videon i kamerans programvara och tillämpa spänningssignalen. För laserspridningsanalys av droppstorleken, justera laseröverförande och laser mottagande moduler längs skenan av laserspridningssystemet med en 20 till 25 centimeter gap mellan de två modulerna.Styvt montera en plattform i denna lucka så att när givaren och vätsketillförselenheter placeras på den, kommer atomiserad dimma att matas ut i laserstrålen. För att underlätta denna inriktning, slå på laserstrålen och välj verktyg, laserkontroll och laser på. Fixera givarens hål på plattformen.Fixera vätsketillförselns montering på en ledad arm. Placera vätsketillförseln montering så att spetsen av veken är bara i kontakt med kanten av givaren och använda alligator klipp för att ansluta signalkällan till spiken terminalerna på givaren innehavaren och klicka på nya standard operativa förfarandet i laserspridning system programvara. Ange mallen till standard kontinuerlig och samplingsperioden till 1.Under datahantering klickar du på Sprayprofilen för att ange banlängden till 20 millimeter. Klicka på alarm för att avmarkera använd standardvärden och ange minsta sändning till 5 och 1%och den minsta spridningsplatsen till 50 och 10. När alla parametrar har ställts in klickar du på Start Standard operating procedure och välj den skapade proceduren.Fyll vätsketillförseln reservoaren med vatten upp till önskad nivå och notera volymen. När mätningen har påbörjats, sätt på spänningssignalen och starta stoppuret så snart atomiseringen börjar. När den önskade vätskevolymen har finfördelades stänger du av spänningssignalen medan stoppuret stoppas och registrerar den slutliga volymen.I den resulterande mätningen histogram, välj den del av data under vilken atomiseringen skedde som förväntat och signalen vid mottagaren var stark nog att vara statistiskt signifikant. Klicka på medelvärde och okej för att generera en fördelning baserat på de valda uppgifterna. Kopiera sedan och datan till en textfil och spara med ett lämpligt filnamn.Karakteriseringen av dessa enheter inkluderar bestämning av resonant frekvensen och övertoner med hjälp av en impedansanalysator. I denna representativa analys befanns enheternas fundamentala frekvens vara nära sju megahertz som förutspåtts av underlagets tjocklek. Ytterligare karakterisering med hjälp av beröringsfri laser Doppler vibrometri kan användas för att bestämma omfattningen och förskjutningen av substratet, som vanligtvis är i nanometerområdet.Dessutom kan droppvibrationen utvärderas genom höghastighetsavbildning och atomiseringsdynamiken kan bestämmas genom mätning av droppstorleksfördelningen. Kom ihåg att för att uppnå atomisering, måste givaren vara verksamma på en tjocklek läge resonans frekvens. Om enheten underpresterar, då du kanske inte på rätt frekvens.Med hjälp av detta protokoll som en grund, många tjocklek läge parametrar kan varieras och jämföras såsom elektrod tjocklek eller laterala dimensioner. Efter att ha etablerat detta protokoll med vatten, kan tjockleksläge givare nu användas med andra vätskor för tillämpningar såsom pulmonell drug delivery, kylning och kodning.

Research

JoVE Journal

Engineering

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Simulering, tillverkning och karakterisering av THz metamaterial Absorbenter

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

Framställning och karaktärisering av fotoniska kristaller Slow ljusvågledare och håligheter

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

Mönstring via Optiska mätt Transitions - tillverkning och 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

Tillverkning av Gate-avstämbara grafen enheter för sveptunnelmikroskopi Studier med Coulomb Föroreningar

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 av full uppsättning Material Constants och deras temperaturberoende för piezoelektriska material med användning av resonans Ultraljud 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

Tillverkning och användning av Acoustofluidic Devices Stöd Bulk Acoustic stående vågor för Sheathless Fokusering av partiklar

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

Tillverkning och karakterisering av supraledande 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 av Anisotropa Läckande läge modulatorer för 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

Tillverkning av helt Lösning bearbetade oorganiska nanokristall Solceller 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

Lösningsmedelsbindning för framställning av PMMA och COP Mikrofluidikanordningar

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