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

Yazarlar California Üniversitesi ve UC San Diego nano3 tesisi için fon ve bu çalışmayı destekleyen tesislerin sağlanması için müteşekkir. Bu çalışma kısmen, Ulusal Bilim Vakfı (Grant ECCS−1542148) tarafından desteklenen Ulusal Nanoteknoloji Eşgüdümlü Altyapı üyesi UCSD'nin San Diego Nanoteknoloji Altyapısı'nda (SDNI) gerçekleştirilmiştir. Burada sunulan çalışma, W.M. Keck Vakfı'nın araştırma bursu ile cömertçe desteklenmiştir. Yazarlar da Deniz Araştırma Ofisi (Grant 12368098 ile) tarafından bu çalışmanın desteği için müteşekkir.

1. DC püskürtme yoluyla kalınlık modu transdüser imalatı
<ol><li>Gofret hazırlığı<ol>
<li>100 mm 128YX LN gofretini en az 125 mm çapındaki temiz bir cam tabağa yerleştirin. 5 dakika boyunca en az 200 mL aseton içinde gofret sonicate.</li>
		<li>Izopropil alkol ve 5 dakika her biri için deiyonize su ile tekrar sonication tekrarlayın.</li>
		<li>Kuru azot kullanarak yüzeyden görünür su çıkarın.</li>
		<li>Gofretin 100 °C'de 5 dk.'ya bir ocak tabağına yerleştirerek yüzeydeki suyu tamamen çık...

<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>

Bir transdüserin boyutları ve en boy oranı ürettiği titreşim modlarını etkiler. Yanal boyutlar sonlu olduğundan, istenilen kalınlık modlarına ek olarak her zaman yanal modlar vardır. Yukarıdaki LDV yöntemleri belirli bir transdüser için istenilen frekans aralığında baskın modları belirlemek için kullanılabilir. Boyutları 10 mm'nin altında olan bir kare genellikle kalınlık moduna yakın bir yaklaşım sağlar. Üç on milimetrelik dikdörtgenler de iyi çalışır. Film 1 ve <s...

Ultrason atomize neredeyse bir yüzyıl için çalışılmıştır ve birçok uygulama olmasına rağmen, altta yatan fizik anlamada sınırlamalar vardır. Fenomenin ilk açıklaması Wood ve Loomis tarafından 1927 yılında yapıldı1, ve o zamandan beri aerosolize farmasötik sıvılar teslim arasında değişen uygulamalar için alanında gelişmeler olmuştur2 yakıtenjeksiyonu 3. Fenomen bu uygulamalarda iyi çalışsa da, altta yatan fizik iyi anlaşılamamıştır4,5,6.
Ultrasonik atomizasyon alanında önemli bir sınırlama kullanılan malzeme seçimidir, kurşun zirkonate titanat (PZT), ısıtma yatkın bir histeri malzeme7 ve elementel kurşun ile kurşun kontaminasyon inter-tahıl sınırları mevcut8,9. Tane boyutu ve tane sınırlarının mekanik ve elektronik özellikleri dePZT'nin 10'uçalıştırabildiği frekansı sınırlar. Buna karşılık, lityum niyobat hem kurşunsuz ve hiçbir histeri sergiler11, ve sıvılar daha verimli ticari atomizers daha verimli bir sipariş atomize için kullanılabilir12. Kalınlık modunda çalışma için kullanılan lityum niyobat geleneksel kesim 36 derece Y-döndürülmüş kesim, ancak 127.86 derece Y-döndürülen, X-propagating kesim (128YX), genellikle yüzey akustik dalga üretimi için kullanılan, rezonans ve düşük çalıştırıldığında 36 derece lik kesim13 ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir yüzey deplasman genliği olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, kalınlık modu çalışmasının, LN kullanırken bile diğer titreşim modları13'egöre atomizer verimliliğinde büyüklük artışı sağladığı gösterilmiştir.
Kalınlık modunda çalışan bir piezoelektrik cihazın rezonans frekansı kalınlığı ttarafından yönetilir : dalga boyu λ = 2t/n nerede n = 1, 2,... anti-düğüm lerin sayısıdır. 500 μm kalınlığında bir substrat için bu, temel mod için 1 mm'lik bir dalga boyuna karşılık gelir ve bu dalga hızı biliniyorsa, f = v/λ temel rezonans frekansını hesaplamak için kullanılabilir. v 128YX LN kalınlığındases hızı yaklaşık 7.000 m/s ve f = 7 MHz'dir. Titreşim diğer formları aksine, özellikle yüzeye bağlı modları, çok daha yüksek frekanslarda yüksek sıralı kalınlık modu harmonik heyecanlandırmak için basit, burada 250 MHz veya daha fazla, ancak sadece tek numaralı modları tek tip elektrik alanları tarafından heyecanlı olabilir14. Sonuç olarak, 14 MHz'e yakın ikinci harmonik(n = 2) heyecanlı olamaz, ancak 21 MHz'deki üçüncü harmonik(n = 3) olabilir. Verimli kalınlık modu cihazlarının imalatı, elektrotların transdüserin karşıt yüzlerine birikmesini gerektirir. Bunu başarmak için doğru akım (DC) püskürtme kullanırız, ancak elektron ışını birikimi ve diğer yöntemler kullanılabilir. Empedans analizi cihazları karakterize etmek için yararlıdır, özellikle bu frekanslarda rezonans frekansları ve elektromekanik bağlantı bulma. Lazer Doppler vibrometri (LDV) temas veya kalibrasyon olmadan çıkış titreşim genliği ve hızını belirlemek için yararlıdır15, ve, tarama yoluyla, LDV yüzey deformasyonmekansal dağılımını sağlar, belirli bir frekans ile ilişkili titreşim modunu ortaya. Son olarak, atomizasyon ve akışkanlar dinamiği çalışma amacıyla, yüksek hızlı görüntüleme bir sessile damla yüzeyinde kılcal dalgaların gelişimini incelemek için bir teknik olarak istihdam edilebilir16,17. Atomizasyonda, diğer birçok akozözakışkan fenomen gibi, küçük damlacıklar da hızlı bir oranda, belirli bir yerde 1 kHz'den fazla, yüksek hızlı kameraların yeterli doğruluk ve görüş alanı yla gözlemleyebilmek için yeterince hızlı bir şekilde üretilir. Lazer saçılma bu amaçla, genişletilmiş bir lazer ışını ile damlacıkları geçirerek (Mie) damlacık boyutu dağılımını istatistiksel olarak tahmin etmek için kullanılabilecek karakteristik bir sinyal üretmek için yansıma ve kırılma Bazı ışık dağılım.
Piezoelektrik kalınlık modu dönüştürücülerinin imalatı kolaydır, ancak cihaz ve atomizasyon karakterizasyonunda gerekli teknikler literatürde bugüne kadar açıkça belirtilmemiş olup, disiplindeki ilerlemeyi engellemektedir. Bir kalınlık modu transdüserinin bir atomizasyon cihazında etkili olabilmesi için, titreşiminin sönümlenmemesi için mekanik olarak izole edilmesi ve atomizasyon hızına eşit akış hızına sahip sürekli bir akışkan beslemesine sahip olması gerekir, böylece ne kurutma ne de su baskını meydana gelir. Bu iki pratik husus literatürde tam olarak ele alınmamıştır, çünkü çözümleri saf bilimsel yenilikten ziyade mühendislik tekniklerinin bir sonucudur, ancak yine de bu fenomenin incelenmesi için kritik öneme sahiptirler. Biz çözüm olarak bir transdüser tutucu montaj ve sıvı wicking sistemi sunuyoruz. Bu protokol, temel fizik ve sayısız uygulamalarda daha fazla araştırma yapılmasını kolaylaştırmak için atomizer üretim ve karakterizasyona sistematik bir yaklaşım sunmaktadır.

<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

Biz lityum niyobat (LN) kullanarak basit kalınlık modu piezoelektrik cihazlar imal etmek için bir teknik saçın. Bu tür cihazların, güç girişi başına akış hızı açısından, LN'deki Rayleigh dalgalarına ve diğer titreşim modlarına (PZT) dayananlara göre sıvıyı daha verimli bir şekilde atomize ettiği gösterilmiştir. Komple cihaz bir dönüştürücü, bir dönüştürücü tutucu ve bir sıvı besleme sisteminden oluşur. Akustik sıvı atomizasyonunun temelleri iyi bilinmemektedir, bu nedenle cihazları karakterize etme ve fenomenleri inceleme teknikleri de açıklanmıştır. Lazer Doppler vibrometri (LDV) akustik transdüserlerin karşılaştırılmasında gerekli titreşim bilgilerini sağlar ve bu durumda, bir cihazın kalınlıkta titreşimde iyi performans gösterip göstermeyeceğini gösterir. Ayrıca cihazın rezonans frekansını bulmak için de kullanılabilir, ancak bu bilgiler empedans analizi ile daha hızlı elde edilir. Sürekli sıvı atomizasyonu, örnek bir uygulama olarak, dikkatli sıvı akış kontrolü gerektirir ve lazer saçılma yoluyla yüksek hızlı görüntüleme ve damlacık boyutu dağılımı ölçümleri ile böyle bir yöntem salıyoruz.

Kalınlık modu piezoelektrik cihazlar 128YX lityum niyobattan imal edilmiştir. Şekil 1 sürekli atomizasyon için geliştirilen pasif sıvı iletim sistemi ile kullanılan özel bir transdüser tutucu ile yerine transdüser tutmak için tam bir montaj gösterir. Bu aygıtlar için karakterizasyon adımları bir empedans çözümleyicisi kullanarak rezonans frekansı ve harmonik belirlenmesi içerir (Şekil 2). Bu protokolde tanımlanan teknik kullanılarak ci...

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

Lityum niyobat üzerindeki plaka elektrotlarının doğru akım püskürtmesi ile piezoelektrik kalınlık modu transdüserlerinin imalatı anlatılmaktadır. Ayrıca transdüser tutucu ve sıvı besleme sistemi ile güvenilir bir çalışma sağlanır ve epitendans analizi, lazer doppler vibrometri, yüksek hızlı görüntüleme ve lazer saçılma kullanılarak damlacık boyutu dağılımı ile karakterizasyon gösterilmiştir.

Atomizasyon ve Acoustofluidics için Kalınlık Modu Piezoelektrik Cihazların İmalatı ve Karakterizasyonu

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

Bu teknikler rezonans frekansı, titreşim modu heyecanı, titreşim genliği ve bu özelliklere sahip dönüştürücülerin atomizers olarak nasıl performans gösterdiği ile ilgili soruları yanıtlamak için kullanılabilir. Bu analizler tarafından sağlanan bilgilerle, bağımsız değişkenlerin ve kalınlık modu dönüştürücülerini içeren deneylerin etkilerini titizlikle ölçmek mümkündür. Bu teknik, zatürre gibi solunum yolu hastalıklarının tedavisinde ilaç atomize etmek için kullanılabilecek cihazların geliştirilmesini sağlar.Bu yöntemler atomizasyon fenomenlerini karakterize etmek için yararlıdır ve bir damlacık yüzeyinde kılcal damarların çalışmasına uygulanabilir. Birçok rakip faktör dengeli olması gerektiğinden, sürekli atomizasyon elde etmek zor olabilir. Güç girdisini, fitil pozisyonunu ve fitil yönünü ayarlayın ve davranışın nasıl değiştiğini gözlemleyin.Bu tekniklerin çoğu gösteriden sonra gerçekleştirmek için basit, ancak metinde rastlamak olmayan bazı el becerisi ve mekansal farkındalık gerektirir. Özel bir transdüser tutucumonte etmek için, lehim iki yüzey montaj yay lı kontaklar her iki özel baskılı devre kartları ve devre kısa değil dış kişileri klip. Sivri uçları özel panolarda kaplamalı deliklere sığdırın, böylece sivri uçları birbirinden uzak bir şekilde işaret edin.Kontakların birbiriyle temas halinde olması için iki özel devre kartını bağlamak için tahta boşluklarını ve vidaları kullanın. Gerektiğinde plastik yıkıcılarla aralığı ayarlayın. Ardından, kişilerin iç çifti arasında 3 x 10 milimetrelik bir transdüser kaydırın.Empedans analizi ile rezonans frekansını belirlemek için, ağ çözümleyicisinin açık portuna bir dönüştürücü bağlayın ve ağ çözümleyicisinin kullanıcı arabirimi üzerinden S11 yansıma katsayısı parametresini seçin. İlgi alanı nın frekans aralığını seçin ve frekans süpürmegerçekleştirin. Ardından geri çekme kaydet'i seçin ve verileri uygun bir veri işleme yazılımı programına aktarıp kesin minimum konumları belirlemek için izleme verilerini kaydedin.LDV ile titreşim karakterize etmek için, LDV aşamasında pogo plaka temas bir transdüser yerleştirin ve sinyal jeneratörü için pogo probu yol açar bağlayın. Satın alma yazılımında doğru amacın seçildiğinden emin olun ve mikroskobu transdüserin yüzeyine odakla. Arama noktalarını ve ayarlarını tanımla'yı seçin.Tek noktalı bir talan, kullanıcıya tek bir noktadatitreşim genliği sağlar. Titreşim modunu ve rezonansı belirlemek için bir alan tonu yapılmalıdır. Genel sekmede, taramanın sıklık veya zaman etki alanında gerçekleştirilip gerçekleştirilmediğine bağlı olarak FFT veya zaman seçeneğini seçin ve ortalama sayısını ayarlayın.Kanal sekmesinde, etkin kutuların işaretli olduğundan emin olun ve alt katmandan maksimum sinyal gücünü seçmek için başvuru ve olay kanallarını ayarlayın. Jeneratör sekmesinde, ölçüm tek frekanslı sinyal altında yapılıyorsa, dalga formu çekme listesinden Sine'yi seçin. Tek bir bant altındaysa, MultiCarrierCW'yi seçin.Ardından frekans sekmesinde, frekans etki alanı tonu için tetkik çözünürlüğünü ayarlamak için bant genişliğini ve FFT çizgilerini değiştirin. Zaman etki alanı ölçümleri yapılıyorsa, zaman sekmesindeki örnek sıklığını değiştirin. Sıvı besleme sistemi oluşturmak için, bir 25 milimetre uzunluğunda 2 milimetre çapında fitil sıvı taşımak için tasarlanmış bir hidrofilik polimer lifleri bir demet oluşan seçin.Fitilin bir ucunu asimetrik bir uç oluşturan bir şekilde kırpın ve ardından istenilen kapasiteye sahip bir Luer kilidi şırıngasına takın, böylece fitilin sonun 15 milimetre ötesine kadar uzanmasını bekleyin. Şırınganın ucunu şırınganın üzerine kilitleyin ve fitilin yataydan 10 ila 90 derece uzakta olduğu ve fitilin ucunun transdüserin kenarı ile temas halinde olduğu şekilde montajı monte edin. Sonra şırıngayı suyla doldurun.Voltajı sıfıra ayarlayın ve empedans analizörü kullanılarak belirlenen rezonans frekansına sürekli voltaj sinyali uygulayın. Cihaz su basmadan veya kurumadan sıvı sürekli atomize olana kadar voltajı artırın. Önerilen ayarlamalar başarısız olursa, transdüserin altın yüzeyini fitil temas noktasına yakın ince zımpara kağıdıyla tamamen çıkarmadan pürüzlüleştirin.Yüksek hızlı görüntüleme yoluyla cihaz dinamiklerini gözlemlemek için, optik bir masaya yatay olarak yüksek hızlı bir kamera yerleştirin ve kameranın odak uzaklığı yakınındaki xyz sahnesine pogo plaka kontamında bir dönüştürücü yerleştirin. Akşörün karşı tarafına en az bir odak uzaklığı yerleştirin ve transdüserin yüzeyine sessile bir damla yerleştirmek için bir pipet kullanın. Sıvı örneğini keskin bir odaklamaya getirmek için kamera odağı ve XYZ konumunu ayarlayın ve diğer adı takma önlemek için Nyquist oranına göre bu frekanstan en az iki kat daha büyük bir kare hızı seçin.Sıvı ve arka plan arasındaki kontrastı optimize etmek için ışık yoğunluğunu, kamera deklanşörlerini veya her ikisini de ayarlayın. Daha sonra yükseltilmiş sinyal jeneratöründen gelen timsah kliplerini pogo sondası yol larına bağlayın ve kamera yazılımındaki videoyu aynı anda tetikleyerek ve voltaj sinyalini uygulayarak fenomeni yakalayın. Damlacık boyutunun lazer dağılım analizi için, lazer iletim ve lazer alma modüllerini lazer saçılma sisteminin rayları boyunca iki modül arasında 20 ila 25 santimetrelik bir boşlukla ayarlayın.Bu boşluğa, transdüser ve sıvı besleme meclisleri yerleştirildiğinde lazer ışını yoluna atomize edilmiş bir sis inecek şekilde katı bir şekilde bir platform monte edin. Bu hizalamayı kolaylaştırmak için lazer ışınını açın ve araçları, lazer kontrolü ve lazeri seçin. Platforma dönüştürücü deliği düzeltin.Sıvı besleme tertibatını eklemli bir kola sabitle. Sıvı besleme tertibatını, fitilin ucunun transdüserin kenarıyla temas edecek şekilde yerleştirin ve sinyal kaynağını transdüser tutucudaki başak terminallerine bağlamak için timsah kliplerini kullanın ve lazer saçılma sistemi yazılımında yeni standart işletim prosedürüne tıklayın. Şablonu varsayılan sürekli ve örnekleme süresini 1 olarak ayarlayın.Veri işleme altında, yol uzunluğunu 20 milimetreye ayarlamak için püskürtme profilini tıklatın. Varsayılan değerleri denetlemeyi denetlemek için alarmları tıklatın ve minimum iletimi %5 ve %1'e, minimum saçılmayı ise 50 ve 10'a ayarlayın. Tüm parametreler ayarlandığında, standart çalışma yordamını başlat'ı tıklatın ve oluşturulan yordamı seçin.Sıvı besleme haznesini istenilen seviyeye kadar suyla doldurun ve hacmine dikkat edin. Ölçüm başladıktan sonra voltaj sinyalini açın ve atomizasyon başlar başlamaz kronometreyi çalıştırın. İstenilen sıvı hacmi atomize edildikten sonra kronometreyi durdururken voltaj sinyalini kapatın ve son hacmi kaydedin.Elde edilen ölçüm histogramında, atomizasyonun beklendiği gibi meydana gelen kısmının ve alıcıdaki sinyalin istatistiksel olarak anlamlı olacak kadar güçlü olduğu kısmını seçin. Seçili verilere dayalı bir dağıtım oluşturmak için ortalamayı ve tamam'ı tıklatın. Ardından verileri bir metin dosyasına kopyalayın ve uygun bir dosya adı ile kaydedin.Bu cihazların karakterizasyonu bir empedans analizörü kullanarak rezonans frekansı ve harmonik belirlenmesi ni içerir. Bu temsili analizde, cihazların temel frekansının substrat kalınlığına göre tahmin edildiği gibi yedi megahertz'e yakın olduğu bulunmuştur. Temassız lazer Doppler vibrometry kullanarak daha fazla karakterizasyon büyüklüğü ve genellikle nanometre aralığında olan substrat, deplasman belirlemek için kullanılabilir.Buna ek olarak, damlacık titreşimi yüksek hızlı görüntüleme ile değerlendirilebilir ve damlacık boyutu dağılımı ölçülerek atomizasyon dinamikleri belirlenebilir. Atomize ulaşmak için transdüserin kalınlık modu rezonans frekansında çalıştığını unutmayın. Cihaz düşük performans gösteriyorsa, doğru frekansta olmayabilirsiniz.Bu protokolü temel olarak kullanarak, elektrot kalınlığı veya yanal boyutlar gibi birçok kalınlık modu parametreleri çeşitli ve karşılaştırılabilir. Su ile bu protokolü kurduktan sonra, kalınlık modu transdüserler artık pulmoner ilaç dağıtımı, soğutma ve kodlama gibi uygulamalar için diğer sıvılarla birlikte kullanılabilir.

Research

JoVE Journal

Engineering

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

THz metamalzeme Emiciler Simülasyon, Üretimi ve Karakterizasyonu

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

Fotonik Kristal Yavaş Işık Dalga Kılavuzları Ve Çürükler Üretimi ve Karakterizasyonu

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

Optik Doyurulabilen Geçişler aracılığıyla Desenlendirme - İmalat ve Karakterizasyonu

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

Coulomb İmpürite Tarama Tünel Mikroskobu Çalışmaları Kapısı-ayarlanabilir Grafen Cihazlarının İmalatı

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

Tam Set Malzeme sabitleri Karakterizasyonu ve rezonans Ultrason Spektroskopisi kullanarak Piezoelektrik Malzemelerin Onların Sıcaklık Bağımlılığı

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

Fabrikasyon ve Acoustofluidic Cihazlarının Çalışma Parçacıkların yoğunlaşırken Sheathless için Toplu Akustik Daimi Dalgalar desteklenmesi

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

Süperiletken Rezonatörler Fabrikasyon ve Karakterizasyonu

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 için Eşyönsüz Çatlak Modu Modülatörleri Karakterizasyonu

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

Tam Çözüm İşlenmiş İnorganik nanokristal Fotovoltaik Cihazlarının İmalatı

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 İmalat ve COP mikroakışkan Cihazlar için çözücü Bağlar

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