Микрожидкостные компоненты являются ключом для многих применений, таких как датчики типа «лаборатория на кристалле» для медицинской диагностики или экономичные датчики потока. При разработке этих продуктов производители сталкиваются с проблемой эффективной транспортировки или смешивания жидкостей в ограниченном пространстве.
Механические свойства жидкостей в геометриях с размерами несколько 100 мкм или меньше могут отличаться от свойств на макроуровне. Это связано с тем, что отношение поверхности жидкости к ее объему очень велико при этих малых размерах, и поэтому такие факторы, как поверхностное натяжение, перенос тепла и вязкость, оказывают значительное влияние.
Картинная галерея
Исследователи из Колледжа наноразмерной науки и техники SUNY (CNSE) в Олбани, США, исследуют использование поверхностных акустических волн (ПАВ) в качестве движущих сил для потоков жидкости. Поскольку скорость звука в субстратах и жидкостях различна, дисперсия приводит к тому, что звуковая волна вводится в жидкость под определенным углом. Демпфирование этой волны давления вызывает акустически индуцированный поток (акустический поток, в конце статьи вы найдете информационное окно о его происхождении и влиянии поверхностных акустических волн).
Симуляция упрощает проектные решения
Для эффективной разработки таких устройств понимание акустических свойств пьезоэлектрического материала, используемого для создания ПАВ, является критически важным первым шагом. В этом контексте численное моделирование является мощным инструментом, например, для Б. определить влияние различных электродных металлов и геометрий на распространение акустической волны. Выводы могут быть использованы для принятия лучших дизайнерских решений.
Грэм Поттер, научный сотрудник CNSE, исследует использование различных пьезоэлектрических материалов для приложений, использующих акустически индуцированный поток. CNSE является частью уникального университетско-промышленного партнерства с Sematech, глобальным консорциумом по промышленным полупроводниковым исследованиям, занимающимся проблемами современных технологий производства.
Поттер работает в CNSE в лаборатории профессора Джеймса Кастракейна. Его команда разрабатывает компоненты, которые сделаны из пьезоэлектрических подложек, таких как. B. Ниобат лития (LiNbO3) с Y-образным надрезом под углом поворота 128 °. «Угол среза определяется относительно кристаллических осей. Эта конкретная ориентация традиционно используется в полосовых фильтрах из-за существования волны Рэлея. Волна Рэлея - это тип SAW с сильной электромеханической связью, которая распространяется в одном направлении вдоль поверхности пластины », - объясняет Поттер.
Переменное напряжение генерирует гармонические колебания
«По этой причине многие исследования, в которых этот материал использовался для акустически индуцированного потока, были ограничены линейными компонентами с односторонней ориентацией. Мы заинтересованы в разработке круговых или фокусирующих архитектур компонентов (см. Рис. 1А). Поэтому и из-за анизотропии кристалла нам нужно было лучше понять волновые характеристики по всей поверхности », - продолжил Поттер. В используемой экспериментальной установке на пьезоэлектрической подложке был создан массив золотых электродов, также известный как встречный преобразователь (IDT). На электроды подается переменное напряжение, которое возбуждает поверхность к гармоническим колебаниям из-за обратного пьезоэлектрического эффекта,что, в свою очередь, создает SAW. «Изменяя ориентацию этих тестируемых компонентов по поверхности (см. Рисунок 1В), можно определить резонансную частоту и реакцию акустического потока в зависимости от направления распространения», - объясняет Поттер. Эти компоненты могут использоваться для проверки эффекта акустического потока с выбранными ориентациями на поверхности, а также для экспериментальной проверки результатов моделирования. Показанный сегмент 20 мкм соответствует размеру моделируемой области. Эти компоненты могут использоваться для проверки эффекта акустического потока с выбранными ориентациями на поверхности, а также для экспериментальной проверки результатов моделирования. Показанный сегмент 20 мкм соответствует размеру моделируемой области. Эти компоненты могут использоваться для проверки эффекта акустического потока с выбранными ориентациями на поверхности, а также для экспериментальной проверки результатов моделирования. Показанный сегмент 20 мкм соответствует размеру моделируемой области.
Содержание статьи:
- Страница 1: идеальная волна
- Страница 2: Понимание проблем быстрее благодаря симуляции
Следующая страница