تصنيع وتوصيف من سماكة وضع الأجهزة الكهروضوئية للانحلال وAcoustofluidics

وقد درست الانحلال الموجات فوق الصوتية لمدة قرن تقريبا وعلى الرغم من أن هناك العديد من التطبيقات، وهناك قيود في فهم الفيزياء الأساسية. وقد أدلى الوصف الأول لهذه الظاهرة من قبل وود ولوميس في عام 1927¹، ومنذ ذلك الحين كانت هناك تطورات في هذا المجال لتطبيقات تتراوح بين تسليم السوائل الصيدلانية الهباء الجوي² إلى حقن الوقود³. على الرغم من أن هذه الظاهرة تعمل بشكل جيد في هذه التطبيقات ، فإن الفيزياء الأساسية ليست مفهومة بشكل جيد^4و5و6.

وهناك قيد رئيسي في مجال الانحلال بالموجات فوق الصوتية هو اختيار المواد المستخدمة، الرصاص زيركونات تيتانات (PZT)، مادة الارهاق عرضة للتدفئة⁷ والتلوث الرصاص مع الرصاص عنصري المتاحة من الحدود بين الحبوب^8،9. حجم الحبوب والخصائص الميكانيكية والإلكترونية لحدود الحبوب أيضا الحد من وتيرة التي PZT يمكن أن تعمل^10. وعلى النقيض من ذلك، فإن niobate الليثيوم هو على حد سواء خالية من الرصاص والمعارض لا¹¹الهستيرسيس ، ويمكن استخدامها لتفتيت السوائل ترتيب من حيث الحجم أكثر كفاءة من المرذاذات التجارية¹². القطع التقليدي من niobate الليثيوم المستخدمة للتشغيل في وضع سمك هو 36 درجة Y استدارة قطع، ولكن 127.86 درجة Y الدورية، X نشر قطع (128YX)، وعادة ما تستخدم لتوليد موجة الصوتية السطحية، وقد ثبت أن لديها ارتفاع سعة النزوح السطحي بالمقارنة مع 36 درجة قطع¹³ عندما تعمل في الرنين وانخفاض الخسارة. وقد ثبت أيضا أن عملية وضع سمك يوفر ترتيبا لتحسين حجم في كفاءة رذاذ أكثر من وسائط أخرى من الاهتزاز¹³، حتى عند استخدام LN.

وتحكم التردد الرنين من جهاز كهرضغطي تعمل في وضع سمك من قبلث سمك : الطول الموجي λ = 2ر/ن حيث ن = 1، 2,… هو عدد العقد المضادة. بالنسبة لركيزة سميكة 500 ميكرومتر، وهذا يتوافق مع الطول الموجي من 1 ملم للأسلوب الأساسي، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لحساب تردد الرنين الأساسي، f = v/λ إذا كانت سرعة الموجة، v، معروفة. سرعة الصوت من خلال سمك 128YX LN هو حوالي 7000 م / ث ، وذلك و = 7 ميغاهيرتز. خلافا لغيرها من أشكال الاهتزاز، وخاصة وضع سطح ملزمة، فمن مباشرة لإثارة أعلى ترتيب سماكة النمط التوافقيات إلى ترددات أعلى من ذلك بكثير، هنا إلى 250 ميغاهيرتز أو أكثر، على الرغم من أن وسائط الأرقام الفردية فقط قد تكون متحمسة من قبل الحقول الكهربائية^{موحدة 14}. وبالتالي، لا يمكن أن يكون التوافقي الثاني(ن = 2) بالقرب من MHz 14 متحمس، ولكن التوافقي الثالث في 21 ميغاهيرتز(ن = 3) يمكن. تصنيع أجهزة وضع سمك كفاءة يتطلب إيداع الأقطاب الكهربائية على وجوه معارضة من محول. نحن نستخدم التيار المباشر (DC) التخبط لإنجاز ذلك، ولكن يمكن استخدام ترسب شعاع الإلكترون وغيرها من الأساليب. تحليل المعاوقة مفيد لتوصيف الأجهزة، خاصة في العثور على ترددات الرنين والاقتران الكهروميكانيكية عند هذه الترددات. الليزر دوبلر vibrometry (LDV) مفيد لتحديد سعة الاهتزاز الناتج والسرعة دون الاتصال أو المعايرة¹⁵، وعن طريق المسح الضوئي ، وLDV يوفر التوزيع المكاني للتشوه السطحي ، والكشف عن وضع الاهتزاز المرتبطة تردد معين. وأخيرا ، لأغراض دراسة الانحلال وديناميات السوائل ، والتصوير عالي السرعة يمكن استخدامها كتقنية لدراسة تطور موجات شعرية على سطح قطرة sessile^16،17. في الانحلال، مثل العديد من الظواهر acoustofluidic أخرى، يتم إنتاج قطرات صغيرة بمعدل سريع، أكثر من 1 كيلو هرتز في موقع معين، بسرعة كبيرة جدا للكاميرات عالية السرعة لمراقبة مع الإخلاص كافية ومجال الرؤية لتوفير معلومات مفيدة على حجم عينة قطرة كبيرة بما فيه الكفاية. يمكن استخدام تشتت الليزر لهذا الغرض، وتمرير القطرات من خلال شعاع ليزر موسع إلى (مي) مبعثر بعض الضوء في الانعكاس والانكسار لإنتاج إشارة مميزة التي يمكن استخدامها لتقدير إحصائيا توزيع حجم القطرات.

فمن مباشرة لاختلاق محولات سماكة وضع الكهرزوئية، ولكن التقنيات المطلوبة في الجهاز وتوصيف الانحلال لم يتم ذكرها بوضوح في الأدب حتى الآن، مما يعوق التقدم في الانضباط. لكي يكون محول وضع السمك فعالاً في جهاز الانحلال، يجب أن يكون معزولاً ميكانيكياً بحيث لا يتم تخميد الاهتزاز ويجب أن يكون لديه إمدادات السوائل المستمرة مع معدل تدفق يساوي معدل الانحلال بحيث لا يحدث جفاف ولا فيضان. هذان الاعتباران العمليان لم يتم تغطيتهما بشكل شامل في الأدبيات لأن حلولهما هي نتيجة تقنيات هندسية وليست حداثة علمية بحتة، لكنهما مع ذلك حاسمان لدراسة الظاهرة. نقدم تجميع حامل محول ونظام فتل سائل كحلول. يقدم هذا البروتوكول نهجاً منهجياً لتصنيع الرذاذ وتوصيف لتسهيل إجراء المزيد من البحوث في الفيزياء الأساسية والتطبيقات التي لا تعد ولا تحصى.