توصيفگر ها :
ميكروپمپ , الكتروليز , الكترورسوب دهي , زبري سطح , تكرارپذيري
چكيده فارسي :
ميكروپمپ‌هاي الكتروليزي قابليت تزريق سيال در حجم‌هاي كوچك را دارا ميباشند. هر ميكرو پمپِ الكتروليزي شامل المان‌هاي آند، كاتد و الكتروليت ميباشد. در اين تحقيق ميكروپمپ الكتروليزي با استفاده از روش الكتروفرمينگ ساخته و مورد مشخصه يابي قرار گرفته است. روش الكتروفرمينگ مبتني بر ايجاد رسوب فلزي با استفاده از روش الكتروشيميايي ميباشد. در بخش اول از اين تحقيق، ميكروپمپ الكتروليزي با استفاده از سيستم الكتروفرمينگ مس ساخته شده و در نهايت به همراه يك الكترود ثابت مونتاژ و مورد مشخصه‌يابي قرار گرفته است. نتايج اندازه گيري دبي خروجي ميكروپمپ و مدلسازي رگرسيون انجام شده نشان دهنده آن است كه پتانسيل الكتريكي اعمالي به ميكروپمپ كه عامل توليد گاز هيدروژن و ايجاد رانش سيال خروجي پمپ است به صورت خطي با دبي پمپ مرتبط است. در بخش دوم اين تحقيق، زبري سطحي كاتد توسط روش الكتروفرمينگ به عنوان متغيرِ اثر گذار بر مشخصۀ ميكروپمپ مورد بررسي قرار گرفته است. با استفاده از روش فاكتور كامل آزمايشها براي چهار متغير اين فرآيند شامل پتانسيل الكتريكي، محتواي سولفاتِ مسِ محلولِ الكتروليت، زمان فرآيند پوشش دهي و وجود يا عدم وجود ذرات كامپوزيتي هر كدام در دو سطح، شانزده آزمايش طراحي شده است. پس از توليد الكترودها، زبري سطح همه نمونه‌ها اندازه‌گيري شده و با استفاده از روش تحليل پارتو و رگرسيون مدلسازي شده است. نتايج تحليل پارتو بيانگر اين واقعيت است كه هريك از پارامترهاي زبري كه جهت توصيف سطح مد نظر قرار گرفته است، نسبت به فاكتورهاي ورودي كه همان چهار فاكتور متغير در طراحي آزمايشها هستند، با مقادير مخصوص به خود، تاثير‌پذير است. در نهايت هر الكترود در ميكروپمپ مونتاژ شده و دبي خروجي آن اندازه‌گيري شده است. نتايج بيانگر اين واقعيت است كه زبري سطحي نمونه هاي توليد شده بر تكرار پذيري تزريق سيال توسط ميكرو پمپ الكتروليزي تاثير گذار بوده است. مقادير بهينه براي هر يك از پارامترها مشخص شده است. با توجه به وابسته بودن دبي خروجي به پتانسيل الكتريكي اعمالي، يك مدار توليد كننده پالس الكتريكي معرفي و ساخته شده است. همچنين دبي ميكروپمپ الكتروليزي، با استفاده از بهترين الكترود از ديدگاه تكرار پذيري، تحت اثر ولتاژ پالسي اندازه‌گيري و گزارش شده است. در نهايت از سطحِ دو الكترود كه كمترين و بيشترين تكرار پذيري را نسبت به ديگر الكترودها داشته اند با استفاده از ميكروسكوپ الكترون روبشي تصوير‌برداري انجام شده و بافت سطحي آنها مورد بررسي قرار گرفته و توصيف شده است. اين تصاوير بيانگر آن است كه سطح الكترودي كه توان ايجاد دبي سيال با بالاترين تكرارپذيري را داشته است، داراي سطحي زبر و با ساختاري درختي شكل ميباشد. در نهايت براي مشاهده نحوه توليد و جدايش حباب‌هاي هيدروژن از سطح كاتد، خارج از بدنه ميكروپمپ، قوي‌ترين و ضعيف‌ترين الكترود در حين فرآيند توليد حباب، تصوير برداري شده‌اند. تصاوير نشان‌دهنده آن است كه حباب‌هاي ايجاد شده بر روي سطحِ بهترين الكترود پس از تشكيل به سرعت از سطح جدا شده اما حباب‌هاي هيدروژن بر روي سطح ديگر الكترود پس از تشكيل سطح را رها نكرده و بر روي آن رشد ميكند. اين رشد حباب‌هاي بزرگ باعث عايق شدن سطحِ الكترود شده و باعث كاهش تكرارپذيري خواهد شد. همچنين حداكثر فشار قابل توليد توسط ميكروپمپ با استفاده از تجهيز ساخته شده اندازه‌گيري و برآورد شده است. در نهايت با تغيير فرمِ بدنه ميكروپمپ الكتروليزي از استوانه‌اي به مخروطي، كه ساخت آن با استفاده از مندرل پارافيني به همراه فرآيند هادي‌كردن سطح با استفاده از پودر مس انجام شده است، نحوه تغييرات جريان الكتريكي در حين تزريقِ ميكروپمپ اندازه‌گيري شده است. نتايج بيانگر ايجاد يكنواختي بيشتر در ميزان جريان الكتريكي مصرفي و دبي خروجي ميكروپمپ الكتروليزي ميباشد.
چكيده انگليسي :
Electrolytic micropumps have the ability to inject fluid in small volumes. Each electrolytic micropump includes anode, cathode and electrolyte elements. In this research, an electrolytic micropump has been built and characterized using electroforming method. Electroforming method is based on creating a metal deposit using an electrochemical method. In the first part of this research, an electrolytic micropump was made using a copper electroforming system, and finally, it was assembled and characterized with a fixed electrode. The results of micropump output flow measurement and regression modeling show that the electric potential applied to the micropump, which is the cause of hydrogen gas production and pump output fluid drift, is linearly related to the pump flow rate. In the second part of this research, the surface roughness of the cathode has been investigated by the electroforming method as a variable affecting the characteristics of the micropump. Sixteen tests have been designed using the complete factor method of tests for four variables of this process, including electric potential, copper sulfate content of the electrolyte solution, coating process time, and the presence or absence of composite particles each on two surfaces. After producing the electrodes, the surface roughness of all samples has been measured and modeled using Pareto analysis and regression methods. The results of the Pareto analysis show the fact that each of the roughness parameters considered to describe the surface is effective with its own values relative to the input factors, which are the same four variable factors in the design of the experiments. Finally, each electrode was assembled in the micropump and its output flow rate was measured. The results show the fact that the surface roughness of the produced samples has an effect on the repeatability of fluid injection by electrolysis micro pump. The optimal values for each of the parameters have been specified. Considering the dependence of the output flow rate on the applied electric potential, an electric pulse generating circuit has been introduced and built. Also, the flow rate of the electrolysis micro pump, using the best electrode from the point of view of repeatability, has been measured and reported under the effect of pulsed voltage. Finally, the surface of the two electrodes, which have the least and the most repeatability compared to other electrodes, were photographed using a scanning electron microscope, and their surface texture was examined and described. These images show that the surface of the electrode, which has the ability to create fluid flow with the highest reproducibility, has a rough surface and a tree-shaped structure. Finally, to observe the production and separation of hydrogen bubbles from the surface of the cathode, outside the body of the micropump, the strongest and weakest electrodes were photographed during the bubble production process. The images show that the bubbles formed on the surface of the best electrode are quickly separated from the surface after formation, but the hydrogen bubbles on the other surface of the electrode do not leave the surface after formation and grow on it. This growth of large bubbles will insulate the electrode surface and reduce repeatability. Also, the maximum pressure that can be produced by the micropump has been measured and estimated using the built equipment. Finally, by changing the shape of the body of the electrolytic micropump from a cylinder to a cone, which was made using a paraffin mandrel along with the process of conducting the surface using copper powder, the way the electric current changes during the injection of the micropump has been measured. The results show more uniformity in the amount of electric current consumed and the output flow rate of the electrolytic micropump.
