Publicação
Eletrónica para controlo de atuadores piezoelétricos para incorporação num sistema microfluídico multiplexer
| Resumo: | Os sistemas microeletromecânicos (MEMS), com técnicas de fabrico cada vez mais evoluídas, possibilitam o fabrico de dispositivos de alto desempenho, baixo consumo de energia e dimensões miniaturizadas. Estes sistemas podem ser utilizados nas mais diversas áreas, nomeadamente em microfluídica para a área biomédica, onde podem, por exemplo, ser aplicados e integrados em sistemas de diagnóstico baseados em biossensores. Nesse sentido, e visando a possibilidade de integração de atuadores piezoelétricos nesses dispositivos, quer como microválvulas quer como microbombas, surgiu o interesse da realização do presente trabalho, que se foca no desenvolvimento da eletrónica de atuação para elementos piezoelétricos para futura incorporação em sistemas microfluídicos. No presente trabalho, desenvolveu-se assim um circuito de atuação para elementos piezoelétricos, composto por um oscilador de tensão, controlado para atuar o transdutor a diferentes frequências e amplitudes, um circuito amplificador não inversor para aumentar a tensão do sinal de atuação e um circuito de adaptação de impedâncias, de forma a otimizar a transferência de potência entre a eletrónica de atuação e os filmes piezoelétricos. Caracterizaram-se dois tipos de transdutores piezoelétricos, o Titanato Zirconato de Chumbo (PZT) e o Poli(Fluoreto de Vinilideno) (PVDF), através de simulação numérica no software COMSOL Multiphysics e experimentalmente, determinando-se as melhores condições de atuação destes transdutores. Foi analisado o efeito do material dos transdutores, da amplitude e frequência de atuação e da distância ao transdutor, tendo sido observada uma melhor atuação próxima da frequência de ressonância dos transdutores utilizados, assim como um decaimento do sinal acústico com a distância ao transdutor. Por fim, de modo a analisar o potencial destes transdutores para aplicações em microfluídica, foi ainda monitorizada a agitação acústica, isto é, a movimentação de partículas em água com e sem a atuação de transdutores piezoelétricos. Observou-se que, com as ondas acústicas geradas pelos atuadores piezoelétricos, se verificou uma agitação das partículas bastante superior, provando o potencial destes transdutores para controlo do movimento dos fluidos, quer à macro quer à microescala, para aplicações microfluídicas. |
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| Autores principais: | Martins, Carlos Alberto da Silva |
| Assunto: | Atuadores Microfluídica Piezoeletricidade PVDF PZT Actuators Microfluidics Piezoelectricity |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Os sistemas microeletromecânicos (MEMS), com técnicas de fabrico cada vez mais evoluídas, possibilitam o fabrico de dispositivos de alto desempenho, baixo consumo de energia e dimensões miniaturizadas. Estes sistemas podem ser utilizados nas mais diversas áreas, nomeadamente em microfluídica para a área biomédica, onde podem, por exemplo, ser aplicados e integrados em sistemas de diagnóstico baseados em biossensores. Nesse sentido, e visando a possibilidade de integração de atuadores piezoelétricos nesses dispositivos, quer como microválvulas quer como microbombas, surgiu o interesse da realização do presente trabalho, que se foca no desenvolvimento da eletrónica de atuação para elementos piezoelétricos para futura incorporação em sistemas microfluídicos. No presente trabalho, desenvolveu-se assim um circuito de atuação para elementos piezoelétricos, composto por um oscilador de tensão, controlado para atuar o transdutor a diferentes frequências e amplitudes, um circuito amplificador não inversor para aumentar a tensão do sinal de atuação e um circuito de adaptação de impedâncias, de forma a otimizar a transferência de potência entre a eletrónica de atuação e os filmes piezoelétricos. Caracterizaram-se dois tipos de transdutores piezoelétricos, o Titanato Zirconato de Chumbo (PZT) e o Poli(Fluoreto de Vinilideno) (PVDF), através de simulação numérica no software COMSOL Multiphysics e experimentalmente, determinando-se as melhores condições de atuação destes transdutores. Foi analisado o efeito do material dos transdutores, da amplitude e frequência de atuação e da distância ao transdutor, tendo sido observada uma melhor atuação próxima da frequência de ressonância dos transdutores utilizados, assim como um decaimento do sinal acústico com a distância ao transdutor. Por fim, de modo a analisar o potencial destes transdutores para aplicações em microfluídica, foi ainda monitorizada a agitação acústica, isto é, a movimentação de partículas em água com e sem a atuação de transdutores piezoelétricos. Observou-se que, com as ondas acústicas geradas pelos atuadores piezoelétricos, se verificou uma agitação das partículas bastante superior, provando o potencial destes transdutores para controlo do movimento dos fluidos, quer à macro quer à microescala, para aplicações microfluídicas. |
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