BOINC.ITALY - TOPIC UFFICIALE PROGETTO μFluids
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Ambito: Fisica e Ingegneria
Home page del progetto
Informazioni generali sul progetto
Introduzione: (tratta e tradotta dal sito ufficiale)
La realizzazione dei circuiti integrati, avvenuta nel 1959, ha portato alla miniaturizzazione ed allo sviluppo di una vasta gamma di dispositivi commerciali e industriali. Tuttavia, questi circuiti in miniatura non sono più limitati ai transistor e ai condensatori. I motori, le valvole e i sensori in miniatura possono essere uniti con i componenti elettronici per formare un sistema completo. Così come i circuiti integrati hanno rivoluzionato l'elettronica, allo stesso modo i MEMS (sistemi microelettromeccanici) rivoluzioneranno le attrezzature mediche, i biosensori e i prodotti consumer del futuro.
Purtroppo i MEMS hanno ancora parecchi ostacoli tecnici ardui da scavalcare. Nell'estremamente piccolo, il comportamento dei fluidi e, in particolare, della tensione superficiale, è molto diverso dal normale. Questa debole forza di superficie guadagna importanza e domina su scala micrometrica a causa dell'alto rapporto tra superficie e volume. Per esempio, la pressione richiesta per spingere una bolla attraverso una micro-canalizzazione circolare in un serbatoio dell'acqua può eccedere i 100 kPa (~1 atmosfera), una pressione ben al di sopra delle specifiche di molte micropompe. Di conseguenza, compiti come riempire una canalizzazione o eliminare una bolla di gas non sono problemi banali. Sfortunanatamente, regole di design per l'esatta geometria di strutture in grado di gestire la microdinamica dei fluidi non esistono ancora.
Le celle a combustibile, come i dispositivi dei MEMS, sono influenzate dai fenomeni di tensione superficiale. I nuovi disegni delle celle comprendono piccolissime canalizzazioni, fino a 5 μm (micron o micrometri), per aumentare il trasporto e migliorare l'efficienza. Tuttavia, sacche di gas si possono formare all'interno delle canalizzazioni delle membrane dell'elettrodo, a causa di rovesciamenti o reazioni chimiche, con conseguente diminuzione dell'efficienza. Queste bolle di gas ostruiscono anche le più piccole scanalature e sono difficili da eliminare. Ricorrere all'utilizzo delle forze capillari, della geometria delle canalizzazioni, o di altri mezzi è un passo necessario per massimizzare le prestazioni e l'affidabilità delle celle.
Scopo del progetto:
Anche se sono stati fatti progressi nella comprensione del fenomeno della micro-capillarità, il design dei componenti dei MEMS non ha tratto vantaggio da queste conoscenze per risolvere le problematiche relative alle fasi di bloccaggio del flusso e riempimento con liquidi delle canalizzazioni e dei relativi raccordi. L'obbiettivo di questo progetto di ricerca è di investigare su come la geometria della canalizzazione e la selezione dei materiali influenzano la formazione, la stabilità e la rottura delle bolle. Verranno analizzate anche le tecniche di modifica della tensione superficiale, come l'electro-wetting e i rivestimenti hydrophobic/hydrophilic. Una volta raggiunti questi target, sarà possibile realizzare MEMS affidabili, semplici e convenienti, grazie a design ottimali ed efficaci tecniche di costruzione.
Altre informazioni ed approfondimenti: (dal sito ufficiale e in inglese)