Wij stellen hier een methode voor coating het oppervlak van een akoestische oppervlaktegolf (SAW) apparaat met amorf Teflon film ter verbetering van de efficiëntie van de verneveling vereist voor toepassing op een olfactorische display.
Aangezien de reukzin is een belangrijke betekenis in menselijke interfaces, hebben we een olfactorische display met behulp van een verstuiver akoestische oppervlaktegolf (SAW) en micro-dispensers. In dit olfactorische display is de efficiëntie van verneveling belangrijk om te voorkomen dat geur persistentie problemen vaak in menselijke olfactorische interfaces. Dus, is het apparaat SAW bedekt met amorf Teflon film aard te veranderen het substraat van hydrofiele te hydrophobic. Het is ook noodzakelijk om te silanize het piëzo-elektrische substraat oppervlak vóór Teflon coating ter verbetering van de hechting van de film. Een dip coating methode werd aangenomen met het oog op een uniforme coating op het substraat. De high-speed magneetventiel gewend was als micro-dispenser tuit een vloeibare druppel aan het apparaatoppervlak SAW, aangezien de nauwkeurigheid en de reproduceerbaarheid hoog waren. Vervolgens werd de verneveling gemakkelijker op de hydrofobe coating. In deze studie werd de amorfe Teflon coating voor het minimaliseren van de resterende vloeistof op de drager vervagen na verneveling bestudeerd. Het doel van het protocol hier beschreven is te laten zien van de methoden voor het aanbrengen van een SAW apparaatoppervlak met amorf Teflon film en het genereren van de geur met behulp van de SAW-verstuiver en een micro-dispenser, gevolgd door een zintuiglijke test.
Hoewel apparaten voor stimulerende visuele en auditieve zintuigen populair zijn, presenteren we kunnen niet alle gewaarwordingen die we waarnemen; we kunnen echter gewoonlijk een sensatie met behulp van alleen deze twee zintuigen presenteren. Een olfactorische display is een gadget die een geur kunt voorstellen, en het wordt gebruikt in virtuele werkelijkheid, zodat een gebruiker kan het waarnemen van geuren1,2,3,4,5,6, 7. Aangezien olfaction aan emoties sterk bijdraagt, is een olfactorische stimulans onmisbaar voor het verbeteren van de werkelijkheid. Wij hebben eerder bestudeerd films, animaties en spelletjes met geuren8,9.
Verschillende onderzoekers hebben bestudeerd olfactorische displays; Yanagida heeft bijvoorbeeld een geur-projector die een geur aan een bepaalde persoon, levert zelfs wanneer niemand rondom hem of haar het1 zietbestudeerd. Yamada et al. hebben een geur bron lokalisatie in de virtuele ruimte met behulp van een eenvoudige Gaussiaanse distributiemodel van geur concentratie2bestudeerd. Kim et al. hebben het concept van twee-dimensionale arrays van geur-releasing apparaten 3voorgesteld. Bovendien zijn eenvoudig draagbaar olfactorische displays en de ultrasone phased array voor het beheersen van de richting van deze geuren voorgestelde4,5,6.
Een van de problemen in de olfactorische weergave is de hardnekkigheid van de geur. Een gebruiker kan de geur detecteren, zelfs nadat het is bedoeld om te worden gewijzigd in de lucht of een andere geur. Aangezien het verdient de voorkeur om te schakelen tussen geuren zo spoedig mogelijk in virtuele werkelijkheid, moet de geur persistentie probleem worden onderzocht.
Wij hebben de olfactorische vertoning met een functie van veel ingrediënten mengen bestudeerd. Eerder ontwikkelden we dit systeem magneetafsluiters met high-speed switch10. Hoewel het stabiel veel ingrediënten combineert, kunnen we niet nog oplossen het probleem van de persistentie van de geur. Daarom ontwikkelden we hebben sindsdien de olfactorische weergave met behulp van micro-dispensers en een SAW verstuiver11. Hoewel soortgelijke technieken zijn gebruikt om te manipuleren vloeibare druppeltjes12,13,14, wij toegepast om de geur van de generatie. De SAW-apparaat is geschikt voor atomizing van vloeibare druppeltjes, aangezien het vloeibare druppeltjes vernevelen kan onmiddellijk15,16; we hebben echter gevonden dat kleine vloeibare druppeltjes op een piëzo-elektrische substraat na de verneveling blijven. Deze kleine vloeibare druppeltjes veroorzaken geur persistentie, zelfs als de meeste van de vloeistof wordt verstoven.
Typisch, een parfum is opgelost in een oplosmiddel zoals ethanol te verlagen van de viscositeit. Echter verdunde parfum verspreidt zich over het oppervlak van een piëzo-elektrische substraat vanwege het hydrofiele karakter, en de verneveling efficiëntie verslechtert als dunne laag verspreidt. Dus, een deel van de vloeistof blijft zelfs na verneveling, die niet kan worden verwijderd, zelfs als RF vermogen verhoogt. Omdat het oplosmiddel verdampt snel na, alleen de parfum blijft op en houdt vast aan het substraat.
In deze studie jas wij het oppervlak van een piëzo-elektrische substraat met dunne amorf Teflon laag, dus wordt het hydrofobe in de natuur. Aangezien we de droplet-achtige sfeer op de hydrofobe oppervlak houden kunnen, vermindert de energie die nodig is voor het loskoppelen van de vloeistof uit het oppervlak van het substraat. Verwacht wordt dat een verneveling-efficiëntie wordt verbeterd wanneer het scherm van SAW apparaat hydrofobe wordt. Het algemene doel van deze methode is de verneveling om efficiëntie te verbeteren zodat een geur onmiddellijk wordt gepresenteerd en snel na de indiening verdwijnen kan, uiteindelijk voor toepassing op olfactorische weergeven. In dit document, we laten zien hoe een SAW-apparaat is bedekt met een amorfe Teflon film en aantonen van verbetering van de efficiëntie van de verneveling en haar experimentele resultaten werden beschreven in de referentie-17.
Een van de belangrijkste componenten in deze studie is de micro-dispenser gemaakt van een snelle solenoïde ventiel18,19. Figuur 8a toont het principe van deze micro-dispenser. De plunjer werd gedreven door een elektromagnetische spoel. De uitlaat volledig is gesloten door de plunjer in de OFF-fase. De plunjer snel gaat naar tekenen vloeistof vooraan tijdens een korte op fase, dan keert terug naar de oorspronkelijke locatie en stralen een kleine vloeibare druppel uit een opening van de magneetklep, die wordt gedreven door het circuit weergegeven in Figuur 8. Het bedrag van een vloeibare druppel is een paar nanoliters. De frequentie van de klep is tussen 1 en 1000 Hz, de minimale pulsbreedte is 0.5 ms, en het werkt veel sneller dan een typische magneetventiel. De typische afstand tussen de opening van de magneetklep en het substraat was 15 mm. Deze studie toonde aan dat de hoeveelheid vloeistof nauwkeurig en reproduceerbaar zijn is; Bovendien is het robuuste tegen bubbels.
Geur persistentie drastisch kan worden verminderd als gevolg van amorfe Teflon coatingwhen een olfactorische weergave gebaseerd bij een SAW verstuiver wordt gebruikt21. Dit kan verder worden verbeterd wanneer een kanaal gewijd aan het leveren van oplosmiddelen op het oppervlak van het substraat voor het reinigen wordt gebruikt.
De kritieke stap in protocol is de frequentie van de excitatie van de verstuiver handmatig aanpassen, wanneer het afwijkt van de optimale. Dit moet worden automatisch uitgevoerd in de toekomst. Een wijziging van het eerste protocol was om op te nemen van het silanization-proces sinds Teflon coating zelf zonder silanization was verstoven.
Er zijn twee resterende kwesties die deze techniek, namelijk het probleem van de staande golf beperken. De staande golf wordt gegenereerd wanneer de reflectie vindt plaats aan de rand van het substraat. Aangezien antinode en knooppunt verschijnt periodiek, wordt verneveling zwak op het knooppunt. Hoewel we een siliconen-gel gebruiken om te onderdrukken de staande golf, is dit niet voldoende. Een beter materiaal om te absorberen de akoestische energie is nodig.
De tweede beperking is de duurzaamheid van de Teflon coating. De Teflon coating deels is verwijderd na het atomizing van een vloeistof vele malen. Aangezien de huidige voorwaarde voor coating is niet uitgebreid bestudeerd, kunnen de auteurs optimaliseren om uit te breiden van de duurzaamheid van Teflon coating.
Toch, de betekenis van het protocol met betrekking tot bestaande methoden is de vermindering van de resterende vloeistof na verneveling op een oppervlak met coating t.o.v. zonder coating. Dus, de persistentie van de geur is drastisch verminderd aangezien17elders beschreven. Met behulp van dit apparaat SAW, werd demonstratie van de olfactorische display uitgevoerd. De acht-component olfactorische display om aan te tonen van cassis, oranje, whisky en hun mengsel werden gepresenteerd aan een gebruiker met het hoofd Mount weergeven (Figuur 9)19. In deze situatie een SAW-apparaat met de voorgestelde coating werkt goed aan het onderdrukken van de persistentie van de geur, die anders kan de kwaliteit van de geur presentatie aanzienlijk verslechteren.
De hier beschreven techniek is belangrijk voor olfactorische weergave. De SAW verstuiver geldt bovendien voor een vernevelaar voor medisch gebruik en electrospray ionisatie voor massaspectrometrie. De verneveling-efficiëntie is ook vereist in die toepassingen.
The authors have nothing to disclose.
Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door JST Mirai program, Grant nummer JPMJMI17DD.
SAW device | Lightom | Custom-made | |
Network analyzer | SDR-kits | DG84AQ VNWA 3E | |
Dip coater | Aiden | DC4300 | |
Silane coupling agent | Shin-etsu Chemical | KBE 903 | |
Cytop amorphous teflon coating | Asahi glass | CT107MK | |
Solvent for diluting cytop coating | Asahi glass | CT-SOLV100K | |
Solenoid valve | Lee | INKA2438510H | |
Transistor array | Texas Instrument | ULN2803A | |
RF power amplifier | Mini-Circuits | ZHL-5W-1 | |
Digital camera | Panasonic Corp | DMC-FZ300 | |
Head Mount Display | Occulus | Occulus Rift Headset | |
Hot plate | As One | HHP-170A |