Je leest:

Minimotor met belletjes

Minimotor met belletjes

Promovendus Dennis van den Broek van de Universiteit Twente ontwikkelde een nieuw type miniatuurmotor, niet groter dan een waterdruppel. De ‘motor’ zet de energie die vrijkomt bij explosieve verdamping om in beweging. Dit proces kan bijvoorbeeld vloeistof rondpompen op een laboratorium ter grootte van een chip.

Een motor, of actuator, is een apparaat dat energie, zoals magnetische of warmte-energie, omzet in een beweging. De laatste jaren proberen wetenschappers vooral actuatoren te ontwikkelen die kleiner zijn dan het oog, de microactuatoren. Er zijn veel verschillende soorten, elk met zijn eigen voor- en nadelen. Vaak zijn ze snel of krachtig, maar hebben ze niet beide eigenschappen. De actuator van Van den Broek heeft hier geen last van.

De microactuator die Van den Broek ontwikkelde bestaat uit een met vloeistof gevulde holte (bijvoorbeeld ethanol), met onderin een verwarmer. De holte is afgesloten door een membraan, een dun vliesje dat het systeem sluit. Actuatoren vind je onder andere terug in de ‘lab-on-a-chip’, een klein chemisch laboratorium ter grootte van een chip. Om vloeistoffen door de kanaaltjes te pompen zijn ook pompjes en kleppen van gelijke grootte nodig. De microactuator die Van den Broek ontwikkelde, kan hier een sleutelrol in vervullen.

Versimpelde versie van de door Van den Broek ontwikkelde microbellenactuator. Door een vloeistof te verwarmen ontstaat een dampbelletje dat een membraan doet bollen. Dit brengt dan een vloeistof of een gas in beweging.

Explosieve verdamping

Om de nieuwe actuator krachtig en snel te maken, gebruikte Van den Broek een veelbelovende techniek die gebaseerd is op explosieve verdamping. Explosieve verdamping vindt plaats wanneer een vloeistof wordt blootgesteld aan een hoge temperatuur. In enkele microseconden bereikt de vloeistof een temperatuur dicht bij het kritisch punt, ver boven het kookpunt onder normale omstandigheden. Bij deze temperatuur verdampt de vloeistof, dat kenmerkt zich door de vorming van een groot aantal belletjes in de vloeistof, zoals water dat kookt.

De ontstane belletjes zullen zich bijna direct samenvoegen tot een damplaag. De druk die daarbij ontstaat, wordt gebruikt om een membraan bol te laten staan. Door de bolling van het membraan komt de bovenliggende vloeistof of gas in beweging.

Lab-on-a-chip

Doordat het ontstaan van bellen plaats vindt in een klein volume, is de actuator snel. Van den Broek stuurde minimaal elke 0,1 milliseconde een warmtepuls door de verwarmer. Dit houdt in dat er 10.000 keer per seconde een bel wordt gevormd en het membraan bol komt te staan. Gecombineerd met de grote druk die gegenereerd kan worden door de hitte, is de actuator ook krachtig.

De nieuwe actuator kan gebruikt worden als een pompje in een micro-fluidisch systeem, waarvan de ‘lab-on-a-chip’ een voorbeeld is. De kanaaltjes, waar de vloeistof doorheen moet stromen wordt door de bolling samengeknepen, waardoor de vloeistof snelheid krijgt. Door genoeg van deze microactuatoren achter elkaar te plaatsen en ze in de juiste volgorde te activeren, blijft de vloeistof stromen.

Dit artikel is een publicatie van Universiteit Twente (UT).
© Universiteit Twente (UT), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 03 november 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.