<p>Liquid alloy circuitry is an exciting new field of research. It is one of the technologies that strives to make a commercial production of reliable, stretchable circuits possible. The making of liquid alloy circuits is, today, a somewhat tedious handicraft that is time-consuming and not suited for mass production. In this diploma thesis a new method to produce liquid alloy circuitry is presented; print and roll. The circuits consists of Galinstan paths embedded in polydimethylsiloxane (PDMS). Conductive paths are printed in a two step sequence on semi-cured PDMS and then covered with uncured PDMS and exposed to a final curing step. Print and roll produces circuits that are of equal quality as the circuits made with the old method, with a speed and ease superior to the old method. Furthermore advantages and disadvantages with printing on partly cured PDMS substrates are discussed. Partly cured PDMS substrates is important for the print and roll process since it enables the use of uncured PDMS to cover the printed circuit. Using uncured PDMS as a cover-material makes it possible to print the circuits on flat substrates and to use a pick and place machine to place components on the circuit-paths. Some tests with pick and place placing of both large and small components were conducted with varying results.</p>

Liquid alloy circuitry is an exciting new field of research. It is one of the technologies that strives to make a commercial production of reliable, stretchable circuits possible. The making of liquid alloy circuits is, today, a somewhat tedious handicraft that is time-consuming and not suited for mass production. In this diploma thesis a new method to produce liquid alloy circuitry is presented; print and roll. The circuits consists of Galinstan paths embedded in polydimethylsiloxane (PDMS). Conductive paths are printed in a two step sequence on semi-cured PDMS and then covered with uncured PDMS and exposed to a final curing step. Print and roll produces circuits that are of equal quality as the circuits made with the old method, with a speed and ease superior to the old method. Furthermore advantages and disadvantages with printing on partly cured PDMS substrates are discussed. Partly cured PDMS substrates is important for the print and roll process since it enables the use of uncured PDMS to cover the printed circuit. Using uncured PDMS as a cover-material makes it possible to print the circuits on flat substrates and to use a pick and place machine to place components on the circuit-paths. Some tests with pick and place placing of both large and small components were conducted with varying results.

Sous l'effet combiné de la rotation rapide et de l'interaction gravitationnelle avec une lune avoisinante, un corps céleste est elliptiquement déformé (marées). Dans les zones liquides à l'intérieur de la planète, cette déformation rend les lignes de courant elliptiques. Cet écoulement elliptique peut être instable, et des ondes inertielles peuvent croître à des amplitudes importantes. Ce mécanisme offre donc un alternatif à la convection pour exciter des écoulements dans les intérieurs planétaires, et donc aussi pour la génération du champ magnétique par effet dynamo. En première instance, il est important de mieux comprendre comment l'écoulement elliptique évolue après sa déstabilisation initiale. Nous proposons un modèle théorique, et nous étudions les scénarios de transition vers des écoulements de plus en plus complexes dans un système modèle en géométrie cylindrique. Nous mettons en place une expérience qui vise à étudier le même problématique, utilisant un métal liquide comme fluide, et mettant l'ensemble sous champ. Nous montrons qu'il est possible de se servir du champ magnétique induit comme méthode de détection des écoulements excités par l'instabilité. A champ magnétique imposé fort, la force de Lorentz devient non-négligeable et nous montrons comment celle-ci agit sur l'instabilité elliptique. Des études en géométrie cylindrique et sphéroïdales sont présentées. Le problème de la dynamo elliptique est de grande importance à l'échelle géophysique. Par une approche numérique, nous trouvons que les ondes inertielles, peuvent exciter une dynamo. Nous proposons une modélisation théorique pour le mécanisme de la dynamo d'ondes inertielles.

No description available.

Since Wilhelm C. Röntgen discovered the x-rays in 1895 little has been done to improve the x-ray technology. In 2003 a group of scientists at KTH Royal Institute of Technology suggested a new type of x-ray source, namely a liquid metal jet x-ray source. The solid anode in the original source was changed to a liquid metal jet anode. This concept was commercialized by Excillum AB as the MetalJet in 2007. It is important that the x-ray beam is stable to obtain clear x-ray pictures demanding that the metal jet is non-fluctuating. The nozzle and the pump are the two parts in the system affects the metal jet the most. Today a diaphragm pump is used which give rise to a pulsating flow in the liquid. This report will investigate what different pump types exist and what pump types are suitable to pump a liquid metal for this application. A smaller investigation will take place to see if there is an off-the-shelf pump which can be put in the system directly. From the weighted evaluation of pump types it was found that all but one type of electromagnetic pumps, thermoelectric pumps and canned motor pumps are the most suitable pump types to be used in this application. From the smaller investigation into off-the-shelf pump it was concluded that some customization of the considered pump is necessary before the pump can be integrated into the system directly. Mostly, the customization regards material choice. / Lite har gjorts för att utveckla röntgenkällor sedan Wilhelm C. Röntgen upptäckte röntgenstrålning 1895. År 2003 föreslog en grupp med forskare på KTH en ny typ av röntgenkälla, nämligen en flytande metall röntgenkälla. Den solida anoden som vanligen används i röntgenkällor är utbytt mot en jetstråle av flytande metall istället. Detta koncept kommersialiserades av Excillum AB 2007. För att kunna ta tydliga röntgenbilder är det nödvändigt att röntgenstrålen är stabil vilket betyder att jetstrålen inte kan fluktuera. Två delar i systemet påverkar jetten mer än andra och de är munstycket och pumpen. I dagsläget används en membranpump som ger upphov till ett pulserade flöde i metallen. Den här rapporten undersöker vad det finns för olika pumptyper och vilka pumptyper som är mest lämpade för en denna applikation. En mindre undersökning kommer också göras för att undersöka om det finns en pump som kan plockas direkt från hyllan och integreras i systemet. Utifrån en viktad utvärdering av de funna pumptyperna kunde slutsatsen att alla utom en typ av elektromagnetiska pumpar, termoelektriska pumpar och ”canned motor” pumpar är mest lämpade för den här applikationen. Från den mindre undersökning stod det klart att det inte fanns en pump som kunde plockas från hyllan för att integreras i systemet direkt. Mestadels var det materialvalet som var den begränsande faktorn och måste ändras.

L’apparition des objets connectés intelligents dont nous sommes les témoins depuis quelques années a généré un besoin croissant d’antennes à bas coût et énergétiquement sobres. La capacité d’effectuer à la volée une mise en forme du faisceau où sa reconfiguration est une propriété particulièrement intéressante, qui pourrait permettre à l’objet intelligent d’effectuer des tâches telles que la surveillance de zone par exemple ou bien d’optimiser son bilan de liaison en ne visant qu’une seule direction de l’espace. Cela pourrait également mener à un accroissement de l’autonomie de l’objet, via une diminution de sa consommation énergétique, voir à le rendre totalement indépendant s’il devient suffisamment économe pour envisager son alimentation via des systèmes de récupération d’énergie. C’est dans ce contexte que nous proposons ici une nouvelle architecture d’antenne reconfigurable, capable d’un balayage de faisceau sur 360° degrés et basée sur l’utilisation de métal liquide au sein d’un système d’actionnement microfluidique. Dans le premier chapitre, nous ferons une rapide présentation des deux principales technologies de balayage de faisceau utilisées aujourd’hui avant d’étudier les diverses techniques de déplacement de métal liquide utilisées et documentées dans la littérature. L’objectif de ce travail est de sélectionner la technique la plus adaptée à nos besoins. Dans le second chapitre, nous proposerons les deux designs d’antennes envisagés pour notre système, basés sur l’architecture Yagi-Uda. Nous discuterons des avantages et inconvénients de chacun afin d’en sélectionner un qui sera examiné plus en avant dans le chapitre suivant. Dans le troisième chapitre, nous étudierons, à l’aide de simulations électromagnétiques, les performances du design d’antenne sélectionné dans le but de justifier notre choix. Cette étude se concentrera sur l’implémentation graduelle de la complexité du design retenu, en partant d’un système très théorique pour aboutir à une émulation très proche de ce que pourrait être un prototype final. Finalement, dans le quatrième et dernier chapitre nous considérerons deux preuves de concept du système complet ainsi que leurs différentes techniques de fabrications. Étant donné le fait que chaque preuve de concept se concentre soit sur l’aspect RF ou fluidique du système, nous étudierons aussi leurs performances respectives. Nous détaillerons également le développement de certains procédés de fabrication spécifiques utilisés pour réaliser les briques de base, en particulier les objets micro-fluidiques. Ce chapitre nous permet de conclure positivement cette étude de la faisabilité du concept proposé et développé dans ce travail. / The advent of autonomous connected smart objects we are witnessing since a few years has generated a growing need for low cost and energetically sober reconfigurable antennas. The ability to perform on the fly beam shaping and re-configuration is a particularly interesting property which would allow the smart object to perform task such as area surveillance for example and to optimize its link budget by targeting a specific direction of space. This could also allow the increase of the object’s autonomy, through a diminution of its power consumption, or even to render it fully autonomous if it becomes sober enough to envision the use of energy harvesting systems. It is in this context that we propose here a new reconfigurable antenna architecture, capable of 360° beam steering, based on the use of liquid metal within a microfluidic actuation system.In the first chapter, we will do a quick presentation of today’s two main beam steering technics used for antennas before studying the various used and documented technics of liquid metal displacement used in the literature for RF applications. The objective is to single out the better suited one to our requirements.In the second chapter, we will propose the two antenna designs envisioned for our system, based on the Yagi-Uda architecture. We will discuss the advantages and drawbacks of each in order to select one design which will be more closely investigated on the following chapter.In the third chapter, we will study, with the help of electromagnetic simulations, the performances of this selected antenna design in order to justify our choice. This study will focus on the gradual complexity implementation of the chosen design, from a very theoretical system to one very close to what a final prototype would be. Finally, in the fourth and last chapter we will consider two proofs of concept of the complete system and their various fabrications technics. Given that each proof of concept focus either on the RF or the fluidic aspect of the system, we will investigate their performances. We will also detail the development of some of the specific fabrication processes used for the basic building blocks, especially for the fluidic objects. This chapter allow us to conclude positively this study on the feasibility of this concept which was proposed and developed in this work.

abstract: Advancements in thermal interface materials (TIMs) allows for the creation of new and more powerful electronics as they increase the heat transfer from the component to the heat sink. Current industrial options provide decent heat transfer, but the creation of TIMs with higher thermal conductivities is needed. In addition, if these TIMs are elastic in nature, their effectiveness can greatly increase as they can deal with changing interfaces without degradation of their properties. The research performed delves into this idea, creating elastic TIMs using liquid metal (LM), in this case galinstan, along with other matrix particles embedded in Polydimethylsiloxane (PDMS) to create an easy to use, relatively inexpensive, thermally conductive, but electrically insulative, pad with increased thermal conductivity from industrial solutions. The pads were created using varying amounts of LM and matrix materials ranging from copper microspheres to diamond powder mixed into PDMS using a high-speed mixer. The material was then cast into molds and cured to create the pads. Once the pads were created, the difficulty came in quantifying their thermal properties. A stepped bar apparatus (SBA) following ASTM D5470 was created to measure the thermal resistance of the pads but it was determined that thermal conductivity was a more usable metric of the pads’ performance. This meant that the pad’s in-situ thickness was needed during testing, prompting the installation of a linear encoder to measure the thickness. The design and analysis of the necessary modification and proposed future design is further detailed in the following paper. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Mechanical Engineering 2017

Profound sensorineural hearing loss is at the present time a major worldwide health concern, affecting over 5% of the worlds' population. Through cochlear implants (CI), treatment of sensorineural hearing loss now offers the possibility to restore hearing function through electrical stimulation of auditory nerves. Treatment is based on the surgical implantation of a thin, flexible array of microelectrodes into the cochlea. Nevertheless, availability of the treatment is limited due to high costs, and surgical insertion is associated with a high risk of trauma to the fragile soft tissue of the cochlea. At the heart of this thesis lies the proposition that these two problems may be addressed by the development of a novel type of cochlear implant founded on batch-producible, stretchable printed circuit board (PCB) technology. As an alternative to conventional cochlear implant fabrication, this thesis presents a fabrication process based on batch-producible stretchable PCB, featuring liquid alloy microchannels in place of solid metallic wire conductors. A series of proof-of-concept prototypes were designed, fabricated and evaluated. According to results obtained from evaluation of the prototypes, certain steps in the fabrication process were later revisited and improved upon. Preliminary prototype fabrication yielded batches of thin flexible cone-shaped electrode arrays designed for in-vivo evaluation in guinea-pig cochleae. In-vitro evaluation in 3D-printed cochlea models revealed that the prototypes were sufficiently thin and compliant for insertion 23 mm deep into a human cochlea and 4-6 mm into a guinea-pig cochlea, comparable to commercially available counterparts. Characterization of prototype test devices by optical microscopy, optical interferometry and resistance measurements revealed a high inherent variability in the developed fabrication process. In order to ensure consistently adequate quality, further improvement must be done. In particular, results of this work suggest that the deposition of liquid alloy involved in stretchable PCB fabrication should be automated to minimize uncertainty in the deposited liquid alloy thickness and thus enable further miniaturization of the stretchable PCB. Future efforts to successfully produce and integrate electrodes from soft materials, e.g. conductive polymer, liquid alloy or conductive hydrogels are highly recommended to further reduce implant stiffness.

La multiplication des besoins des utilisateurs dans le domaine des télécommunications a conduit à une surexploitation du spectre de fréquence. Ceci a engendré la raréfaction des bandes de fréquence conduisant à une nécessité de gestion rationnelle des fréquences. Des contraintes ont été rajoutées aux systèmes d’émission / réception et en particulier sur les filtres pour éviter la saturation des services. Dans cette thèse, les travaux s’orientent surtout vers la conception de résonateurs, de filtres planaires et volumiques (3D) accordables dans le domaine des fréquences millimétriques (>= 30 GHz) en utilisant une nouvelle technique d’accordabilité basée sur des principes microfluidiques. Il s’agit d’une nouvelle approche d’agilité qui consiste à faire circuler de la matière (liquides conducteur, diélectrique ou magnétique) dans un substrat diélectrique par le biais de micro canaux. Le substrat diélectrique utilisé, est une résine SU-8 qui offre une souplesse dans la réalisation des micros canaux et des structures volumiques grâce à son bon facteur de forme (≈ 50%). La circulation de liquides dans le substrat, permet de modifier localement les propriétés électromagnétiques du milieu, ce qui conduit à une modification de la fréquence de résonance du dispositif. / The proliferation of user needs in the field of telecommunications, has led to overexploitation of the frequency spectrum. This led to the scarcity of frequency bands leading to a need for efficient management of frequencies. Constraints were added to the transmitting / receiving systems and in particular on the filters to prevent the saturation of the services. In this thesis, work is mainly oriented towards the design of resonators, planar and volumetric (3D) tunable filters in the field of millimeter wave frequencies (> = 30 GHz) using a new tunable technique which is microfluidic. This is a new approach to agility which consists of circulating the material (conductive, dielectric or magnetic liquids) in a dielectric substrate through micro channels. The dielectric substrate used is a resin SU-8 which provides flexibility in the implementation of microchannels and volumetric structures thanks to its good form factor (≈ 50%). The circulation of fluid in the substrate allows to locally modifying the electromagnetic properties of the medium. This leads to a change in the resonant frequency of the device.

La multiplication des besoins des utilisateurs dans le domaine des télécommunications a conduit à une surexploitation du spectre de fréquence. Ceci a engendré la raréfaction des bandes de fréquence conduisant à une nécessité de gestion rationnelle des fréquences. Des contraintes ont été rajoutées aux systèmes d'émission / réception et en particulier sur les filtres pour éviter la saturation des services. Dans cette thèse, les travaux s'orientent surtout vers la conception de résonateurs, de filtres planaires et volumiques (3D) accordables dans le domaine des fréquences millimétriques (>= 30 GHz) en utilisant une nouvelle technique d'accordabilité basée sur des principes microfluidiques. Il s'agit d'une nouvelle approche d'agilité qui consiste à faire circuler de la matière (liquides conducteur, diélectrique ou magnétique) dans un substrat diélectrique par le biais de micro canaux. Le substrat diélectrique utilisé, est une résine SU-8 qui offre une souplesse dans la réalisation des micros canaux et des structures volumiques grâce à son bon facteur de forme (≈ 50%). La circulation de liquides dans le substrat, permet de modifier localement les propriétés électromagnétiques du milieu, ce qui conduit à une modification de la fréquence de résonance du dispositif.