Ymchwil

Labordy Nodweddu Microdon

Sefydlwyd y Labordy Nodweddu Microdon, a reolir gan y Ganolfan Peirianneg Amledd Uchel (CHFE) yn 1996 ac mae’n galluogi ymchwilwyr i ddefnyddio’r offer nodweddu diweddaraf, yn gweithredu o ychydig i MHz i gannoedd o GHz.  Mae cyfleusterau nodweddu microdon a tonnau-mm datblygedig yn galluogi datblygu, saernïo a dadansoddi’r dyfeisiau, cylchedau a systemau electronig amledd uchel diweddaraf sydd eu hangen ar gyfer y genhedlaeth nesaf o systemau cyfathrebu, lloerennau, radar a dyfeisiau delweddu meddygol.

Nodweddion technegol

Wrth graidd y cyfleuster, ceir pedair system tynnu llwyth harmonig microdon ar gyfer nodweddu signal mawr transistorau amledd uchel, sy’n darparu’r gallu i fesur y tonffurfiau cerrynt a foltedd cynhenid amser real sy’n bodoli mewn dyfeisiau gweithredol.

Mae’r wybodaeth a gynhyrchir yn galluogi techneg a arloeswyd gan CHFE o’r enw “Peirianneg Tonffurfiau”, gan ddarparu gwybodaeth ddylunio allweddol i gefnogi dylunio, datblygu ac optimeiddio technolegau diweddaraf dyfeisiau lled-ddargludydd cyfansawdd microdon a mm-don yn ogystal â’r cylchedau a’r cymwysiadau sy’n eu defnyddio, fel mwyaduron pŵer ynni-effeithlon ar gyfer 5G.

Y mwyaf datblygedig o’n systemau yw ffynhonnell/gallu tynnu llwyth 110-GHz a gaffaelwyd trwy grant Offer Strategol EPSRC, a all nodweddu a rheoli dyfeisiau ‘ar-waffer’. Gall y system unigryw hon fesur tonffurfiau ar lefel dyfais ar amleddau mm-don, gan gefnogi datblygiad pwysig o ran technolegau 5G a 6G yn y dyfodol.

Gan gefnogi gweithgareddau Clwstwr Lled-ddargludyddion Cyfansawdd De Cymru, mae’r Labordy hefyd yn cynnal gallu nodweddu electro-optegol signal bach 130-GHz ar gyfer dyfeisiau ar-waffer.

Cymwysiadau ymarferol

Mae gan y labordy nifer o alluoedd profi Mwyhadur Pŵer, a all nodweddu’r genhedlaeth ddiweddaraf o bensaernïaeth aml-fewnbwn fel Digidol, Doherty, olrhain amlen (ET) a mwyaduron pŵer cytbwys wedi’u modiwleiddio â llwyth (LMBA) a wireddwyd yn defnyddio technegau llunio cylchedau PCB confensiynol a microdon monolithig integredig (MMIC). Gan ddefnyddio’r galluoedd hyn, mae’r CHFE a’i bartneriaid ymchwil wedi gallu datblygu systemau diwifr ynni-effeithlon perfformiad uchel, a’u profi gan ddefnyddio signalau realistig, gan asesu eu gallu i berfformio mewn senarios y byd go iawn.

Labordy Gwyddoniaeth Microdon

Mae cymhwyso technegau peirianneg amledd radio uwch (RF), microdon a mm-don yn cyflwyno atebion i lawer o heriau ymchwil ar draws yr holl ofod cymhwyso gwyddor ffisegol a bywyd.

Mae ein gwaith yn y Labordy Gwyddoniaeth Microdon yn archwilio rhyngweithiadau sylfaenol meysydd trydan a magnetig amledd uchel â deunyddiau, gan alluogi, er enghraifft, synwyryddion pŵer isel newydd sy’n gallu canfod newidiadau bach iawn mewn glwcos yn y gwaed, yn ogystal â chymhwyswyr pŵer uchel i ysgogi’r prosesau ffisegol sydd eu hangen ar gyfer rhyddhau DNA o’r tu mewn i sborau bacteriol.

Mae cysylltiad cryf rhwng y gweithgareddau hyn â’r rhai yn y Labordy Nodweddu Microdon a’r Labordy Microhylifeg Gymhwysol.

Nodweddion technegol

Rheolir y Labordy Gwyddoniaeth Microdon gan y Ganolfan Peirianneg Amledd Uchel (CHFE) ac mae’n galluogi ymchwilwyr o fewn a’r tu allan i Brifysgol Caerdydd ddefnyddio offer o’r radd flaenaf ar gyfer nodweddu deunyddiau a systemau, a modelu rhyngweithiadau maes electromagnetig, o amleddau is-GHz i dros 20GHz, gyda’r potensial i ymestyn i 110GHz yn defnyddio offer o’r Labordy Nodweddu Microdon sydd yn yr un lle.

Mae ein hoffer amledd uchel safonol yn cynnwys tri dadansoddwr rhwydwaith pen desg, pum dadansoddwr rhwydwaith cludadwy (ar gyfer gwaith yn y maes, neu mewn labordai allanol), dadansoddwyr rhwystriant a dadansoddwyr sbectrwm. Mae ein hystafelloedd efelychu yn cynnwys pum trwydded Amlffiseg COMSOL llawn ar gyfer rhyngweithiadau maes EM a modelu maes EM yn gyffredinol, a System Dylunio Uwch Pathwave (ADS) ar gyfer efelychiadau'n seiliedig ar gylched a chyd-efelychiadau EM.

Cymwysiadau ymarferol

Yr hyn sy’n allweddol i’n gweithgareddau yw ein gallu i ddylunio systemau pwrpasol o amgylch y broblem wyddonol y mae angen ymchwilio iddi. Mae hyn yn cynnwys dylunio, adeiladu a phrofi synwyryddion amledd uchel a chymhwyswyr yn fewnol ar gyfer mesur a galluogi rhyngweithiadau maes EM ‘pen blaen’, ynghyd â’r meddalwedd electroneg a rheoli i yrru’r cydrannau pen blaen.

Rydym yn arbenigo mewn datblygu ymchwil ryngddisgyblaethol embryonig ac wedi defnyddio galluoedd microdon symudol o bell mewn labordai oddi ar y safle, lle nad oedd arbenigedd blaenorol yn yr offeryniaeth hon. Dyma rai enghreifftiau:

• Datblygu a gosod ceudodau microdon pwrpasol ar gyfer sbectrosgopeg cyseiniant paramagnetig electronau (EPR), sydd ar waith ar hyn o bryd yn labordai grŵp EPR Ysgol Cemeg Caerdydd (dan arweiniad yr Athro Damien Murphy).
• Datblygu a gosod cymhwyswyr microdon a gyriant electroneg pwrpasol ar gyfer rhyddhau DNA yn gyflym o bathogenau amrywiol i gynorthwyo eu canfod yn gyflym, sydd ar waith ar hyn o bryd yn labordai’r Athro Les Baillie, yn Ysgol Fferylliaeth Caerdydd.
• Ceudodau microdon pwrpasol i astudio’r defnydd o rywogaethau pegynol trwy gyfuniad o ryngweithiadau microdon a diffreithiant niwtronau, e.e. cymhwyso i ddeunyddiau ynni yng nghyd-destun storio amonia mewn cyflwr solet, a osodwyd yn nhrawst niwtron POLARIS yn Labordai Rutherford Appleton, mewn cydweithrediad a'r Athro Martin Jones (Cydlynydd Deunyddiau Ynni, STFC)
• Defnyddio technegau RF a MW mewn gweithgynhyrchu adiol ym mhrif safle Renishaw yn New Mills, Swydd Gaerloyw (gyda'r Athro Geoff McFarland, Cyfarwyddwr Group Technology).
• Datblygu synwyryddion glwcos gwaed anfewnwthiol RF, sy’n cael ei fasnacheiddio ar hyn o bryd gyda grŵp cwmnïau GlucoRX (Prif Swyddog Gweithredol Nilesh Nathwani).

Rydym yn croesawu cydweithio newydd gyda’r byd academaidd a diwydiant, a ysgogir gan chwilfrydedd a’r angen i ddatrys heriau mawr yr oes, lle bydd gan dechnolegau electromagneteg newydd rôl bwysig.

Labordy Microhylifeg Gymhwysol

Sefydlwyd y Labordy Microhylifeg Gymhwysol yn 1995, gyda chyllid sylweddol gan Academi Frenhinol Peirianneg y DU, y Gymdeithas Frenhinol a Sefydliad Wolfson, a chyllid grant penodol drwy EPSRC, MRC, y Comisiwn Ewropeaidd, Sefydliad Bill a Melinda Gates a Llywodraeth Cymru. Mae’r labordy wedi gweithio gyda thros 30 o gwmnïau ar brosiectau diwydiannol amrywiol gan gynnwys Partneriaethau Trosglwyddo Gwybodaeth a 4 o gonsortia yr UE. Mae’r labordy wedi gwneud 18 datgeliad IP, ffeilio sawl patent PCT/UD ac wedi sefydlu cwmnïau microhylifeg fel Q-Chip Ltd. (sefydlwyd yn  2003, deunyddiau fferyllol microymgorfforedig; unwyd â Midatech; cyhoeddi cyfrannau AIM yn 2014, rhestrwyd ar Nasdaq 2015). Y Cyfarwyddwr yw’r Athro David Barrow a’r Cyd-gyfarwyddwr yw Dr Jin Li.

Nodweddion technegol

Mae’r labordy wedi bod yn fedrus wrth adeiladu gosodiadau offeryniaeth dylunio pwrpasol ar gyfer cymwysiadau gwyddonol penodol, yn amrywio o integreiddio microddyfeisiau hybrid i ficro-offerynnau pwrpasol ar gyfer amgáu cellog, saernïo targedau ymasio a gweithgynhyrchu celloedd artiffisial.

Mae’r labordy hefyd yn cynnwys y cyfleusterau canlynol: -

• Ystafell Fodelu Amlffiseg COMSOL a chaledwedd cyfrifiadurol pen uchel ar gyfer (i) Acwsteg (ii) Peirianneg Adwaith Cemegol (iii) Trosglwyddo Gwres (iv) Microhylifeg (v) Llif Moleciwlaidd (vi) Olrhain Gronynnau (vii) Opteg Pelydr (viii) Mecaneg Strwythurol, a (ix) Opteg Tonnau.
• Bwrdd 2m x 1.5 a ddyrchafir ag aer ar gyfer dadansoddi microhylifol di-ddirgryniad
• Cyflenwi hylif trwy (i) sawl system pwmp chwistrell manwl ddadleoli positif, a systemau cyflenwi aml-borth Elvsys a yrrir gan bwysau ac a reolir gan PC.
• Offer dadansoddol Thermofisher HPLC-quadrapoleMS
• Ystafell Dadansoddi Electrocemegol EG&G PARC 2703
• Systemau delweddu 400fps ar gyfer monitro llif hylif
• Argraffwyr Ffilament Ymdoddedig Ultimaker 2, 3, S5 (sychu ac echdynnu aer)
• 2 x cwfl echdynnu pob cemegyn
• Sawl ffwrn gwactod sychu ac wedi'u gwresogi swbstrad
• System Felino LPKF PROTOMAT S63
• System ffrwtian RF Au
• Sbectroffotomedr Jenway 2405
• Interferomedr Optegol Bruker ar gyfer micro-a nano-ddadansoddiad arwyneb
• Ystod o Ficrosgopau Mesur Optegol Nikon
• Cyfleuster meithrin Celloedd gyda 5% CO2

Cymwysiadau ymarferol

Mae’r labordy wedi ymchwilio i amrywiaeth o ffenomenâu a dyfeisiau, gan gynnwys synwyryddion cemegol, silicon hydraidd, micro-acwsteg, micro-integreiddio electro-optegol hybrid, micro-fowldio, microhylifeg emwlsiwn a digidol, gwahaniadau cemegau, ysgythru plasma polymer, CFD, synwyryddion microdon, amgáu cellog gan gynnwys bôn-gelloedd, peirianneg micro-adwaith, micronodwyddau trawsdermol, microbeiriannu laser, systemau microddadansoddi morol, targedau ynni ymasio, arbrofi disgyrchiant sero a phrotogelloedd.

Mae’r labordy bellach yn ymchwilio i weithgynhyrchu adiol aml-ddeunydd 3D i greu mamfyrddau microhylifegol amlswyddogaethol, y gellir eu prototeipio a’u diwygio yn olynol yn gyflym. Mae ei ymchwil sylfaenol yn canolbwyntio ar adeiladwaith microraddfa mewn adrannau gan ddefnyddio (i) microhylifeg dafnau amlwedd ar gyfer eu ffurfio’n fanwl gywir, (ii) adrannu hylif yn seiliedig ar ddwyhaenau lipid, a phroteinau traws-bilen, (iii) cemeg osgiliadol, tuag at raglenadwyedd adeiladu, gyda (iv) celloedd ac organynnau wedi’u hamgáu, pob un wedi’i gyfeirio at greu protogelloedd a bywyd artiffisial. Mae’r gwaith cyfredol hwn yn canolbwyntio ar gydweithrediad ymchwil rhyngwladol yr Undeb Ewropeaidd gydag endidau academaidd a diwydiannol.