專利名稱:一種按需供料電液動力微噴裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種按需供料電液動力微噴裝置，屬于電液動力噴射裝置。高壓控制電源的負(fù)極接地，高壓控制電源與負(fù)極之間設(shè)置一旁路，連接基底電極，收集基板固定在基底電極上；高壓控制電源正極連接針狀電極的一端，針狀電極通過絕緣密封套固定安裝于絕緣殼體上，并且針尖部分穿過空心噴頭，空心噴頭固定在絕緣殼體上；精密螺桿與步進電機固接，步進電機固定安裝于絕緣殼體上，儲液筒與絕緣殼體固定連接且與精密螺桿相通；脈沖發(fā)生器的控制端連接步進電機。優(yōu)點在于通過改變步進電機帶動精密螺桿轉(zhuǎn)動所供給的溶液量可以改變每一次所噴射的溶液量，這樣既避免了對高壓電源的高性能要求和控制的復(fù)雜性，又實現(xiàn)了溶液的按需和定量噴射。
【專利說明】
一種按需供料電液動力微噴裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種電液動力微噴裝置，特別是涉及一種按需供料電液動力微噴 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電液動力微噴技術(shù)是一種制造微納米機構(gòu)及器件的新方法，具有制造成本低、工 藝過程簡單靈活、無需掩膜版與光刻、可實現(xiàn)高粘度溶液的噴印等優(yōu)點，被越來越廣泛被應(yīng) 用于微機電、微機械構(gòu)件和藥物材料的微制造中。在該項技術(shù)中，導(dǎo)電率大于10 8S/m的電解 溶液的表面由所施加的通常在大于l(T6V/m級的電場充電。當(dāng)作用在液體表面上的靜電力克 服所述液體的表面張力時，發(fā)生噴射。由于電液動力微噴過程涉及多電場、流場中多個物理 量，工藝參數(shù)的影響，難以實現(xiàn)溶液微噴的精確控制，極大地限制了該技術(shù)的快速應(yīng)用發(fā) 展。
[0003] Roger等（[1]JU Park，M Hardy，SJ Kang?，et al?Nature Materials，2007，6， 782-789)通過施加直流高壓電壓，并在一定的供液速度下，通過電場力和表面張力共同作 用產(chǎn)生連續(xù)噴印。但是該系統(tǒng)的頻率容易受到供液速度的影響，且無法實現(xiàn)液滴的按需噴 印。中國專利201210418177.4引入高壓脈沖電源，利用交流電場誘導(dǎo)導(dǎo)電溶液產(chǎn)生穩(wěn)定的 射流噴印，克服了傳統(tǒng)電液動力噴印技術(shù)不能利用導(dǎo)電溶液進行有序連續(xù)微納結(jié)構(gòu)精確噴 印制造的缺點。但該系統(tǒng)的一主要缺點是可控性低，只能進行連續(xù)的噴印，因此只能應(yīng)用于 簡單的液滴制造工藝。美國專利US 5821951采用高壓脈沖電源進行離散微納液滴的噴印， 基本實現(xiàn)了液滴噴射頻率、液滴尺寸的控制，但受空間電場、溶液溶劑揮發(fā)等因素的影響微 納結(jié)構(gòu)噴印精度有待進一步提高;在空心噴頭內(nèi)加裝導(dǎo)體針尖是目前常采用的一種噴頭結(jié) 構(gòu)（[2]Lee S.，Byun D.，Jun D.，et al.Sensors and Actuators a_Physical，2008，141， 506-514)，導(dǎo)體針尖的加裝降低了噴射啟動電壓、減小液滴尺寸，通過調(diào)節(jié)施加電壓的頻率 和大小，可控制噴射液滴的噴射頻率和尺寸，但這種控制方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對電源性能要求 高，且仍難以完成噴射過程的自由啟停控制及實現(xiàn)真正意義上的按需、定量噴印。
[0004] 市場上或者現(xiàn)今學(xué)者所在研究的電液動力微噴裝置大都通過改變高壓控制電源 的頻率和大小來實現(xiàn)可控制噴射，這種控制方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對高壓電源性能要求高，因此如 何精確、按需供給所需溶液且實現(xiàn)溶液的定量噴射在該領(lǐng)域急需新的突破和改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型提供了一種按需供料電液動力定量微噴裝置，在保證準(zhǔn)確可控的噴射 的同時，又解決了如何實現(xiàn)按需噴射的問題。即通過利用一種精密螺桿按需、定量進液，高 壓電場力誘導(dǎo)溶液實現(xiàn)穩(wěn)定噴射的微噴裝置，所噴射的溶液的量不再由所施加的高壓電場 所決定，而是由精密螺桿所供給的進液量所決定。
[0006] 本實用新型設(shè)有基底電極、收集基板、空心噴頭、高壓控制電源、脈沖發(fā)生器、絕緣 殼體、絕緣密封套、針狀電極、儲液筒、步進電機、精密螺桿。
[0007] 所述高壓控制電源的負(fù)極接地，高壓控制電源與負(fù)極之間設(shè)置一旁路，連接基底 電極;所述收集基板固定在所述基底電極上;所述高壓控制電源正極連接針狀電極的一端， 所述針狀電極通過絕緣密封套固定安裝于絕緣殼體上，并且針尖部分穿過空心噴頭，所述 空心噴頭固定在所述絕緣殼體上;所述精密螺桿與步進電機固接，所述步進電機固定安裝 于絕緣殼體上，所述儲液筒與絕緣殼體固定連接且與精密螺桿相通;所述脈沖發(fā)生器的控 制端連接步進電機，當(dāng)脈沖發(fā)生器發(fā)出脈沖信號時，步進電機帶動精密螺桿轉(zhuǎn)動，溶液在所 述精密螺桿的推動下流向所述針狀電極針頭。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實用新型具有以下突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步：
[0009] 工作時，首先根據(jù)溶液特性調(diào)整導(dǎo)體探針伸出空心噴嘴的長度，將溶液注入儲液 筒做好供液準(zhǔn)備。當(dāng)所述高壓控制電源開啟后，高壓電壓作用于針狀電極上，同時脈沖發(fā)生 器發(fā)出信號作用于步進電機1上，所述步進電機帶動精密螺桿轉(zhuǎn)動，溶液在精密螺桿的推動 下流向所述針狀電極針頭，電荷從所述針狀電極注入到所述溶液中形成靜電力，溶液在靜 電力的作用下噴向基板，形成噴射;所述脈沖發(fā)生器停止發(fā)出信號，步進電機停止轉(zhuǎn)動，精 密螺桿停止供給溶液，當(dāng)針頭部分溶液完全噴射完后，所述高壓控制電源關(guān)閉，自此完成一 次噴射。
[0010] 在本實用新型中，每一次所噴射的溶液量不再通過改變針狀電極的電壓頻率和大 小來實現(xiàn)，而是通過改變步進電機帶動精密螺桿轉(zhuǎn)動所供給的溶液量來實現(xiàn)，即通過改變 脈沖發(fā)生器所發(fā)出的脈沖信號來改變每一次所噴射的溶液量，從而實現(xiàn)按需和定量噴射。 這樣既避免了對高壓電源的高性能要求和控制的復(fù)雜性，又可以實現(xiàn)溶液的按需和定量噴 射。每一次所噴出的溶液量可由精密螺桿齒形與步進電機轉(zhuǎn)速獲得，其計算公式為：
，其中W為逆螺槽寬 度，D為螺桿直徑，N為螺桿轉(zhuǎn)速，n為流體非牛頓指數(shù)，gz為逆螺槽壓力梯度。
【附圖說明】

[0011] 圖1是所述按需供料電液動力定量微噴裝置整體剖視圖概況；
【具體實施方式】
[0012] 如圖1所示，本實用新型設(shè)有基底電極1、收集基板2、空心噴頭3、高壓控制電源4、 脈沖發(fā)生器5、絕緣殼體6、絕緣密封套7、針狀電極8、儲液筒9、步進電機10、精密螺桿11。
[0013] 所述高壓控制電源4的負(fù)極接地，高壓控制電源4與負(fù)極之間設(shè)置一旁路，連接基 底電極1;所述收集基板2固定在所述基底電極1上;所述高壓控制電源4正極連接針狀電極8 的一端，所述針狀電極8通過絕緣密封套7固定安裝于絕緣殼體11上，并且針尖部分穿過空 心噴頭3，所述空心噴頭3固定在絕緣殼體6上;所述精密螺桿11與步進電機10固接，所述步 進電機10固定安裝于絕緣殼體6上，所述儲液筒9與絕緣殼體6固定連接且與精密螺桿相通 11;所述脈沖發(fā)生器5的控制端連接步進電機10,當(dāng)脈沖發(fā)生器5發(fā)出脈沖信號時，步進電機 10帶動精密螺桿11轉(zhuǎn)動，溶液在所述精密螺桿11的推動下流向所述針狀電極8的針頭部位。
[0014] 工作時，首先根據(jù)溶液特性調(diào)整針狀電極8伸出空心噴頭3的長度，將溶液注入儲 液筒9做好供液準(zhǔn)備。當(dāng)所述高壓控制電源4開啟后，高壓電壓作用于針狀電極8上，同時脈 沖發(fā)生器6發(fā)出信號作用于步進電機10上，所述步進電機10帶動精密螺桿11轉(zhuǎn)動，溶液在精 密螺桿11的推動下流向所述針狀電極8的針頭部位，電荷從針狀電極8注入到所述溶液中形 成靜電力，溶液在靜電力的作用下噴向基板，形成噴射;所述脈沖發(fā)生器6停止發(fā)出信號，步 進電機10停止轉(zhuǎn)動，精密螺桿11停止向針狀電極8供給溶液，當(dāng)針頭部分溶液完全噴射后， 所述高壓控制電源4關(guān)閉，自此完成一次噴射。
[0015]在本實用新型中，每一次所噴射的溶液量不再通過改變高壓控制電源4的電壓頻 率和大小來實現(xiàn)，而是通過改變步進電機10帶動精密螺桿11轉(zhuǎn)動所供給的溶液量來實現(xiàn)， 即通過改變脈沖發(fā)生器6所發(fā)出的脈沖信號來改變每一次所噴射的溶液量，從而實現(xiàn)按需 和定量噴射。這樣既避免了對高壓電源的高性能要求和控制的復(fù)雜性，又可以實現(xiàn)溶液的 按需和定量噴射。每一次所噴出的溶液量可由精密螺桿11齒形與步進電機10轉(zhuǎn)速獲得，其 計算公式為：
其中 W為逆螺槽寬度，D為螺桿直徑，N為螺桿轉(zhuǎn)速，n為流體非牛頓指數(shù)，gz為逆螺槽壓力梯度。
【主權(quán)項】
1. 一種按需供料電液動力微噴裝置，其特征在于設(shè)有基底電極、收集基板、空心噴頭、 高壓控制電源、脈沖發(fā)生器、絕緣殼體、絕緣密封套、針狀電極、儲液筒、步進電機、精密螺 桿;高壓控制電源的負(fù)極接地，高壓控制電源與負(fù)極之間設(shè)置一旁路，連接基底電極，收集 基板固定在基底電極上；高壓控制電源正極連接針狀電極的一端，針狀電極通過絕緣密封 套固定安裝于絕緣殼體上，并且針尖部分穿過空心噴頭，空心噴頭固定在絕緣殼體上;精密 螺桿與步進電機固接，步進電機固定安裝于絕緣殼體上，儲液筒與絕緣殼體固定連接且與 精密螺桿相通;脈沖發(fā)生器的控制端連接步進電機。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種按需供料電液動力微噴裝置，其特征在于每一次所噴出 的溶液量可由精密螺桿齒形與步進電機轉(zhuǎn)速獲得，其計算公式為式中：= ;rD/V cos爐，其中w為逆螺槽寬度，D為螺桿直徑，N為螺桿轉(zhuǎn)速，n為 流體非牛頓指數(shù)，gz為逆螺槽壓力梯度。
【文檔編號】B05B5/08GK205701154SQ201620228328
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】劉建芳, 焦曉陽, 顧守東, 路崧, 江海, 趙俊杰, 楊洋, 呂慶慶, 崔建松
【申請人】常州高凱精密機械有限公司