一種微納米液滴制備新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流體及微納制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微納米液滴制備新方法。
技術(shù)背景
[0002]微納米液滴在噴墨打印、細(xì)胞打印、醫(yī)療器材噴涂、集成電路印刷、納米材料沉積等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用作用。目前，國(guó)內(nèi)外主要采用熱泡式噴頭、壓電式噴頭、微注射器式噴頭、電流體動(dòng)力式噴頭、電磁閥操控性噴頭和氣動(dòng)霧化式噴頭等方法生成微納米液滴。其中熱泡式噴頭和壓電式噴頭方法最為成熟。
[0003]熱泡式噴頭方法以噴頭中的薄膜電阻器為加熱元件，當(dāng)一個(gè)電脈沖施加于噴頭時(shí)，電流流過此電阻器產(chǎn)生熱量使與其接觸的液體蒸發(fā)，在電阻外形成氣泡，氣泡在噴頭處膨脹并使液體以液滴的形式從噴頭噴出。
[0004]壓電式噴頭方法利用噴頭中的壓電晶體在脈沖電壓作用下產(chǎn)生的伸縮效應(yīng)，使噴頭中的儲(chǔ)液盒容積發(fā)生變化，容積的改變導(dǎo)致在噴頭內(nèi)部液體發(fā)生壓力或速度的瞬間變化，這些變化使得噴頭內(nèi)液體以液滴的形式從噴頭噴出。
[0005]液體粘度是影響微納米液滴噴射效果最大的因素。液滴噴射時(shí)，噴射能轉(zhuǎn)化為液滴的動(dòng)能，同時(shí)伴隨液體的粘滯耗散和克服液體表面張力的能耗，所噴射液滴的粘度不能太高，現(xiàn)有商業(yè)化的容積型噴頭只能噴射粘度小于20cps的液體。常用的稀釋和加熱方法可以降低粘度，但也通常會(huì)改變液體性質(zhì)或者延長(zhǎng)噴射過程。熱泡式噴頭可以噴射的粘結(jié)劑有限，特別是難以噴射粘度較大的粘結(jié)劑以及非水溶性粘結(jié)劑。另一個(gè)難點(diǎn)是，噴射液體中常常有小顆粒，如聚合物、藥物甚至細(xì)胞，這很容易造成噴孔堵塞。采用大孔徑噴孔可以較好地解決這個(gè)問題，但又會(huì)使噴射液滴的粒徑變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種微納米液滴制備新方法，用于細(xì)胞打印、醫(yī)療器材噴涂、集成電路印刷、納米材料沉積等領(lǐng)域。
[0007]本發(fā)明的原理是:所發(fā)明的微納米液滴制備方法是先將微細(xì)噴頭插入與噴頭內(nèi)工作液互不溶的工作環(huán)境液體介質(zhì)中；然后從噴孔中緩慢擠出工作液，并在噴頭端部形成一個(gè)與噴頭及噴孔內(nèi)工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴，該母液滴被工作環(huán)境液體介質(zhì)包圍著;之后通過噴孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速減小，變成微小的母液滴，最后利用瑞利不穩(wěn)定性效應(yīng)使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內(nèi)的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴孔直徑的微納米液滴。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0009]1.可以采用較大噴孔直徑的噴頭制備粒徑小于噴孔直徑的微納米液滴。
[0010]2.可以制備含有懸浮顆粒和高粘度的微納米液滴。
[0011]3.操作簡(jiǎn)單方便。
[0012]4.對(duì)設(shè)備的要求低。
【附圖說明】
[0013]圖1為微納米液滴制備原理示意圖。
[0014]圖2為微細(xì)噴頭擠出液體制備母液滴過程的原理示意圖。
[0015]圖3為微細(xì)噴頭回吸母液滴制備微納米液滴過程的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參見圖1。本發(fā)明制備微納米液滴的方法是先將微細(xì)噴頭插入與噴頭內(nèi)工作液互不溶的工作環(huán)境液體介質(zhì)中；然后從噴孔中緩慢擠出工作液，并在噴頭端部形成一個(gè)與噴頭及噴孔內(nèi)工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴，該母液滴被工作環(huán)境液體介質(zhì)包圍著，母液滴的具體形成過程參見圖2;之后通過噴孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速減小，變成微小的母液滴，最后利用瑞利不穩(wěn)定性效應(yīng)使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內(nèi)的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴孔直徑的微納米液滴，微納米液滴的具體形成過程參見圖3。
[0017]參見圖2。圖2(a)為噴頭端部無液滴時(shí)的情況，此時(shí)未對(duì)噴孔內(nèi)的液體施加擠壓作用力；圖2(b)為噴頭端部剛開始形成母液滴的情況，此時(shí)剛開始對(duì)噴孔內(nèi)的液體施加擠壓作用力，工作液擠壓過程緩慢速進(jìn)行，以保持被擠出的工作液母液滴不與噴頭及噴孔內(nèi)的工作液脫離;從圖2(c)至圖2(g)為噴頭端部的母液滴緩慢擴(kuò)大的過程；當(dāng)擠壓作用至圖2(g)時(shí)停止，此時(shí)在噴頭端部形成一個(gè)與噴頭及噴孔內(nèi)工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴。
[0018]參見圖3。圖3(h)為剛開始快速回吸母液滴時(shí)的情況;從圖3(i)至圖3(1)為噴頭端部的母液滴縮小變化的過程，其縮小變化過程迅速;達(dá)到圖3(m)時(shí)由于瑞利不穩(wěn)定性效應(yīng)使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內(nèi)的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴頭孔直徑的微納米液滴，見圖3(n)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微納米液滴制備新方法，其特征在于:先將微細(xì)噴頭插入與噴頭內(nèi)工作液互不溶的工作環(huán)境液體介質(zhì)中；然后從噴孔中緩慢擠出工作液，并在噴頭端部形成一個(gè)與噴頭及噴孔內(nèi)工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴，該母液滴被工作環(huán)境液體介質(zhì)包圍著;之后通過噴孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速減小，變成微小的母液滴，最后利用瑞利不穩(wěn)定性效應(yīng)使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內(nèi)的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴孔直徑的微納米液滴。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米液滴制備新方法，其特征是，工作液擠壓過程緩慢速進(jìn)行，以保持被擠出的工作液母液滴不與噴頭及噴孔內(nèi)的工作液脫離。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微納米液滴制備新方法，屬于微流體及微納制造技術(shù)領(lǐng)域。所發(fā)明的微納米液滴制備方法是先將微細(xì)噴頭插入與噴頭內(nèi)工作液互不溶的工作環(huán)境液體介質(zhì)中；然后從噴孔中緩慢擠出工作液，并在噴頭端部形成一個(gè)與噴頭及噴孔內(nèi)工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴，該母液滴被工作環(huán)境液體介質(zhì)包圍著；之后通過噴孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速減小，變成微小的母液滴，最后利用瑞利不穩(wěn)定性效應(yīng)使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內(nèi)的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴孔直徑的微納米液滴。
【IPC分類】B01L3/00
【公開號(hào)】CN105498869
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510848204
【發(fā)明人】張彥振, 劉永紅, 朱本亮
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日