[發(fā)明專利]二段電場結(jié)構(gòu)靜電噴射系統(tǒng)及陣列與使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310399452.7
• 申請(qǐng)日: 2013-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN103464319A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧文華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 顧文華
• 主分類號(hào): B05B5/035
• 分類號(hào): B05B5/035;B05B15/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

?

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二段電場結(jié)構(gòu)靜電噴射系統(tǒng)及陣列與使用方法，屬于靜電噴射技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

靜電噴射技術(shù)通常使用靜電力使液體從噴頭噴射出來，產(chǎn)生細(xì)小的靜電噴射液滴，其大小通常在幾微米到幾百微米不等。其基本物理原理一般可以從G.?Taylor和J.?R.?Melcher等提出的泄漏介質(zhì)模型得到解釋。該技術(shù)在工業(yè)噴涂、精細(xì)編織、微納制造、噴墨打印、生物檢測等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

但是，傳統(tǒng)的靜電噴射技術(shù)通常把靜電液滴收集裝置和靜電液滴產(chǎn)生裝置合為一體，構(gòu)成簡單的一段式結(jié)構(gòu)，從而使得靜電液滴的產(chǎn)生和其空間分布都處在同一個(gè)空間電場中，使用上存在較大的局限。一般為了達(dá)到一定的靜電液滴空間分布的需要，噴頭和液滴收集裝置間的距離為厘米量級(jí)或更高，從而為了達(dá)到靜電噴射所需的高場強(qiáng)，在噴頭上需要加載幾千伏乃至幾十千伏的高壓靜電。其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在：控制受限，一般靜電噴射的產(chǎn)生需要較高的電場強(qiáng)度，而靜電液滴的收集和其運(yùn)動(dòng)與空間分布控制只需要較低的電場強(qiáng)度，但是一段式結(jié)構(gòu)下只能用同一個(gè)電場去實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)不同要求的功能；難以做到器件的微型化，在陣列式系統(tǒng)中該缺點(diǎn)尤其突出；外加電壓過高，靜電屏蔽和絕緣連接等難度大，且成本較高；單一電場限制了對(duì)靜電液滴空間分布的有效調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述傳統(tǒng)一段式結(jié)構(gòu)靜電噴射系統(tǒng)的不足，提供一種二段場強(qiáng)結(jié)構(gòu)的靜電噴射系統(tǒng)及陣列與使用方法，從而避免了上述缺點(diǎn)，在靜電噴射系統(tǒng)的微型化和陣列化中尤其實(shí)用。

本發(fā)明的第一方面：就是一種二段電場結(jié)構(gòu)靜電噴射產(chǎn)生及控制系統(tǒng)，其特征在于：包括接入第一電位的噴頭、接入第二電位的控制電極和接地或接入第三電位的噴射基底，其中控制電極與噴頭共同組成靜電液滴產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生和控制第一段電場，用于產(chǎn)生靜電液滴；同時(shí)控制電極與靜電液滴與噴射基底共同組成靜電液滴收集裝置，產(chǎn)生和控制第二段電場，用于控制靜電液滴的運(yùn)動(dòng)和空間分布；這樣就做到了靜電液滴的產(chǎn)生和收集裝置分開，增加了控制上的靈活性。

本發(fā)明的第二方面：就是根據(jù)權(quán)利要求1所述的二段電場結(jié)構(gòu)靜電噴射系統(tǒng)，其特征在于：

（a）上述接入第一電位的噴頭包括接入第一電位的電源和液體存儲(chǔ)輸送裝置，噴頭到控制電極的距離為厘米至微米量級(jí)。因?yàn)閲婎^與控制電極之間的第一段電場的主要功能是用來激發(fā)靜電噴射，而決定靜電噴射激發(fā)與否的關(guān)鍵在于是否有足夠高的電場強(qiáng)度，其設(shè)計(jì)原則為不低于產(chǎn)生靜電噴射所需要的電場強(qiáng)度，不高于引發(fā)包括空氣電離等介質(zhì)擊穿在內(nèi)的泄漏電場強(qiáng)度，通常范圍在100～10000千伏/米量級(jí)之間。我們知道，電場強(qiáng)度正比于兩電極之間的電壓差且反比于兩電極之間的距離，從而在二段電場結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，可以通過減小第一電極到控制電極的距離來降低激發(fā)靜電噴射所需要的電壓差，在距離為幾到幾十微米的情況下，只需要低達(dá)幾伏到幾十伏的低電壓差就可以產(chǎn)生足夠高的高強(qiáng)度電場以激發(fā)靜電噴射。這不僅避免了高電壓帶來的成本高、屏蔽難度大、危險(xiǎn)性高等一系列問題，而且可以實(shí)現(xiàn)第一段靜電液滴產(chǎn)生裝置的微型化和陣列化。

（b）上述接地或接入第三電位的噴射基底與控制電極之間的距離為厘米至米量級(jí)。噴射基底與控制電極之間的第二段電場主要用于對(duì)第一段電場產(chǎn)生的靜電液滴通過靜電力進(jìn)行控制影響其運(yùn)動(dòng)和空間分布等，其設(shè)計(jì)原則為一般不高于第一級(jí)電場，一般只需要較低強(qiáng)度的電場，通常范圍在0.1～100千伏/米量級(jí)之間，特殊情況下電場強(qiáng)度可以為零。因此，通常控制電極和噴射基底也不需要加幾千伏或以上的高壓，從而可以避免高電壓帶來的成本高、屏蔽難度大、危險(xiǎn)性高等一系列問題。噴射基底可以接地，特殊情況下噴射基底也可以接入第三電位以維持一定的對(duì)地壓差，

典型應(yīng)用情況為：控制電極可施加幾十到幾百伏電壓，噴頭與控制電極之間的電壓差為幾伏至幾十伏，距離為幾到幾十微米；噴射基底接地，噴射基底與控制電極之間的電壓差為幾十到幾百伏，距離為幾到幾十厘米。

本發(fā)明的第三方面：就是一種靜電噴射系統(tǒng)陣列，其特征是包含若干個(gè)單元，每個(gè)單元中包括一個(gè)如權(quán)利要求1所述的二段電場結(jié)構(gòu)靜電噴射產(chǎn)生及控制系統(tǒng)，各單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)可以完全一致也可以根據(jù)需要加以調(diào)整。

本發(fā)明的第四方面：在于權(quán)利要求1和2中所述的二段電場結(jié)構(gòu)靜電噴射產(chǎn)生及控制系統(tǒng)的使用方法，其特征在于：