[發(fā)明專利]一種基于磁流體激振技術(shù)射流斷裂制備微滴的裝置及其制備微滴的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711300724.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN108031848B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷永平;王同舉;林健;符寒光;夏志東;張楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/115
• 分類號(hào): B22F3/115;B33Y30/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種基于磁流體激振技術(shù)射流斷裂制備微滴的裝置，涉及一種微噴裝置。提供適用于一種流體微滴的制備方法。該方法通過膜片把擾動(dòng)發(fā)生器和噴射腔區(qū)分開。在膜片上方的腔體內(nèi)填滿液態(tài)金屬溶液，采用流經(jīng)液態(tài)金屬的高頻脈沖電流在恒定磁場中產(chǎn)生的高頻電磁力作為激振波。當(dāng)在恒定氣壓條件下從噴嘴射流而出的微液柱上施加激振波，可使微液柱斷裂形成均一微滴。實(shí)現(xiàn)上述方法的微噴射裝置，其在主腔體內(nèi)加工有相鄰的激振波發(fā)生器和噴射腔。擾動(dòng)波發(fā)生器由永磁鐵、液態(tài)金屬、膜片、電極、信號(hào)源、功率放大器等組成。激振波發(fā)生器固定在永磁鐵之間，電極置于其內(nèi)部，保證電流均勻分布；通過信號(hào)源和功率放大器產(chǎn)生高頻電信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微噴射裝置，尤其涉及基于磁流體激振技術(shù)射流斷裂制備微滴。

背景技術(shù)

微滴噴射是一種通過產(chǎn)生均一微米級(jí)液滴，從而實(shí)現(xiàn)微量流體精確分配的技術(shù)，是一種非接觸直寫式微滴制備技術(shù)。該技術(shù)是在噴墨打印技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型快速成型技術(shù)，該技術(shù)具有可噴材料范圍廣、成本低、能耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前應(yīng)用在生物芯片制備、微透鏡制作、柔性材料打印、微焊球制備及三維打印等技術(shù)。

中國專利CN101745763A公開了一種精密焊球制備方法，該方法使用電磁激振產(chǎn)生微擾動(dòng)，但設(shè)備較為復(fù)雜。中國專利CN107100831A公開了基于壓電圓管擾動(dòng)的微液滴主動(dòng)制備裝置及方法，該方法使用壓電振動(dòng)的方式在噴嘴上方產(chǎn)生微擾動(dòng)，但其產(chǎn)生的微擾動(dòng)較小，需要在較高擾動(dòng)頻率的作用下產(chǎn)生微滴。中國專利CN200610138558.1公開了一種氣壓脈沖式微滴按需驅(qū)動(dòng)制備系統(tǒng)，由于氣壓脈沖難以高頻制備，故微滴制備頻率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供適用于流體微滴制備的一種基于磁流體激振技術(shù)射流斷裂制備微滴的裝置。

本發(fā)明裝置包括擾動(dòng)發(fā)生器(14)、噴射腔(7)、連接擾動(dòng)發(fā)生器和噴射腔之間的膜片(6)、導(dǎo)液管(10)，儲(chǔ)液腔(11)，減壓閥(12)，空氣壓縮機(jī) (13)；擾動(dòng)發(fā)生器(14)包括永磁鐵、電極、液態(tài)金屬放置腔(4)、液態(tài)金屬、信號(hào)源(1)、功率放大器(2)；液態(tài)金屬放置腔(4)左右兩側(cè)端均設(shè)有電極(5)，液態(tài)金屬放置腔(4)內(nèi)裝有液態(tài)金屬，液態(tài)金屬能夠與電極(5)接觸；信號(hào)源(1)與功率放大器(2)連接，功率放大器(2)分別與擾動(dòng)發(fā)生器(14)的兩個(gè)電極(5)連接；液態(tài)金屬放置腔(4)前后兩側(cè)端表面設(shè)有永磁鐵；液態(tài)金屬放置腔(4)的下端底部通過膜片(6)與噴射腔(7)連接即采用膜片(6)將液態(tài)金屬放置腔(4)和噴射腔(7)上下隔開；噴射腔(7)的下端采用帶有噴嘴(9)的下蓋板(8)蓋合；噴射腔(7)通過導(dǎo)液管(10)與儲(chǔ)液腔(11)連通，儲(chǔ)液腔(11)通過上端蓋經(jīng)由減壓閥(12)與空氣壓縮機(jī)(13) 連接；

永磁鐵加載在擾動(dòng)發(fā)生器的左右表面；擾動(dòng)發(fā)生器內(nèi)部充滿液態(tài)金屬，液態(tài)金屬優(yōu)選常溫下為液態(tài)的單質(zhì)金屬或合金，例如采用水銀或GaIn合金(常溫下為液態(tài))；膜片處于擾動(dòng)發(fā)生器和噴射腔體之間，噴射腔體一端通過導(dǎo)液管與儲(chǔ)液腔相連，另一端與帶噴嘴的下蓋板相連。通過信號(hào)源和功率放大器產(chǎn)生高頻驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，通過永磁鐵在擾動(dòng)發(fā)生器內(nèi)部前后面產(chǎn)生恒定磁場。

電極采用銅電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的工作原理及有益效果如下：

永磁鐵用于產(chǎn)生磁場，擾動(dòng)發(fā)生器內(nèi)部設(shè)有電極，電極與液態(tài)金屬溶液接觸良好，通過信號(hào)源和功率放大器產(chǎn)生高頻電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電信號(hào)兩端置于電極兩端。

一種基于磁流體激振技術(shù)射流斷裂制備微滴的方法，膜片上方的擾動(dòng)發(fā)生器內(nèi)部的液態(tài)金屬受到的高頻電磁力作為擾動(dòng)波；恒定氣壓迫使噴射腔內(nèi)的流體從噴嘴射流而出，該高頻電磁力作為擾動(dòng)波通過膜片傳導(dǎo)并施加在噴嘴處的射流液柱上，使其受激斷裂形成成均勻液滴。