[發明專利]基于多源激振的高通量微液滴發生裝置

有效

• 申請號: 202011163897.1
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112495675B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 胡亮;佘壘;付新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B05B17/06
• 分類號: B05B17/06
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明提供了基于多源激振的高通量微液滴發生裝置，利用多個聲振源產生會聚疊加的聲波信號作用于微米級的小孔附近，使經小孔噴射出的液體射流受到擾動，由于瑞利失穩現象而斷裂形成小液滴，并且能夠消除液滴隊列中的衛星液滴。設置聲透鏡結構，使聲振源產生的聲波信號能更集中地會聚疊加；聲透鏡將壓力液體容腔內的液體和聲振源的激振元件隔離開來，可以防止激振元件受損；壓力液體容腔和聲透鏡與液體接觸的表面采用產生污染物少的材料以適應高潔凈度場合；同時利用本發明提供的液滴發生裝置，向多個聲振源分別提供不同頻率的正弦波形激勵信號，聲振源產生的聲波信號也是正弦波形，便于修改波形參數以獲得對液滴形態更好的操控效果。

技術領域

本發明涉及液滴發生裝置技術領域，特別是涉及一種基于多源激振的高通量微液滴發生裝置。

背景技術

射流的瑞利失穩是一種界面流體力學原理，指射流在給定頻率的振動擾動下，會自動斷裂成和給定頻率一致的液滴。基于射流瑞利失穩的微液滴發生裝置，能產生頻率、尺寸、液滴間距可調節的微米級的液滴，并且特別適用于例如通量超過10000滴/秒的高通量液滴需求場合，在工業中有廣泛的應用，如噴墨打印、生物制藥、增材制造及產生EUV光刻機光源靶滴等。

現有的微液滴發生裝置大多采用單激振源內置式，即利用擾動桿將壓電陶瓷產生的擾動引導至容腔內靠近噴嘴的位置，為射流提供引發瑞利失穩的聲壓擾動，并將擾動桿設計成變幅桿結構，提高擾動的幅值。但這種設計只能在特定的頻率下使用，若要調節液滴頻率并保證液滴性能優良，需更換變幅桿結構設計，不方便操作使用。另外，由于單一激振源的頻率響應固定，激發的擾動波形也難以控制，限制了液滴的調控效果；比如，單一的正弦波擾動往往會使射流斷裂后在主液滴間形成衛星液滴，合理地調整擾動的波形能賦予衛星液滴一個相對于主液滴的相對速度，使衛星液滴與主液滴很快融合，從而抑制衛星液滴出現。

專利CN 103064260 A(一種用于極紫外光刻機光源的錫液滴靶產生裝置)采用單激振源變幅桿結構為液滴發生器提供擾動，使用頻率受限，擾動波形不方便調控；專利CN101879493 A(超聲波聚焦液體噴霧器)采用聲聚焦作為霧化的擾動源，單一激振源擾動模式單一，且屬于霧化器，不屬于瑞利式液滴發生器，無法產生單排均布液滴；專利CN107051805 A(一種多激勵振動的液滴發生器裝置)采用了多激勵擾動，激勵部件為受電激發振動片，振動片直接接觸射流，不適用于高溫高粘等復雜環境，且擾動的疊加方式不可預測；專利CN 108295915 A(一種控制射流斷裂與液滴生成的方法及裝置)采用調制波控制主液滴與衛星液滴的融合，激勵方式為電場非接觸擾動，其適用性受流體電特性限制。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于多源非接觸激振的高通量微液滴發生裝置，其能在較寬的頻率范圍內產生高通量的微液滴，且能通過調整擾動的波形方便調控液滴的形態，適用于各種復雜環境和流體。為達到此目的，本發明的擾動傳播及放大組件利用非接觸式聲聚焦技術，采用平凹聲透鏡結構，并設置多個激振源。受電激振單元(此處為壓電陶瓷)與射流流體非接觸，擾動以球面聲波形式傳播至噴嘴處，提高了復雜環境的適用性。噴嘴位于聲透鏡的聲焦點處，聲透鏡的聚焦作用將壓電陶瓷產生的擾動聚焦放大，使得在較寬的頻率范圍內都能產生較大幅值的擾動，從而提高液滴發生器的頻率調節范圍。多個激振源的擾動在焦點處疊加，疊加的擾動波形可通過調整每個激振源的參數方便調節，從而可方便調控產生的液滴的形態，如抑制衛星液滴的出現。

本發明包括液體供給組件、壓力液體容腔、噴頭和激勵組件；所述液體供給組件用于向所述壓力液體容腔補充液體并維持液體相對于容腔外部環境的正壓；所述噴頭設置于壓力液體容腔的壁面，噴頭具有直徑在1微米至1000微米的小孔；所述激勵組件包括兩個或兩個以上聲振源，每個聲振源均包括激振元件和聲透鏡，聲透鏡為凹面結構；聲透鏡的聲焦點均位于噴頭的小孔處。

進一步的，所述兩個或兩個以上聲透鏡的凹面共面于同一個球面。

進一步的，所述噴頭包括孔板，孔板上具有小孔，孔板與所述壓力液體容腔間具有密封圈，使用壓緊端蓋將孔板和密封圈壓緊在壓力液體容腔壁面上。