CN101053803A - 微小颗粒制造系统及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小颗粒制造系统及制造方法，其制造系统包含：一腔体；一供液装置，用以容置液体；一液滴喷出装置，设置于腔体内且与供液装置相连通，并具有多个喷孔，用以通过喷墨技术将液体自喷孔喷出，以形成多个液滴；以及一承接装置，该承接装置置于腔体内且与液滴喷出装置的多个喷孔相对应设置，用以承接多个液滴并将液滴干燥为多个微小颗粒。微小颗粒制造方法则是利用喷墨技术将液体喷出，以形成多个液滴，并承接多个液滴且将多个液滴干燥，以形成多个微小颗粒。

Description

微小颗粒制造系统及制造方法

技术领域

本发明涉及一种微小颗粒制造系统及制造方法，尤其涉及一种利用喷墨技术制造微小颗粒的系统及制造方法。

背景技术

现行制造微小颗粒的方式主要分为两种，第一种为利用机械研磨(mechanicalcomminution)加上过滤的方式，第二种则为喷雾干燥(spray drying)的方式，然而这些传统制造微小颗粒的方法皆有相当的缺点存在。

首先，以机械研磨加上过滤的方式为例，其是利用微粉粉碎机以高能球磨或气流磨的方法，透过物料与磨料间的相互研磨与冲击，将物料粉碎为颗粒。采用这种方式虽然设备简单、操作容易、成本较低且可得到尺寸微小的颗粒，甚至可以达到纳米级(nanometer scale)的颗粒，但是由于制造过程中的机械碰撞易产生污染，且研磨及其产生的热量会分别造成微小颗粒表面的磨损及物性的破坏。此外，机械研磨的方式也有粒径分布不均的问题，且并非所有纳米材料都能适用机械研磨制得。

而使用喷雾干燥的方式虽然可以大量制造微小颗粒，且较无污染的情况，但由于喷雾干燥所产生的颗粒尺寸较大且不均匀，所以不易达到纳米级的需求。

虽然目前更发展出以气相沉积法(vapor deposition method)、微乳液法(micro emulsion method)、共沉淀法(coprecipitation method)及溶胶-凝胶法(sol-gel method)等其他制造纳米级微小颗粒的方法，但其所需的技术设备要求较高、且具有适用材料种类有限、颗粒尺寸分布不均匀、反应时间长以及产能较低等的缺点。

有鉴于此，如何发展一种简便的微小颗粒制造系统及制造方法，以解决上述缺失并制造颗粒尺寸均匀的微小颗粒，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种制造微小颗粒的系统及制造方法，首先，该系统是于一腔体内利用喷墨技术来控制液滴喷出装置喷出尺寸微小且均匀的液滴，再通过承接装置承接液滴并蒸发液滴中的溶剂来形成纳米级的微小颗粒，可解决现有技术所制造的微小颗粒尺寸不均一、制作过程容易污染、适用材料种类有限、制作过程冗长及设备要求较高等不足。

本发明的另一目的是提供一种微小颗粒制造方法，该方法是于一腔体内以一喷墨技术将液体喷出成微小的液滴，并将液滴干燥进而析出形成微小颗粒，可简化微小颗粒的制造方法。

为了实现上述目的，本发明一个方面较广义的技术方案为提供一种微小颗粒制造系统，它包含：一腔体；一供液装置，用以容置一液体；一液滴喷出装置，其设置于腔体内且与供液装置相连通，并具有多个喷孔，用以通过一喷墨技术将液体自喷孔喷出，以形成多个液滴；以及一承接装置，其置于腔体内且与液滴喷出装置的多个喷孔相对应设置，用以承接多个液滴并将多个液滴干燥为多个微小颗粒。

根据本发明的技术方案，其中喷墨技术是一热汽泡式喷墨技术、一压电式喷墨技术或一机械式喷墨技术，用以将液体自喷孔喷出以形成多个液滴。

根据本发明的技术方案，其中微小颗粒制造系统还包含一电控装置，该装置与液滴喷出装置连接，用以控制液滴喷出装置运作时的电压、电流、频率及操作时间等多个参数。

根据本发明的技术方案，其中微小颗粒制造系统还包含一温度控制装置，该装置与承接装置连接，用以控制承接装置的一加热装置，以加热承接装置达于液滴的沸点。

根据本发明的技术方案，其中微小颗粒制造系统还包含一收集装置，其连接于承接装置，用以收集已干燥的微小颗粒。

根据本发明的技术方案，其中该微小颗粒制造系统还包含一压力调节装置，其设置于腔体上，用以调节腔体内部的压力。

根据本发明的技术方案，其中该供液装置具有一压力调节功能以防止液体泄漏。

根据本发明的技术方案，其中液滴的体积可由5兆分之一公升(picoliter)至35兆分之一公升(picoliter)，而液体的溶质浓度可为0.01％至20％。

为了实现上述目的，本发明另一方面的较广义技术方案为提供一种微小颗粒制造方法，该方法是于一腔体内制造多个微小颗粒，包含下列步骤：利用一喷墨技术将一液体喷出，以形成多个液滴；以及承接多个液滴并将多个液滴干燥形成多个微小颗粒。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的微小颗粒制造系统的结构示意图。

图2是图1所示的液滴喷出装置的结构示意图。

图3是本发明制造微小颗粒的制作流程图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在下文的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的技术方案上具有各种的变化，其均不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是供说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，该图是本发明较佳实施例的微小颗粒制造系统的结构示意图。如图所示，本发明的微小颗粒制造系统1主要由供液装置11、液滴喷出装置12、电控装置13、承接装置15、温度控制装置16、收集装置18以及腔体19所构成，其中液滴喷出装置12、承接装置15及收集装置18可设置于腔体19内，而供液装置11、电控装置13及温度控制装置16则设置于腔体19外。

在本实施例中，供液装置11内部包含有一容置空间，主要用来容纳预定喷出的液体，而液体主要由溶剂与溶质混合所形成。此外，供液装置11本身具备压力调节的功能，可防止预定喷出的液体泄漏所造成物料浪费的问题。而供液装置11利用一管线111与液滴喷出装置12相连通，因此预定喷出的液体得以自供液装置11经由管线111而流至液滴喷出装置12中。

而液滴喷出装置12除了透过管线111接收来自供液装置11的液体外，还与电控装置13电性连接，电控装置13主要用来控制液滴喷出装置12运作时的电压、电流、频率、操作时间等的参数。请配合参阅图2，它是图1所示的液滴喷出装置的结构示意图。如图所示，液滴喷出装置12的底部表面具有多个喷孔121，可使容置于液滴喷出装置12中的液体因液滴喷出装置12受到电控装置13驱动而经由喷孔121喷出，以形成多个微小的液滴14(如图1所示，但液滴及微小颗粒大小未依实际比例图示)。

本发明的液滴喷出装置12主要利用喷墨技术(inkjet technology)来形成液滴14，所使用的喷墨技术可为热汽泡式喷墨(bubble inkjet)技术，该技术利用加热的方法使液体产生气泡，再透过气泡的推挤，将液体自喷孔121推挤而出。此外，本发明也可利用压电式喷墨(piezoelectronic inkjet)技术，使液滴喷出装置12产生固定的震荡频率，通过液滴喷出装置12将液体自喷孔121推出，或是利用机械式喷墨技术(mechanical inkjet)直接将液体自喷孔121喷出。当然，本发明可适用的喷墨技术并不局限于上述方式，任何可达到使液体由喷孔121中喷出以形成多个液滴14的喷墨技术都在本发明所保护的范围之内。

请再参阅图1，本发明的承接装置15相对应于液滴喷出装置12的多个喷孔121的位置设置，主要用来承接液滴喷出装置12经由多个喷孔121所喷出的液滴14。而承接装置15的温度可由内部加热装置(未图示)以电能、热能、或其他加热方式加热，再通过外部设定，例如连接一温度控制装置16来控制承接装置15的温度，使承接装置15的温度可维持在接近液滴14的溶剂与溶质分离所需的温度，换言之即为液滴14的沸点，因此当液滴14滴落于承接装置15上时，液滴14中的溶剂得以通过承接装置15的温度迅速蒸发，而液滴14中的溶质析出进而形成多个微小颗粒17。另外，为了收集承接装置15上干燥析出的微小颗粒17，微小颗粒制造系统1具有一收集装置18，其连结于承接装置15。

请再参阅图1，本实施例的压力调节装置191设置于腔体19上，当腔体19内部的压力过高时，压力调节装置191可向腔体19外部释放压力，以调节腔体19的压力，进而防止腔体19因内部压力过高而发生爆炸。

由于本发明的微小颗粒制造系统1将液滴喷出装置12、承接装置15以及收集装置18容置于腔体19内部以与外界环境隔绝，并使腔体19内维持洁净且干燥的状态，因此可避免于液滴喷出装置12喷出液滴14以及液滴14掉落至承接装置15干燥而制成微小颗粒17的过程中遭到污染。当然，供液装置11、电控装置13及温度控制装置16也可一并容置于腔体19内部，以通过腔体19与外界环境隔离来防止制造微小颗粒17过程中任何可能遭到外界环境污染的状况。

请参阅图3并配合图1，其中图3是本发明制造微小颗粒的制作流程图，首先，利用供液装置11将液体经由管线111供应至液滴喷出装置12(步骤S11)，再利用电控装置13控制液滴喷出装置12的电压、电流、频率、操作时间等的参数，使液体自喷孔121喷出形成多个液滴14(步骤S12)，接着以承接装置15承接经由喷孔121喷出的液滴14，同时利用温度控制装置16控制承接装置15内部的加热装置(未图示)，使承接装置15接近液滴14的沸点，因此液滴14内的溶剂得以蒸发而干燥析出溶质形成多个微小颗粒17(步骤S13)，最后利用连接于承接装置15的收集装置18来收集已制成的微小颗粒17(S14)。

于本实施例中，为了避免制造方法中外界环境对微小颗粒造成的污染，步骤S12-S14是于一腔体19中进行，并以腔体19上的压力调节装置191控制压力，以防止制造方法中腔体19压力过大而发生爆炸。当然也可将供液装置11置于腔体19中，使供液装置11向液滴喷出装置12提供液体的步骤(S11)可于腔体19中进行，以进一步避免制造方法中任何可能污染的状况。

当然，为了因应各种需求，本发明也可通过改变液滴喷出装置12的电压、电流、频率、操作时间等参数或喷孔121的尺寸来调节喷出液滴14的大小，或是改变容置于供液装置11中的液体的溶质浓度来制造不同尺寸的微小颗粒17。举例而言，当喷出的液滴14体积较大或液体中的溶质浓度较高时，所制造出的微小颗粒17的尺寸将较大；反之，当液滴14尺寸较小或液体中的溶质浓度较低时，所制造出的微小颗粒17尺寸便较小，根据实验溶质浓度可由0.01％至20％。此外，本发明是以喷墨技术来形成液滴14并制造微小颗粒17，而由于目前喷墨技术所能喷出的液滴14的体积大小已经可到达10pl(picoliter，兆分之一公升)以下，因此当液滴14掉落在承接装置15上再经过溶剂蒸发步骤后，即可析出纳米级的微小颗粒17，依据实验其液滴体积可由5pl至35pl(picoliter，兆分之一公升)均可。

综上所述，本发明的微小颗粒制造系统及制造方法，其液滴喷出装置是利用喷墨技术使喷孔喷出多个液滴，并使液滴滴落于承接装置上，再利用承接装置的温度来蒸发液滴内的溶剂便可形成微小颗粒，由于喷墨技术所产生的液滴尺寸变异性较小，因此所形成的微小颗粒粒径及大小较为均匀，因此可改善现有喷雾干燥技术的不足。此外，由于本发明的液滴喷出装置及承接装置是设置于腔体中，因此使用本发明的技术所制造的微小颗粒是在洁净干燥的腔体中完成的，且利用喷墨技术制造微小颗粒并无机械性的碰撞及磨损，故无污染之虞。此外，本发明可直接通过调整液滴的大小或液体的浓度以得到不同尺寸的微小颗粒，且使用喷墨技术可使微小颗粒的尺寸达到纳米级，相较于其他现有制造纳米微粒的技术，本发明不仅可制成尺寸均匀的纳米级微小颗粒，且使用的设备结构简单、制造方式简便，可大幅简化制造方法。因此本发明极具产业价值，故依法提出申请。

尽管本发明通过上述实施例加以详细叙述，然而本领域技术人员仍可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (23)

1.一种微小颗粒制造系统，它包含：

一腔体；

一供液装置，用以容置一液体；

一液滴喷出装置，其设置于所述腔体内且与所述供液装置相连通，并具有多个喷孔，用以通过一喷墨技术将所述液体自所述喷孔喷出，以形成多个液滴；以及

一承接装置，其置于所述腔体内且与所述液滴喷出装置的所述多个喷孔相对应设置，用以承接所述多个液滴并将所述多个液滴干燥为多个微小颗粒。

2.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述喷墨技术是一热汽泡式喷墨技术，用以将所述液体自所述喷孔喷出，以形成所述多个液滴。

3.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述喷墨技术是一压电式喷墨技术，用以将所述液体自所述喷孔喷出，以形成多个液滴。

4.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述喷墨技术是一机械式喷墨技术，用以将所述液体自所述喷孔喷出，以形成多个液滴。

5.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述微小颗粒制造系统还包含一电控装置，其与所述液滴喷出装置连接，用以控制所述液滴喷出装置运作以形成所述多个液滴。

6.如权利要求5所述的微小颗粒制造系统，其中所述电控装置用以控制所述液滴喷出装置运作时的电压、电流、频率及操作时间等多个参数。

7.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述承接装置还包含一加热装置，用以使所述承接装置的温度达到所述液滴的溶剂与溶质分离所需的温度。

8.如权利要求7所述的微小颗粒制造系统，其中所述微小颗粒制造系统还包含一温度控制装置，该装置与所述承接装置连接，用以控制所述加热装置，使所述承接装置的温度控制于所述液滴的沸点。

9.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述微小颗粒制造系统还包含一收集装置，其连接于所述承接装置，用以收集已干燥的所述多个微小颗粒。

10.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述微小颗粒制造系统还包含一压力调节装置，其设置于所述腔体上，用以调节所述腔体内部的压力。

11.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述液滴的体积可由5兆分之一公升至35兆分之一公升。

12.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其中所述液体的溶质浓度可为0.01％至20％。

13.一种微小颗粒制造方法，该方法是在一腔体内制造多个微小颗粒，包含下列步骤：

利用一喷墨技术将一液体喷出，以形成多个液滴；以及

承接所述多个液滴并将所述多个液滴干燥，以形成所述多个微小颗粒。

14.如权利要求13所述的微小颗粒制造方法，其中所述喷墨技术可为一热汽泡式喷墨技术、一压电式喷墨技术或一机械式喷墨技术。

15.如权利要求13所述的微小颗粒制造方法，其中所述液体由一液滴喷出装置的多个喷孔喷出。

16.如权利要求15所述的微小颗粒制造方法，其中所述液滴喷出装置受一电控装置控制。

17.如权利要求15所述的微小颗粒制造方法，其中所述液滴喷出装置的所述液体由一供液装置供应。

18.如权利要求13所述的微小颗粒制造方法，其中所述多个液滴由一承接装置承接，且所述承接装置还包含一加热装置，用以使所述承接装置的温度达到所述液滴的溶剂与溶质分离所需的温度。

19.如权利要求18所述的微小颗粒制造方法，其中所述加热装置由一温度控制装置控制，使所述承接装置的温度控制于所述液体的沸点。

20.如权利要求18所述的微小颗粒制造方法，其中所述承接装置与一收集装置相连接，用以收集所述多个微小颗粒。

21.如权利要求13所述的微小颗粒制造方法，其中所述腔体上设有一压力调节装置，用以调节所述腔体内部的压力。

22.如权利要求13所述的微小颗粒制造方法，其中所述液滴的体积可由5兆分之一公升至35兆分之一公升。

23.如权利要求13所述的微小颗粒制造方法，其中所述液体的溶质浓度可为0.01％至20％。

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