CN103231516A - 一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头 - Google Patents

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Abstract

一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头，涉及电液动力耦合喷印装置。提供可对射流进行稳定性控制、提高喷头喷印精度、集成度高的一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头。设有喷头外壳、针管、绝缘罩、内腔套、电场集中罩、环形电极、环形电极控制器、高压直流电源和脉冲电源；喷头外壳设有进液通孔、环形电极导线接口、电源导线接口；针管设于所述进液通孔中，针管外接供液装置；绝缘罩设于喷头外壳下端，绝缘罩设有喷流出口，喷流出口位于针管喷口正下方；内腔套设于绝缘罩内；电场集中罩设于喷头外壳的进液通孔和喷头外壳内底壁上；环形电极设有和间隔均布的电极瓣。

Description

一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头
技术领域
本发明涉及电液动力耦合喷印装置，尤其是涉及一种用于电液动力耦合喷印装置的带环形电极电液动力耦合自适应喷头。
背景技术
电液动力耦合(Electrohydrodynamic，EHD)喷印是利用外加电场将聚合物溶液拉伸成为泰勒锥并获得聚合物射流，当聚合物稳定射出，则可以利用稳定直线射流进行喷印。电液动力耦合喷印技术采用不同的聚合物材料、收集板材料和不同的施加电压类型，能够喷印出不同射流形态，如单个液滴型、喷雾型和连续射流型等喷印模型，能够满足不同器件的制备需求。电液动力耦合喷印所需设备简单，喷印材料广泛，喷印结构尺寸能够达到微纳米级别，在医药、柔性电子、传感器、过滤、光学通讯等技术领域具有较广的应用前景（[1]郑高峰,王凌云,孙道恒.(2008).基于近场静电纺丝的微/纳米结构直写技术.纳米技术与精密工程.第6卷）。目前应用较多的EHD喷印装置主要是单针管喷头，一般在针管上施加高压，在收集板上接地，利用收集板与针管之间的电场对聚合物溶液进行拉伸。然而，正因为收集板必须接地，使得这种喷印方式对收集板的材料要求比较高，而且产生的射流直径和沉积位置不容易控制。研究发现，将射流预先加速到一定速度后再射出喷头，最后沉积在收集板上，不仅可以降低喷印过程中对收集板的依赖，而且能够有效控制沉积的位置。设计一个能够对射流进行加速与导向的喷头、简化EHD喷印设备及操作和提高EHD喷印精度已经成为提高EHD喷印质量的关键技术难点（[2]Barton,K.,S.Mishra,et al.(2011).″Control ofhigh-resolution electrohydrodynamic jet printing.″Control EngineeringPractice19(11):1266-1273；[3]S.Neubert,D.Pliszka,A.Góra,A.Jaworek,E.Wintermantel and S.Ramakrishna,J,Journal of Applied Polymer Science,125,(2012),820-827）。EHD喷印装置的研究与开发已经成为一个广泛关注的热点，如中国专利ZL200720312288.1、ZL200420020596.3、ZL200410025622.6、ZL200420107832.5等中均提出了不同的喷印装置结构，但缺乏对喷射射流空间和沉积位置的调节控制，难以保证喷印定位精度。
发明内容
本发明的目的是提供可对射流进行稳定性控制、提高喷头喷印精度、集成度高的一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头。
本发明设有喷头外壳、针管、绝缘罩、内腔套、电场集中罩、环形电极、环形电极控制器、高压直流电源和脉冲电源；
喷头外壳设有进液通孔、环形电极导线接口、电源导线接口；针管设于所述进液通孔中，针管外接供液装置；绝缘罩设于喷头外壳下端，绝缘罩设有喷流出口，喷流出口位于针管喷口正下方；内腔套设于绝缘罩内；电场集中罩设于喷头外壳的进液通孔和喷头外壳内底壁上，电场集中罩内壁与针管外壁紧配合，电场集中罩通过导线经电源导线接口与高压直流电源电连接；环形电极设有和间隔均布的电极瓣，每个电极瓣军均分别通过导线并经电源导线接口与脉冲电源电连接，环形电极通过导线经环形电极导线接口与环形电极控制器电连接。
所述喷头外壳、绝缘罩、电场集中罩和环形电极为同轴心线。
所述电场集中罩最好采用喇叭形结构的电场集中罩，电场集中罩的喇叭口张开角度优选120°。
所述环形电极还设有绝缘环形电极底片，所述电极瓣一般可设10～20个电极瓣，各电极瓣向心均布于绝缘环形电极底片表面。
所述绝缘罩可通过紧固螺丝与喷头外壳连接。
与现有技术比较，本发明具有如下有益效果：
由于设有环形电极，环形电极可在喷嘴处产生脉冲低电压对偏移的带电射流进行校正，脉冲电压的各项参数可调，因此本发明能够通过调节环形电极对射流进行稳定性控制，可克服传统EHD喷印装置需要在收集板上接地且喷印效果受收集板材料影响的缺点；可实现EHD喷印装置的集成化，将射流加速装置和射流导向装置与喷头集成于一体，实现射流直径的空间位置的调节控制。显著提高喷头的精度，集成度高，适应性广，安全可靠，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的环形电极结构示意图。
图3为本发明实施例的的电场集中罩结构示意图。
图4为本发明实施例的内腔套结构示意图。
图5为本发明实施例的喷头外壳结构示意图。
图6为本发明实施例的安装使用示意图。
具体实施方式
参见图1～6，本发明实施例设有喷头外壳3、针管7、绝缘罩5、内腔套4、电场集中罩9、环形电极6、环形电极控制器11、高压直流电源12和脉冲电源13。
喷头外壳3设有带进液接头10的进液通孔301、环形电极导线接口1、电源导线接口2。针管7设于所述进液通孔301中，针管7外接供液装置P1。绝缘罩5设于喷头外壳3下端，绝缘罩5设有喷流出口51，喷流出口51位于针管7的喷口正下方；内腔套4设于绝缘罩5内。电场集中罩9为喇叭形结构，喇叭口张开角度优选120°。电场集中罩9设于喷头外壳3的进液通孔301内壁和喷头外壳3内底壁上，电场集中罩9内壁与针管7外壁紧配合，电场集中罩9通过嵌于喷头外壳3内的导线31，经电源接口2与高压直流电源12电连接；环形电极6设有环形电极底片61和间隔均布的10个电极瓣62，各电极瓣黏贴于环形电极底片61上，环形电极底片61绝缘。每个电极瓣62相互之间独立并绝缘，每个电极瓣62均分别通过嵌于内腔套4内的各对应导线41，经电源接口2与脉冲电源13电连接，环形电极6通过导线经环形电极导线接口1与环形电极控制器11电连接。
所述喷头外壳3、绝缘罩5、电场集中罩9和环形电极6为同轴心线。所述电场集中罩9为喇叭形结构。所述绝缘罩通过紧固螺钉8与喷头外壳3连接。
参见图6，本实施例安装使用时，所述供液接头10通过供液管连接至供液装置P1。喷头外壳3与绝缘罩5形成的喷头主体对外部干扰形成屏蔽，喷头内部不受外部电场的影响。针管7末端穿过并伸出电场集中罩9，伸出长度可为1～5mm，针管7外壁与电极集中罩9内壁之间可以导电，溶液在供液装置的作用下从供液接头10进入针管7，在针管7末端形成悬滴，由于电场集中罩9和针管连接到高压直流电源12，二者电位高，形成向下的电场分布，悬滴在向下的电场力作用下即形成射流。标号P2为收集板。电极控制器11用于通过控制每个电极瓣62的通断电。

Claims (5)

1.一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头，其特征在于设有喷头外壳、针管、绝缘罩、内腔套、电场集中罩、环形电极、环形电极控制器、高压直流电源和脉冲电源；
喷头外壳设有进液通孔、环形电极导线接口、电源导线接口；针管设于所述进液通孔中，针管外接供液装置；绝缘罩设于喷头外壳下端，绝缘罩设有喷流出口，喷流出口位于针管喷口正下方；内腔套设于绝缘罩内；电场集中罩设于喷头外壳的进液通孔和喷头外壳内底壁上，电场集中罩内壁与针管外壁紧配合，电场集中罩通过导线经电源导线接口与高压直流电源电连接；环形电极设有和间隔均布的电极瓣，每个电极瓣均分别通过导线并经电源导线接口与脉冲电源电连接，环形电极通过导线经环形电极导线接口与环形电极控制器电连接。
2.如权利要求1所述的一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头，其特征在于所述喷头外壳、绝缘罩、电场集中罩和环形电极为同轴心线。
3.如权利要求1所述的一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头，其特征在于所述电场集中罩为喇叭形结构。
4.如权利要求3所述的一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头，其特征在于喇叭形结构的电场集中罩的喇叭口张开角度为120°。
5.如权利要求1所述的一种带环形电极电液动力耦合自适应喷头，其特征在于所述环形电极还设有绝缘环形电极底片，所述电极瓣设10～20个，各电极瓣向心均布于绝缘环形电极底片表面。
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