CN103963484B - 一种使金属颗粒带电的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子器件制造领域，具体公开了一种使金属颗粒带电的装置，所述装置包括储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元、辅助驱动单元和控制单元，所述储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元和辅助驱动单元依次连接，所述控制单元分别控制储存单元、高频振荡单元、电荷产生单元和辅助驱动单元。本发明通过采用高频震荡单元将液态金属击碎、分离成各自独立的微小颗粒，再利用电荷产生单元使各小颗粒上面均带有适当的同性电荷，小颗粒彼此之间会产生相互排斥现象，从而可以将金属颗粒均匀、整齐的排列并吸附到欲喷涂或涂抹的材料表面上。

Description

一种使金属颗粒带电的装置

技术领域

本发明涉及电子器件制造领域，尤其涉及一种使金属颗粒带电的装置。

背景技术

传统的电子器件印刷工序通常较为复杂，易污染环境，成本高，生产效率低，而且，耗时、耗材、耗能。

目前，在电子器件的制造过程中有一种金属打印技术，其核心在于通过组分各异的常温液态金属或其合金墨水，在各种基底上自下而上写出所需要的导体、导线、各种功能电子器件、传感器和集成电路。该方法在印刷电子学、生物医学电子、机电行业乃至能源等领域已显示出广泛的应用价值，这种液态金属在各种基底上直接制作电子器件的直写式印刷技术，有望重塑集成电路产业。而液态金属作为该合金墨水，其应用研究也日趋重要。

但是，在打印时，由于液态金属的表面张力非常大，对于不同的材质表面，使液态金属均匀的涂附在表面上实属不易，其分布尺寸等更难进行精确的控制。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种使金属颗粒带电的装置，以克服现有技术由于液态金属表面张力太大，液滴极易产生团块聚集的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种使金属颗粒带电的装置，所述装置包括储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元、辅助驱动单元和控制单元；所述储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元和辅助驱动单元依次连接，所述控制单元分别控制与储存单元、高频振荡单元、电荷产生单元和辅助驱动单元。

优选地，所述储存单元为用于储存液态金属的储存容器，所述储存容器设有一个开口。

优选地，所述高频振荡单元为压电陶瓷晶体管，所述压电陶瓷晶体管与储存容器的开口连接。

优选地，所述高频振荡单元的振荡频率范围为2Hz～20MHz。

优选地，所述绝缘单元为绝缘板，所述绝缘板设有一个开孔，压电陶瓷晶体管与所述开孔的一侧连接。

优选地，所述绝缘单元的材质为陶瓷或介电系数大于陶瓷的材质。

优选地，所述电荷产生单元为电极，所述电极固定连接在绝缘板的开孔的另一侧。

优选地，所述电极为环形电极、片状电极或点状电极。

优选地，所述电极的材质为铜、银或金。

优选地，所述辅助驱动单元的驱动形式为电场式驱动或机械式驱动，其位于电荷产生单元处，为金属颗粒的导出提供驱动力。

（三）有益效果

本发明的使金属颗粒带电的装置通过采用高频震荡单元将液态金属击碎、分离成各自独立的微小颗粒，再利用电荷产生单元外加电荷方式，使其各小颗粒上面均带有适当的电荷，由于小颗粒上带有同性电荷，彼此之间会产生相互排斥现象，这些颗粒与颗粒之间将不会像普通的液态金属那样喷涂或涂抹在材料表面上就会快速聚集在一起，从而可以将金属颗粒均匀、整齐的排列并吸附到欲喷涂或涂抹的材料表面上，本发明的各相关部件价格低廉，有利于应用及推广。

附图说明

图1为本发明实施例的使金属颗粒带电的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的使金属颗粒带电的装置与蒙板配合的示意图；

图3为本发明实施例的使金属颗粒带电的装置的工作流程图。

图中，1：储存容器；2：压电陶瓷晶体管；3：绝缘板；4：辅助驱动单元；5：电极；6：带电荷金属颗粒；7：基板；8：蒙板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的使金属颗粒带电的装置包括储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元、辅助驱动单元和控制单元；储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元和辅助驱动单元依次连接。

储存单元为用于储存液态金属的储存容器1，储存容器1为一非封闭系统，可适时向储存容器1中添加适量的液态金属，储存容器1设有一个开口，所述开口可流出适量的液态金属至高频振荡单元。

高频振荡单元为压电陶瓷晶体管2，压电陶瓷晶体管2可产生并调控适当的频率声波震荡频段，其震荡频率范围可为2Hz～20MHz，压电陶瓷晶体管2的一端管口与储存容器1的开口连接在一起；压电陶瓷晶体管2通过高频机械震荡，将流出储存容器1流出的液态金属击碎并分离成介于0.2μm～50μm大小的金属颗粒。

绝缘单元为绝缘板3，其材质为陶瓷，绝缘板3的中心设有一个开孔，压电陶瓷晶体管2与所述开孔的一侧连接在一起；绝缘板3的作用主要是隔绝电荷产生时，对电路系统造成的瞬间破坏。

电荷产生单元为环形电极5，其材质为铜，电极5固定连接在绝缘板3的开孔的另一侧；电极5接直流电，其可以产生的正、负电荷，并将电荷附于金属颗粒上，使各金属颗粒均带有同性的电荷。

辅助驱动单元4为机械式驱动，其位于电极5处，其通过外接气流的方式提供配出带电荷金属颗粒6的驱动力；辅助驱动单元4可产生并调控不同驱动力，使得带电荷金属颗粒6导出，并均匀分布到基板7的表面上。

控制单元分别连接储存容器1、压电陶瓷晶体管2、电极5和辅助驱动单元4，其主要用以控制流出储存容器1的液态金属量的多少，控制压电陶瓷晶体管2产生金属颗粒所需要的震荡频率大小，控制电极5使金属颗粒带电量的多少，控制辅助驱动单元4使带电荷金属颗粒6可以按照所需要的方向喷涂到基板7的表面上。

本实施例的使金属颗粒带电的装置可以作为金属打印装置，其可以对纸张、硅片、塑料、金属、橡胶、布料、建筑材料等基板进行金属打印。

如图3所示，本实施例的使金属颗粒带电的装置的工作过程为：储存容器1中存有液态金属，其下部开口连接压电陶瓷晶体管2，压电陶瓷晶体管2接交变电压信号可产生高频机械震荡，上部液态金属经机械震荡，从压电陶瓷晶体管2喷出，此时形成大量电中性的金属颗粒，中间须放一层绝缘板3，以保护该电路不会被瞬间高压电荷破坏，经电极5，液态金属颗粒被附着正电荷，辅助驱动单元4的机械式驱动方式为一高速气流流道，流道底部开有大量微孔，气体从微孔高速流出并撞击基板7，其中夹杂大量带有正电荷的金属颗粒,由库伦定律以及范德尔斯力可知，带有同性电荷的各金属颗粒之间会产生相互排斥现象，可均匀的分布在气流之中，由此保证了喷涂的均匀性。

本实施例的使金属颗粒带电的装置中金属颗粒与金属颗粒之间将不会像普通的液态金属一样，一旦喷涂或涂抹在材料表面上就会快速聚集在一起，它们经过辅助驱动的方式，被均匀的喷涂在材料表面上时，由于一般材料表面皆为电中性物质，一旦有带电颗粒靠近，即可很容易的整齐排列并吸附到欲喷涂或涂抹的材料表面上。本实施例结构简单，易于操作，实际效果好，装置的各相关部件价格低廉，有利于应用及推广。

实施例2

如图2所示，本实施例的使金属颗粒带电的装置包括储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元、辅助驱动单元和控制单元；储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元和辅助驱动单元依次连接。

储存单元为用于储存液态金属的储存容器1，储存容器1为一非封闭系统，可适时向储存容器1中添加适量的液态金属，储存容器1设有一个开口，所述开口可流出适量的液态金属至高频振荡单元。

高频振荡单元为压电陶瓷晶体管2，压电陶瓷晶体管2可产生并调控适当的频率声波震荡频段，其震荡频率范围可为2Hz～20MHz，压电陶瓷晶体管2的一端管口与储存容器1的开口连接在一起；压电陶瓷晶体管2通过高频机械震荡，将流出储存容器1流出的液态金属击碎并分离成介于0.2μm～50μm大小的金属颗粒。

绝缘单元为绝缘板3，其材质为介电系数大于陶瓷的材质，绝缘板3的中心设有一个开孔，压电陶瓷晶体管2与所述开孔的一侧连接在一起；绝缘板3的作用主要是隔绝电荷产生时，对电路系统造成的瞬间破坏。

电荷产生单元为片状电极5，其材质为银，电极5固定连接在绝缘板3的开孔的另一侧；电极5接交流电，其可以产生的正、负电荷，并将电荷附于金属颗粒上，使各金属颗粒均带有同性的电荷。

辅助驱动单元4为电场式驱动，其位于电极5处；辅助驱动单元4可产生并调控不同驱动力，使得带电荷金属颗粒6导出，并均匀分布到基板7的表面上。

控制单元分别连接储存容器1、压电陶瓷晶体管2、电极5和辅助驱动单元4，其主要用以控制流出储存容器1的液态金属量的多少，控制压电陶瓷晶体管2产生金属颗粒所需要的震荡频率大小，控制电极5使金属颗粒带电量的多少，控制辅助驱动单元4使带电荷金属颗粒6可以按照所需要的方向喷涂到基板7的表面上。

本实施例的使金属颗粒带电的装置可以作为金属打印装置，其可以对纸张、硅片、塑料、金属、橡胶、布料、建筑材料等基板进行金属打印。

本实施例的使金属颗粒带电的装置可以配合一个蒙板8，蒙板8设有与需要打印的图案的外形相同的开口，作为模具，金属打印装置可按照蒙板的开口图形打印出所需的液态金属图案。

本实施例的使金属颗粒带电的装置的工作过程与效果与实施例1基本相同，其只是具体的一些部件与实施例1不同，对本领域技术人员来说，根据本发明的原理，对具体的实施方案应根据实际情况对各部件的类型、材料和尺寸等进行合理选择。

本发明的电荷产生单元的电极还可以为点状电极，其材料也可以为金，而本发明也可以做成很小的部件，用于金属打印或者随身携带等。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述装置包括储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元、辅助驱动单元和控制单元；所述储存单元、高频振荡单元、绝缘单元、电荷产生单元和辅助驱动单元依次连接，所述控制单元分别控制储存单元、高频振荡单元、电荷产生单元和辅助驱动单元。

2.根据权利要求1所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述储存单元为用于储存液态金属的储存容器，所述储存容器设有一个开口。

3.根据权利要求2所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述高频振荡单元为压电陶瓷晶体管，所述压电陶瓷晶体管与储存容器的开口连接。

4.根据权利要求2所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述高频振荡单元的振荡频率范围为2Hz～20MHz。

5.根据权利要求3所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述绝缘单元为绝缘板，所述绝缘板设有一个开孔，压电陶瓷晶体管与所述开孔的一侧连接。

6.根据权利要求5所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述绝缘单元的材质为陶瓷或介电系数大于陶瓷的材质。

7.根据权利要求5所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述电荷产生单元为电极，所述电极固定连接在绝缘板的开孔的另一侧。

8.根据权利要求7所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述电极为环形电极、片状电极或点状电极。

9.根据权利要求8所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述电极的材质为铜、银或金。

10.根据权利要求7所述的使金属颗粒带电的装置，其特征在于，所述辅助驱动单元的驱动形式为电场式驱动或机械式驱动，其位于电荷产生单元处，为金属颗粒的导出提供驱动力。