CN108906461B - 一种基于声表面波的微滴喷射装置和微滴喷射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于声表面波的微滴喷射装置，包括：压电基片、液体输运装置、设置于压电基片上的两个相对排列的叉指换能器和微流体通道；微流体通道布置在两叉指换能器的中心连接线的中垂线上，微流体通道包括设置在中心的微滴喷射柱、对称设置在微滴喷射柱两侧的储液腔体以及连接微滴喷射柱和储液腔体的流体传输部，微滴喷射柱上端部设有中心喷孔，储液腔体与液体输运装置连接；两个叉指换能器在相同的射频信号驱动下，在压电基片的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，驱动微滴喷射柱内的液体沿中心喷孔方向形成液柱，液柱在端部发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。解决装置结构复杂、效率低的问题。

Description

一种基于声表面波的微滴喷射装置和微滴喷射方法

技术领域

本发明涉及一种基于声表面波的微滴喷射装置和微滴喷射方法。

背景技术

微滴喷射技术源于喷墨打印技术，喷射液滴的体积一般为纳升至微升量级，甚至可达到皮升量级。随着微滴产生技术应用研究的深入，其应用领域越来越广，已经从单纯的喷墨打印拓展到生物医药、材料成型、微电子机械制造、微电子封装、航空航天、基因工程、建筑行业等领域，展示了微滴技术广阔的应用前景。微滴喷射技术主要有连续喷射式和按需喷射式两类。连续喷射(Continuous Ink Jet，CIJ)通过在液体腔内施加恒定压力，迫使腔体内流体从喷嘴以较高速度形成射流，在流体腔内扰动或者在表面张力作用下射流断裂成滴，形成的液滴直径较大；同时，采用连续微滴喷射方式的设备需要加压装置对待喷射液体加压、充电偏转装置控制液滴方向、回收装置对废液滴进行收集，因此设备的结构复杂、喷射效率低，可控性差、成本高。而按需喷射(Drop on Demand,DOD)是液体在外力作用下打破其平衡状态形成射流，同时控制射流断裂成滴，常用的按需喷射的微滴喷射方式主要有气压式、热泡式、压电式、电磁式和机械式按需喷射；气压式按需喷射需要外接压力泵形成高压，设备体积庞大；热泡式按需喷射只针对能被快速加热至沸点发生膨胀与压缩的流体，且因通过气泡喷出，微滴的方向性与大小不好控制；压电式、电磁式和机械式按需喷射均是由伸缩元件的延伸对喷嘴处的流体产生冲击作用，液滴飞离喷嘴瞬间伸缩元件收缩而形成液滴，机械结构比较复杂，运动摩擦力大，长时间使用机械磨损严重，且对粘性高的流体进行微滴喷射时易发生喷嘴堵塞，不易清理。以上几种按需喷射的设备缺陷造成微滴喷射的液滴喷射效率低，通常需要采用设置多个喷嘴的方式来提高液滴的产生效率。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于声表面波的微滴喷射装置和微滴喷射方法。

作为本发明实施例的一个方面，涉及一种基于声表面波的微滴喷射装置，包括：压电基片、液体输运装置、设置于所述压电基片上的两个相对排列的叉指换能器和微流体通道；

所述微流体通道布置在所述两叉指换能器的中心连接线的中垂线上，所述微流体通道包括设置在中心的微滴喷射柱、对称设置在微滴喷射柱两侧的储液腔体以及连接所述微滴喷射柱和所述储液腔体的流体传输部，所述微滴喷射柱上端部设有中心喷孔，所述储液腔体与所述液体输运装置连接；

所述两个叉指换能器在相同的射频信号驱动下，在压电基片的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，驱动微滴喷射柱内的液体沿中心喷孔方向喷出形成液柱，所述液柱在端部发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。

在一个实施例中，所述的基于声表面波的微滴喷射装置，还包括射频信号发生装置和印制电路板PCB；

所述PCB电路板中部设置有空腔，所述压电基片置于所述空腔内；

所述射频信号发生装置与两个叉指换能器电连接，用于向两个叉指换能器加载相同的射频信号。

在一个实施例中，所述射频信号发生装置包括射频信号发生器和连接所述射频信号发生器的功率放大器，所述功率放大器与所述两个叉指换能器电连接。

在一个实施例中，所述液体输运装置包括注射器、与注射器分别连接的注射泵和输液管；

所述储液腔体上部具有开孔，所述输液管端部与所述储液腔体的开孔密封连接。

在一个实施例中，所述微流体通道除微滴喷射柱的底部对应于叉指换能器孔径范围的区域之外的部分与所述压电基片上表面粘合。

在一个实施例中，所述微滴喷射柱的内径大于所述叉指换能器的孔径。

在一个实施例中，所述的基于声表面波的微滴喷射装置，还包括散热装置，所述散热装置与所述压电基片下表面相接触。

在一个实施例中，在所述压电基片靠近叉指换能器的边缘处设置吸声材料，用于吸收叉指换能器向远离微流体通道一侧传播的行波声表面波。

在一个实施例中，在所述压电基片靠近叉指换能器的边缘处设置反射栅，用于将叉指换能器向远离微流体通道一侧传播的行波声表面波反射后与叉指换能器向微流体通道一侧传播的行波声表面波叠加。

作为本发明实施例的另一方面，涉及一种微滴喷射方法，其特征在于，包括：

启动液体输运装置，使液体流入微流体通道，并使液体始终充满微滴喷射柱；

两个叉指换能器在相同的射频信号驱动下，在压电基片的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波；

驻波声表面波与微滴喷射柱中的液体相互作用，发生能量衍射效应，驱动液体沿中心喷孔方向喷出形成液柱，驻波声表面波在液体中产生扰动作用，使所述液柱在端部发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。

在一个实施例中，所述的微滴喷射方法，还包括：

调节液体输运装置的供流速度，使液体始终充满微滴喷射柱；

调节向两个叉指换能器加载的射频信号的功率，控制液柱的长度及单个液滴的喷射速度。

本发明实施例至少实现了如下技术效果：

1、本发明实施例中，微流体通道布置在两叉指换能器的中心连接线的中垂线上，使得微滴喷射柱位于两个叉指换能器激励产生的行波声表面波的传播路径上，两个叉指换能器激励产生的两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波叠加形成驻波声表面波，驻波声表面波与微滴喷射柱中的液体相互作用，会发生能量衍射效应，在液体内部产生垂直于压电基片表面向上的纵向压力波，纵向压力波在液体中向前传播，能量不断被液体吸收，当液体由于吸收能量所具有的惯性力足以克服液体本身的表面张力和粘性力时，液体会沿中心喷孔方向喷出形成液柱，由于扰动作用，最终液柱前端会发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。通过调节叉指换能器加载的射频信号的功率，实现控制液柱的长度及调节液滴喷射的速度，同时液滴喷射时不会产生二次液滴及不规则卫星滴，实现单个可控的按需微滴喷射，喷射的液滴体积均匀，重复性好。

2、本发明实施例提供的基于声表面波的微滴喷射装置，通过叉指换能器在压电基片传输的声表面波驱动微流体通道的微滴喷射柱的液体实现微滴喷射，压电基片、叉指换能器、微流体通道和液体输运装置的结构简单，且压电基片与叉指换能器、微流体通道以及液体输运装置的连接结构简单，使得装置整体结构简单，生产成本低，便于实现批量生产；且装置体积较小，易于集成，整体结构紧凑，便于携带和使用。

3、本发明实施例提供的基于声表面波的微滴喷射装置，向叉指换能器加载射频信号，由于逆压电效应，激励产生行波声表面波，产生的声表面波频率与加载的射频信号频率相同，由于射频信号频率较高，产生的声表面波在压电基底上的振动幅度较小，但在振动方向产生的加速度较大，在液体中发生能量衍射效应，对液体的驱动能力强，易于实现液体的夹断效应，喷射出单个液滴，微滴喷射速度快，生产效率高，单个喷孔即可满足实际需要，且微滴喷射过程中声表面波驱动液体喷射形成液柱时，不产生机械摩擦力，因此微滴喷射装置机械磨损小，使用寿命长。

4、本发明实施例提供的基于声表面波的微滴喷射装置，声表面波的频率相对较高，且能量集中，对液体的驱动能力强，可用于对多种不同流体粘性的液体进行微滴喷射，特别是对低粘性牛顿流体的微滴喷射效果较好，喷射出的液滴一致性好，适用于重复性微滴喷射。

5、本发明实施例提供的基于声表面波的微滴喷射装置，将微流体通道紧贴于压电基片上表面的叉指换能器的中心连接线的中垂线上，保证微滴喷射柱在两个叉指换能器中心即声表面波传输路径的中心位置，且微滴喷射柱底部与叉指换能器产生的声表面波在压电基片上表面传输路径相对应的区域不用粘合，以避免声表面波能量的大量损耗，使得声表面波的能量最大化的应用到驱动液体产生喷射；同时避免因为声表面波传输遇阻，产生大量的热量，造成压电基片裂片。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的微滴喷射产生装置的结构示意图。

图2为本发明的叉指换能器内部放大结构图。

图3为本发明的微流体通道结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面分别对本发明实施例提供的一种基于声表面波的微滴喷射装置和微滴喷射方法的各种具体实施方式进行详细的说明。

实施例一：

参照图1，本发明实施例一提供的一种基于声表面波的微滴喷射装置，包括：压电基片1、液体输运装置2、设置于所述压电基片1上的两个相对排列的叉指换能器3和微流体通道4；

所述微流体通道4布置在所述两叉指换能器3的中心连接线的中垂线上，所述微流体通道4包括设置在中心的微滴喷射柱43、对称设置在微滴喷射柱43两侧的储液腔体41以及连接所述微滴喷射柱43和所述储液腔体41的流体传输部42，所述微滴喷射柱43上端部设有中心喷孔45，所述储液腔体41与所述液体输运装置2连接；

所述两个叉指换能器3在相同的射频信号驱动下，在压电基片1的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，驱动微滴喷射柱43内的液体沿中心喷孔45喷出形成液柱，所述液柱在端部发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。

本发明实施例中，微流体通道4布置在两叉指换能器3的中心连接线的中垂线上，使得微滴喷射柱43位于两个叉指换能器3激励产生的行波声表面波的传播路径上，两个叉指换能器3激励产生的两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波叠加形成驻波声表面波，驻波声表面波与微滴喷射柱43中的液体相互作用，会发生能量衍射效应，在液体内部产生垂直于压电基片1表面向上的纵向压力波，纵向压力波在液体中向前传播，能量不断被液体吸收，当液体由于吸收能量所具有的惯性力足以克服液体本身的表面张力和粘性力时，液体会沿中心喷孔45方向喷出形成液柱，由于扰动作用，最终液柱前端会发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。通过调节叉指换能器加载的射频信号的功率，实现控制液柱的长度及调节液滴喷射的速度，同时可控制液滴喷射时不会产生二次液滴及不规则卫星滴，实现单个可控的按需微滴喷射，喷射的液滴体积均匀，重复性好。

本发明实施例提供的基于声表面波的微滴喷射装置，通过叉指换能器3在压电基片1传输的声表面波驱动微流体通道4的微滴喷射柱43的液体实现微滴喷射，压电基片1、叉指换能器3、微流体通道4和液体输运装置2之间的结构关系简单，使得装置整体结构简单，便于实现，且装置整体体积较小，易于集成，整体结构紧凑，便于携带和使用。

本发明实施例提供的基于声表面波的微滴喷射装置，向叉指换能器加载射频信号，由于逆压电效应，激励产生行波声表面波，产生的声表面波频率与加载的射频信号频率相同，由于射频信号频率较高，产生的声表面波在压电基底上的振动幅度较小，但在振动方向产生的加速度较大，在液体中发生能量衍射效应，对液体的驱动能力强，易于实现液体的夹断效应，喷射出单个液滴，微滴喷射速度快，生产效率高，单个喷孔即可满足实际需要，且微滴喷射过程中声表面波驱动液体喷射形成液柱时，不产生机械摩擦力，因此微滴喷射装置机械磨损小，使用寿命长。

在一个具体实施例中，叉指换能器加载的射频信号的频率可以在10-500MHz，此时，产生的声表面波在压电基片的振动幅度仅在10nm左右，但是振动加速度却能够达到约108m/s2，因此对液体的驱动能力强。

本发明实施例提供的基于声表面波的微滴喷射装置，声表面波的频率相对较高，且能量集中，对液体的驱动能力强，可用于对多种不同流体粘性的液体进行微滴喷射，特别是对低粘性牛顿流体的微滴喷射效果较好，喷射出的液滴一致性好，适用于重复性微滴喷射。

在一个具体实施例中，所述的微流通道的材料为聚二甲基硅氧烷PDMS或玻璃材料。

在一个具体实施例中，所述叉指换能器3光刻于压电基片1的上表面，所述的叉指换能器3的材料为铝、铜、金或银。

在一个具体实施例中，参照图1或图2，所述叉指换能器3包括叉指电极31和汇流电极32。所述叉指换能器3的叉指电极31为指条宽度和指条间间隔相等的直型叉指换能器3，其激励出的声表面波波长λ是其指条宽度的四倍。本发明实施例中，为得到稳定的声表面波，所述叉指换能器3选择直型叉指换能器3。为使得两个叉指换能器3所激励产生的行波声表面波叠加形成稳定的驻波声表面波，所述两个叉指换能器3的相对距离为半波长λ/2的整数倍。

所述压电基片1的材料采用不同的切向可以获得不同的机电耦合系数与温度系数。作为本发明实施例的一个具体实施方案，本发明中的压电基片1可以选择采用0.5mm厚的单面或双面、Y切X 128.68°或Y切X 64°方向的铌酸锂(LiNbO3)材料，以便获得较大的机电耦合系数与较小的温度系数。

在一个实施例中，所述的基于声表面波的微滴喷射装置，还包括射频信号发生装置5和印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)6；

所述PCB电路板6中部设置有空腔63，所述压电基片1置于所述空腔63内；

所述射频信号发生装置5与两个叉指换能器3电连接，用于向两个叉指换能器3加载相同的射频信号。

在一个具体实施例中，可以是，所述的压电基片1的四周边缘与所述的PCB电路板6的空腔63的内壁进行粘合连接。

在一个实施例中，所述射频信号发生装置5包括射频信号发生器51和连接所述射频信号发生器51的功率放大器52，所述功率放大器52与所述两个叉指换能器3电连接。

本发明实施例提供的基于声表面波的微滴喷射装置，通过射频信号发生装置5向叉指换能器3加载高频射频信号，形成的声表面波频率高，在液体中发生能量衍射效应，驱动能力强，易于实现液体的夹断效应，喷射出单个液滴。

在一个具体实施例中，所述PCB电路板6上表面的两端部分别设置有一对电极引脚61，所述电极引脚61连接所述功率放大器52和两个叉指换能器3。在一个具体实施方案中，每对电极引脚61与相邻的叉指换能器3通过金丝线34键合连接或通过导电银浆连接；所述的功率放大器52与相邻的一对电极引脚61通过射频信号线53进行连接；所述的PCB电路板6底面设置有两根铜导线62，将在PCB电路板6上表面的两对电极引脚61通过两根铜导线62并联连接，具体的，可以是，在所述PCB电路板6上设置通孔，所述电极引脚61与所述铜导线62之间过孔连接。

在一个具体实施例中，所述射频信号发生装置5除采用现有技术中的射频信号发生器51和功率放大器52来实现外，所述射频信号发生装置5还可以采用单片机或基于现场可编程门阵列(Field programmable gate array，FPGA)技术结合直接数字频率合成芯片来实现，以适用于某些要求射频信号发生装置5小型化和便携性的场合。

在一个实施例中，所述微流体通道4除微滴喷射柱43的底部对应于叉指换能器3孔径范围的区域之外的部分与所述压电基片1上表面粘合。

本发明实施例中，微流体通道4的喷射柱底部位于叉指换能器3孔径范围内的区域与压电基片1若采用粘合剂进行粘合，当两个叉指换能器3产生的行波声表面波在传输到微流体通道4的微滴喷射柱43位置时，在叉指换能器3的孔径范围即叉指换能器产生的声表面波在压电基片上表面的传输路径相对应的区域范围内，因为粘合剂的固化作用，声表面波的能量会被粘合剂快速吸收，传输到喷射柱中的流体并用于驱动流体产生喷射作用的能量大大减弱，很难实现液滴喷射；若为了满足喷射要求，就需要进一步加大射频输入功率，造成功率损耗严重；另一方面粘合剂吸收能量会产生并释放出大量的热能，热量过于集中易造成压电基片1产生裂片，进而损坏压电基片1；本发明实施例中，将微流体通道4紧贴于压电基片1上表面的叉指换能器3的中心连接线的中垂线上，保证微滴喷射柱43在两个叉指换能器3中心即声表面波传输路径的中心位置，且微滴喷射柱43底部与叉指换能器3产生的声表面波在压电基片1上表面传输路径相对应的区域不用粘合，以避免声表面波能量的大量损耗，使得声表面波的能量最大化的应用到驱动液体产生喷射。

本发明实施例中，对所述粘合剂的类型不作限定，只要能够实现将微流体通道与压电基片进行粘合，且不影响液体在微流体通道内的运动及微滴喷射的实现即可，技术人员可根据本领域的现有技术进行选择。

在一个实施例中，所述微滴喷射柱43的内径大于所述叉指换能器3的孔径。

本发明实施例中，叉指换能器3随着孔径的减小，电极之间的衍射效应会不断增强，造成能量损失。而为了保证两个叉指换能器3产生的行波声表面波，叠加形成的驻波声表面波在液体中的能量更集中，驱动能力更强，孔径不宜设置过大。本发明的发明人通过多次选择试验，得出叉指换能器3的孔径为0.4～1mm时，电极之间的衍射效应较弱，能量损失较小，且能够使得形成驻波声表面波在液体中的驱动能量可以达到微滴喷射的要求。设置微滴喷射柱43的内径大于叉指换能器3的孔径，便于将微流体通道4粘合到压电基片1的上表面，且可以减少微滴喷射柱43区域对声表面波的吸收，减少对叉指换能器3的声表面波的传输的影响。

在一个具体实施例中，所述微流喷射柱上端部的中心喷孔45设置在微流喷射柱上端部的上中心位置，根据喷射液滴目标尺寸设置中心喷孔45的直径。本发明实施例中，中心喷孔45的直径可以是0.1～0.5mm。

在一个实施例中，所述基于声表面波的微滴喷射装置，还包括散热装置7，所述散热装置7与所述压电基片1下表面相接触。

在一个具体实施例中，可以是，所述散热装置7为散热片，所述散热片粘贴于所述压电基片1下表面。

本发明实施例中，为了使微滴喷射柱43内的液体发生喷射，需要对叉指换能器3加载的射频信号的功率较大，在声表面波传输过程中，在压电基片1产生能量，特别是声表面波与液体相互作用时，压电基片1和液体都会产生热量，造成压电基片1温度升高，为保护压电基片1正常工作而不发生裂片，需要在压电基片1的下表面粘贴散热片，将产生的热量吸收、散发。本发明实施例中的散热片可以是任何一种具有较好散热功能的材料制成，只要能够满足压电基片1的散热需求即可，本发明实施例中不做限定。

在一个实施例中，在所述压电基片1靠近叉指换能器3的边缘处设置吸声材料8，用于吸收叉指换能器3向远离微流体通道4一侧传播的行波声表面波。

在一个具体实施例中，所述吸声材料8为吸声胶。具体的，可以是，将吸声胶涂抹在压电基片1的边缘位置，且使吸声胶的涂抹方向垂直于叉指换能器3所激励产生的行波声表面波的传输方向。

在一个实施例中，在所述压电基片1靠近叉指换能器3的边缘处设置反射栅，用于将叉指换能器3向远离微流体通道4一侧传播的行波声表面波反射后与叉指换能器3向微流体通道4一侧传播的行波声表面波叠加。

本发明实施例中，前述实施例中的叉指换能器3两端的吸声材料亦可替换为多条反射栅。通过多条反射栅共同作用将向远离微流体通道4一侧传播的行波声表面波反射后与叉指换能器3向微流体通道4一侧传播的行波声表面波叠加，叠加后的声表面波能量会进一步增强，在微滴喷射柱43内的能量增加，对液体的作用力增强，使得液体更容易实现微滴喷射。与采用吸声材料对叉指换能器3的声表面波进行吸收相比，采用吸声材料时，叉指换能器3工作时在压电基片1上表面形成的声表面波的能量有一半将被吸收，只有一半的能量用于驱动液体实现喷射，而采用反射栅，叉指换能器3工作时在压电基片1上表面形成的声表面波的能量大多用于驱动液体实现喷射，能量损失更小。但是反射栅反射的声表面波经过叉指换能器3的电极时，由于电极的间隙小，声表面波的频率高，会在电极间发生衍射效应，对声表面波的传输产生干扰。

在一个实施例中，所述液体输运装置2包括注射器22、与注射器22分别连接的注射泵21和输液管23；

所述储液腔体41上部具有开孔44，所述输液管23端部与所述储液腔体41的开孔44密封连接。

在一个具体实施例中，所述输液管23为硅胶软管，所述硅胶软管的端部与所述储液腔体41的开孔44密封连接，以防止漏气漏液。

本发明实施例中的液体输运装置2不限于上述实施例中所述的液体输运装置2，只要能够实现将液体输送到所述微流体通道4，并使得液体在微流体通道4的微滴喷射柱43内充满即可，在发明实施例中不作限定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种使用上述任一所述的微滴喷射装置的微滴喷射方法，包括：

启动液体输运装置2，使液体流入微流体通道4，并使液体充满微滴喷射柱43；

两个叉指换能器3在相同的射频信号驱动下，在压电基片1的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波；

驻波声表面波与微滴喷射柱43中的液体相互作用，发生能量衍射效应，驱动液体沿中心喷孔45方向喷出形成液柱，驻波声表面波在液体中产生扰动作用，使所述液柱在端部发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。

在一个实施例中，所述的微滴喷射方法，还包括：

调节液体输运装置2的供流速度，使液体始终充满微滴喷射柱43；

调节向两个叉指换能器3加载的射频信号的功率，控制液柱的喷射长度及单个液滴的喷射速度。

参照图1所示的微滴喷射装置，其实现微滴喷射的方法包括以下步骤：

启动液体输运装置2，设置液体输运装置2的注射泵21的注射速度，保证液体输运装置2的注射器22中的液体匀速流动，通过输液管23匀速流入微流体通道4中，液体通过储液腔体41，再经流体传输部42聚集汇入微滴喷射柱43，使液体充满整个微滴喷射柱43；

启动射频信号发生器51产生射频信号，射频信号经过功率放大器52进行放大，输出放大的射频信号，接入PCB电路板6的电极引脚61，经PCB电路板6的电极引脚61与叉指换能器3的汇流电极流入叉指电极，由于压电材料的逆压电效应，高频射频电信号加载后，压电基片1上表面会产生行波声表面波向两边传播，传输的声表面波一半的能量被吸声胶吸收后停止传输且不会发生反射，另一半两列频率和速度相同的行波声表面波快速叠加后形成驻波声表面波；

产生的驻波声表面波传输过程中与微滴喷射柱43中的液体相互作用，发生能量衍射效应，在液体内部产生垂直于压电基片1表面向上的纵向压力波，纵向压力波在液体中向前传播，能量不断被液体吸收，当液体由于吸收能量所具有的惯性力足以克服液体本身的表面张力和粘性力时，液体会沿中心喷孔的竖直方向射流形成液柱，由于扰动作用，最终液柱前端会发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。

本发明实施例中，射频信号发生器51的射频信号的频率与叉指换能器3的响应频率保持一致，以使叉指换能器3处于最佳工作频率状态，使得产生的声表面波的振幅最大，加载的射频信号的功率可根据微滴喷射的需求进行调节。通过调节射频信号发生器51中射频信号的功率，控制液柱的喷射长度及单个液滴的喷射速度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种基于声表面波的微滴喷射装置，其特征在于，包括：压电基片、液体输运装置、设置于所述压电基片上的两个相对排列的叉指换能器和微流体通道；

所述微流体通道布置在所述两叉指换能器的中心连接线的中垂线上，所述微流体通道包括设置在中心的微滴喷射柱、对称设置在微滴喷射柱两侧的储液腔体以及连接所述微滴喷射柱和所述储液腔体的流体传输部，所述微滴喷射柱上端部设有中心喷孔，所述储液腔体与所述液体输运装置连接，所述微流体通道除微滴喷射柱的底部对应于叉指换能器孔径范围的区域之外的部分与所述压电基片上表面粘合；

所述两个叉指换能器在相同的射频信号驱动下，在压电基片的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，驱动微滴喷射柱内的液体沿中心喷孔方向喷出形成液柱，所述液柱在端部发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。

2.如权利要求1所述的基于声表面波的微滴喷射装置，其特征在于，还包括射频信号发生装置和印制电路板PCB；

所述PCB电路板中部设置有空腔，所述压电基片置于所述空腔内；

所述射频信号发生装置与两个叉指换能器电连接，用于向两个叉指换能器加载相同的射频信号。

3.如权利要求2所述的基于声表面波的微滴喷射装置，其特征在于，所述射频信号发生装置包括射频信号发生器和连接所述射频信号发生器的功率放大器，所述功率放大器与所述两个叉指换能器电连接。

4.如权利要求1所述的基于声表面波的微滴喷射装置，其特征在于，所述液体输运装置包括注射器、与注射器分别连接的注射泵和输液管；

所述储液腔体上部具有开孔，所述输液管端部与所述储液腔体的开孔密封连接。

5.如权利要求1所述的基于声表面波的微滴喷射装置，其特征在于，所述微滴喷射柱的内径应大于所述叉指换能器的孔径。

6.如权利要求5所述的基于声表面波的微滴喷射装置，其特征在于，还包括散热装置，所述散热装置与所述压电基片下表面相接触。

7.如权利要求6所述的基于声表面波的微滴喷射装置，其特征在于，在所述压电基片靠近叉指换能器的边缘处设置吸声材料，用于吸收叉指换能器向远离微流体通道一侧传播的行波声表面波。

8.一种微滴喷射方法，其特征在于，包括：

启动液体输运装置，使液体流入微流体通道，并使液体充满微滴喷射柱；

两个叉指换能器在相同的射频信号驱动下，在压电基片的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，在微流体通道与压电基片上表面不粘合的部分叠加形成驻波声表面波；其中，所述不粘合的部分为微滴喷射柱的底部对应于叉指换能器孔径范围的区域；

驻波声表面波与微滴喷射柱中的液体相互作用，发生能量衍射效应，驱动液体沿中心喷孔方向喷出形成液柱，驻波声表面波在液体中产生扰动作用，使所述液柱在端部发生液滴夹断效应，喷射出单个液滴。

9.如权利要求8所述的微滴喷射方法，其特征在于，还包括：

调节液体输运装置的供流速度，使液体始终充满微滴喷射柱；

调节向两个叉指换能器加载的射频信号的功率，控制液柱的喷射长度及单个液滴的喷射速度。