CN109127180A - 一种基于c切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置及方法，该装置包括激光器1、快门2、CCD相机3、带阻滤光片4、半透半反镜5、物镜6、铌酸锂晶片7、石英晶片8、背景光源9。铌酸锂晶片7和石英晶片8组成的平行对称结构作为核心装置，此核心装置通过与激光器1、快门2协同配合实现待喷射溶胶喷射微量溶胶液滴到铌酸锂晶片7的任意位置。本发明利用铌酸锂晶片实现了溶胶凝胶法制备的溶胶的喷射，同时喷射的溶胶液滴大小及位置可控。该技术在生物医疗、化学检测、薄膜制备等领域的发展都具有非常重要的意义。

Description

一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电流体喷射技术，具体是一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置及方法。
背景技术
在各种喷墨打印方法中，最有希望的是基于电流体动力学(EHD)的喷射技术。电流体喷射技术以其高分辨率的特点广泛应用于二维图案制作和微尺度打印领域，通过电流体喷射技术实现流体的纳米分配和直接印刷方法在生物学、癌症检测、纳米材料合成和薄膜制备等方面发展具有重要的意义。
电流体喷射技术可以实现多种类型液体的喷射，大多数的电流体喷射装置需外加电极，外加高压以及特殊的微毛细管喷嘴。近年来基于光折变晶体的电流体动力学技术已经报道，他们通过光折变晶片实现液体的分配，而且用光折变晶片分配液滴可以降低成本，缩短反应时间，减小交叉污染几率，但目前对于待分配的液体具有一定的要求性，可以实现油、水、聚二甲基硅氧烷等单组份液体的喷射或分离，而通过溶胶凝胶法制备的多组分溶胶无法实现喷射。溶胶凝胶法喷射的液滴因能够制备纳米合成材料、制备薄膜备受人们关注。本文通过铌酸锂晶片实现了溶胶凝胶法制备的溶胶液滴在两个基板间的转移和三维空间的操控，即可以实现溶胶液滴的三维空间的喷射，同时可以控制喷射的溶胶液滴大小和位置。
发明内容
本发明的目的为针对现有技术中的缺陷和不足，本文提供一种利用铌酸锂晶片实现溶胶凝胶法制备的溶胶喷射的装置及方法，通过三轴组合移动平台、激光器、快门开关三者协同配合实现待喷射溶胶喷射微量溶胶液滴到铌酸锂片二维平面的任意位置，同时可以控制喷射的溶胶液滴大小，整套装置可以实现实时观测。
一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置，其特征在于：按激光器1、快门2、半透半反镜5、物镜6、铌酸锂晶片7、石英晶片8的顺序形成喷射光路，按背景光源9、铌酸锂晶片7、物镜6、半透半反镜5、带阻滤光片4、CCD相机3的顺序形成实时观测光路，通过两条部分重合的光路实现溶胶的喷射和实时观测。
一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置，其特征在于：所述铌酸锂晶片与所述石英晶片形成的上下平行结构作为核心装置，所述铌酸锂晶片与所述石英晶片分别固定在两个三轴组合移动平移台上，重点在于两晶片能够分别实现三维空间的运动。
一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的方法，其特征在于：通过激光照射铌酸锂晶片产生的非均匀电场，使位于石英晶片上的溶胶产生类似于泰勒锥状形变，进而产生微量溶胶液滴的喷射。
一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的方法，其特征在于：所述溶胶通过溶胶凝胶法制备，所述溶胶不同于油、水、聚二甲基硅氧烷这些单组份物质，属于多组分物质。
一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的方法，其特征在于：三轴组合移动平台、激光器、快门开关三者协同配合实现待喷射溶胶喷射到铌酸锂晶片二维平面的任意位置，同时喷射的溶胶液滴大小可控。
与现有技术相比，本发明的优点在于：基于铌酸锂晶片和石英晶片组成的平行对称结构重点在于两晶片能够分别实现三维空间的运动，而且整体装置结构相对简便、成本较低、易于操控；此方法仅通过铌酸锂晶片实现了溶胶凝胶法制备的溶胶液滴的喷射，不仅可以控制喷射的溶胶液滴大小和位置，而且能够做到实时观测。
附图说明
图1为本发明基于铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射装置整体结构示意图
图2为本发明基于铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射装置实施例(实例1)的喷射过程图
图3为本发明基于铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射装置实施例(实例2)的喷射过程图
图4为本发明基于铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射装置实施例(实例3)的喷射过程图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
本发明公开了一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置，该装置包括激光器1、快门2、CCD相机3、带阻滤光片4、半透半反镜5、物镜6、铌酸锂晶片7、石英晶片8、背景光源9。该装置按激光器1、快门2、半透半反镜5、物镜6、铌酸锂晶片7、石英晶片8的顺序形成喷射光路，按背景光源9、铌酸锂晶片7、物镜6、半透半反镜5、带阻滤光片4、CCD相机3的顺序形成实时观测光路。所述铌酸锂晶片与所述石英晶片形成的上下平行结构作为核心装置，所述铌酸锂晶片7与所述石英晶片8分别固定在两个三轴组合移动平移台上，分别实现三维方向的运动。
本发明公开了一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的方法，该方法包括以下步骤：
第一步：通过溶胶凝胶法制备铌酸锂溶胶
首先称取12mmol的草酸溶解到40ml的去离子水中，将称取4mmol的Nb2O5·3.7H2O加入到草酸溶液中，并在80℃下磁力搅拌30min形成无色透明溶液。然后用25.0％～28.0％氨水调节无色透明溶液PH＝8～9，析出的白色沉淀剂为Nb(OH)5。将白色沉淀过滤，多次洗涤，备用。最后称取24mmol的柠檬酸溶解于60ml的去离子水中，将称取8mmol的LiOH和Nb(OH)5白色沉淀溶解到柠檬酸溶液中，在80℃下磁力搅拌至剩余5ml液体，形成待喷射溶胶溶液。
第二步，将制备的待喷射溶胶通过移液枪滴涂到石英晶片上。
第三步，通过移动三轴组合移动平台，使铌酸锂晶片位于激光焦点位置，并利用CCD相机捕获清晰图案。
第四步，打开激光器，使激光聚焦于铌酸锂晶片上，通过移动三轴组合移动平台，调节石英晶片使其与铌酸锂晶片水平间距在0.2～1mm之间并且待喷射溶胶位于激光焦点位置正上方，调节激光功率至120mW，得到喷射的溶胶液滴。
第五步，通过三维组合移动平台调节铌酸锂晶片在平行于石英晶片方向移动，通过快门的闭合控制激光照射到铌酸锂片不同位置上，得到不同位置上喷射的溶胶液滴。
所述激光器1，要求发出的激光照射到铌酸锂晶片能有效形成光生伏打场，并尽可能的大，所以其波长应介于350～550nm，功率介于2～250mW。背景光源可使用氙灯、卤素灯或高功率白光LED灯。聚焦物镜放大倍率8～50倍。铌酸锂晶片与石英晶片平行结构间距在0.2～1mm之间，待喷射溶胶液滴的量在0.5～2ul。
综合上述并考虑元件的成本以及溶胶的喷射效果，各参数的优选范围是：激光器1波长介于400～550nm，功率介于80～150mW，背景光源选用卤素灯或白光LED灯，聚焦物镜放大倍率介于25～50倍。
在此装置上的所有光学元件和电子器件全部固定到刚性连接架10上，保证了光的正确传播和测量精度。
本发明方案的工作原理：激光聚焦照射铌酸锂晶片后会在铌酸锂表面产生光生伏打场，此光生伏打场会在铌酸锂表面一定空间内产生静电场，此静电场会使位于石英晶片上的喷射溶胶产生类似泰勒锥状的形变，当电场到达一定程度，就会从待喷射溶胶液滴中分离出微量溶胶液滴，从而实现微小溶胶液滴喷射。
下面给出本发明实现实时可控溶胶喷射的具体实施例，具体实施例仅用于详细说明本发明，并不限制申请权力要求保护的范围。
实例1
使用405nm激光器，激光功率为120mW，背景光源使用白光LED灯，聚焦物镜放大倍数25倍，将待喷射体积为0.5ul的溶胶用移液枪滴涂到石英晶片上，并调节铌酸锂晶片与石英晶片平行间距为0.5mm，通过三轴组合移动平台和快门开关协同配合，使激光聚焦到铌酸锂不同位置，得到不同位置的喷射的溶胶液滴，其中溶胶液滴直径大小为20um。
实例2
使用532nm激光器，激光功率为120mW，背景光源使用白光LED灯，聚焦物镜放大倍数25倍，将待喷射体积为1ul的溶胶用移液枪滴涂到石英晶片上，并调节铌酸锂晶片与石英晶片平行间距为0.6mm，通过三维移动平台和快门开关协同配合，使激光聚焦到铌酸锂晶片不同位置，得到不同位置的喷射的溶胶液滴，其中溶胶液滴直径大小为50um。
实例3
使用405nm激光器，激光功率为120mW，背景光源使用卤素灯，聚焦物镜放大倍数25倍，将待喷射体积为2ul的溶胶用移液枪滴涂到石英晶片上，并调节铌酸锂晶片与石英晶片平行间距为0.8mm，通过三轴组合移动平台和快门开关协同配合，使激光聚焦到铌酸锂晶片不同位置，得到不同位置的喷射的溶胶液滴，其中溶胶液滴直径大小为100um。
以上所述具体实例对本发明的技术方案、实施办法做了进一步的详细说明，应理解的是，以上实例并不仅用于本发明，凡是在本发明的精神和原则之内进行的同等修改、等效替换、改进等均应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置，其特征在于：按激光器1、快门2、半透半反镜5、物镜6、铌酸锂晶片7、石英晶片8的顺序形成喷射光路，按背景光源9、铌酸锂晶片7、物镜6、半透半反镜5、带阻滤光片4、CCD相机3的顺序形成实时观测光路，通过两条部分重合的光路实现溶胶的喷射和实时观测。
2.根据权利要求1所述一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的装置，其特征在于：所述铌酸锂晶片与所述石英晶片形成的上下平行结构作为核心装置，所述铌酸锂晶片与所述石英晶片分别固定在两个三轴组合移动平移台上，重点在于两晶片能够分别实现三维空间的运动。
3.一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的方法，其特征在于：通过激光照射铌酸锂晶片产生的非均匀电场，使位于石英晶片上的待喷射溶胶产生类似于泰勒锥状形变，进而产生微量溶胶液滴的喷射。
4.根据权利要求3所述的一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的方法，其特征在于：所述溶胶通过溶胶凝胶法制备，所述溶胶不同于油、水、聚二甲基硅氧烷这些单组份物质，属于多组分物质。
5.一种基于C切铌酸锂晶片实时可控溶胶喷射的方法，其特征在于：三轴组合移动平台、激光器、快门开关三者协同配合实现待喷射溶胶喷射到铌酸锂晶片二维平面的任意位置，同时喷射的溶胶液滴大小可控。
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