CN110561750A - 一种基于压电振动式的静电打点装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及静电打点领域，具体涉及一种基于压电振动式的静电打点装置。一种基于压电振动式的静电打点装置，包括储液装置和供液装置，所述储液装置包括储液壳体，所述储液壳体上相对设置有开口和出液口，所述开口上设置有压电振动元件，所述开口的面积大于出液口的面积，所述开口和出液口位于同一中心线上，所述供液装置为储液装置密封供液。解决了现有的静电纺丝技术中存在的无法制备二维和零维纳米材料；静电纺丝过程中易出现鞭动现象，不稳定，不易控制；打印材料受限等问题。

Description

一种基于压电振动式的静电打点装置
技术领域
本发明涉及静电打点领域，具体涉及一种基于压电振动式的静电打点装置。
背景技术
随着纳米技术的发展，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域发挥着巨大的作用。静电纺丝是在静电场下，从泰勒锥尖端流出细流(溶液或者熔体)继而冷却固化成聚合物纤维的过程。
申请号为CN201410099806.0的中国申请公开了一种静电纺丝装置，并具体公开了：注射器推送机构在力的作用下，将注射器里面的溶液从静电纺丝喷头挤出，高压直流电源通过导线与静电纺丝喷头连接，导电的收集器通过导线与大地电场连接，在高压直流电源的作用下，收集器与静电纺丝喷头之间形成高压电场，为静电纺丝提供电场，高压直流电源通过导线与控制系统相连，控制高压直流电源的电压输出。但静电纺丝会面临如下的一些问题：(1)静电纺丝只能制备一维纳米材料，对于二维和零维纳米材料的制备有存在很大问题；(2)基于静电纺丝形成的纳米纤维在传递到接收板的过程中会出现鞭动现象，使得稳定性极大的降低；(3)静电纺丝技术的可控性与灵敏度也较低；(4)在打印材料方面受到其形成机理的限制，静电纺丝的液体一般是非导电液体，采用导电液体进行纺丝时会出现电场短路的现象，这种问题的存在一定程度上也限制了静电纺丝的应用范围。
发明内容
为了解决现有的静电纺丝技术中存在的无法制备二维和零维纳米材料；静电纺丝过程中易出现鞭动现象，不稳定，不易控制；打印材料受限等问题，本发明提出一种基于压电振动式的静电打点装置，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：
一种基于压电振动式的静电打点装置，包括储液装置和供液装置，所述储液装置包括储液壳体，所述储液壳体上相对设置有开口和出液口，所述开口上设置有压电振动元件，所述开口的面积大于出液口的面积，所述开口和出液口位于同一中心线上，所述供液装置为储液装置密封供液。
进一步地，所述压电振动元件包括压电陶瓷和基板，所述基板密封设置在开口上，所述基板在压电陶瓷的作用下振动。
进一步地，所述储液装置上设置有通孔，所述供液装置通过所述通孔向储液装置供液。
进一步地，所述供液装置包括供液壳体、设置在供液壳体内的密封活塞和与供液壳体内腔相通的细导管，所述细导管伸入通孔内，所述密封活塞通过推杆和动力装置连接。
进一步地，所述供液壳体的后端设置有后挡板，所述推杆穿过所述后挡板，所述推杆上设置有外螺纹，所述后挡板上设置有与推杆的外螺纹配合的内螺纹，所述动力装置带动推杆旋转运动。
进一步地，还包括接收板和高压电源，所述接收板接高压电源的一极，所述高压电源的另一极连接出液口。
进一步地，所述储液装置的出液口上设置有导电环，所述导电环和高压电源的正极连接，所述接收板和高压电源的负极连接。
进一步地，所述接收板能够三维运动。
进一步地，所述储液装置和接收板之间设置有高压电场或磁场。
基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：
1.本发明的基于压电振动式的静电打点装置将压电振动装置与高压电场相结合，可以实现高压电场下的精确打点，实现二维和零维纳米材料的制备；
2.本发明的基于压电振动式的静电打点装置可以实现对多种材料进行打点操作，例如非金属绝缘材料、非金属导电材料、金属导电材料等；还可以实现对多种微纳级别的结构的打印，例如高效过滤纸、医学生物材料、防护服、电机材料及气敏传感器等；
3.本发明的基于压电振动式的静电打点装置应用广泛，在表面涂层如对电路板表面同模打印，微机电设备等领域具有独特优势，在纳米材料自组装技术上有很好的应用前景；
4.本发明的基于压电振动式的静电打点装置采用压电振动来控制液量，控制精确，且通过调整压电振动元件的振动频率使储液装置内的待打点液体在不同的振动模态下发生振动，可实现出液端的单点打印或多点打印。
附图说明
图1为本发明的静电打点装置的结构示意图；
图2为本发明的静电打点装置中的带导电环的储液装置的结构示意图；
图3为本发明的静电打点装置中的供液装置的结构示意图；
图4为本发明的静电打点装置中的压电振动元件向上振动时的状态图；
图5为本发明的静电打点装置中的压电振动元件向下振动时的状态图；
图6为本发明的静电打点装置中的压电振动元件向下振动时打点的状态图；
图7为本发明的静电打点装置外加电场的结构示意图；
图8为本发明的静电打点装置中喷射出的带电液体在外加电场中的运动轨迹示意图；
图9为本发明的静电打点装置中喷射出的带电液体在外加磁场中的运动轨迹示意图；
图10为本发明的静电打点装置多点输出时的状态图；
图中：1-储液装置；11-储液壳体；12-开口；13-出液口；14-导电环；15-通孔；2-供液装置；21-供液壳体；22-细导管；23-密封活塞；24-推杆；25-后挡板；26-动力装置；3-压电振动元件；31-压电陶瓷；32-基板；4-接收板；5-高压电源。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的内容作进一步地说明。
如图1-10所示，本实施例提供了一种基于压电振动式的静电打点装置，包括储液装置1和供液装置2，所述储液装置1用于储存待打点液体，储液装置1包括储液壳体11，储液壳体11为一中空腔体结构，具体形状不限，可为中空圆柱体、中空长方体、中空球体等，待打点液体充满储液壳体11，优选地，储液壳体11的材质为绝缘材料。储液壳体11上相对设置有开口12和出液口13，开口12上设置有压电振动元件3，出液口13用于待打点液体在压电振动元件3的作用下从出液口13中喷射出来，开口12的面积大于出液口13的面积，出液口13位于开口12的下方，优选地，出液口13位于开口12的正下方，开口12和出液口13位于同一中心线上。储液壳体11上还开有通孔15，通孔15和储液壳体11内的储液腔体连通，通孔15用于连通储液壳体11的储液腔体和供液装置2。优选地，通孔15设置在储液壳体11的侧壁上。为了方便使出液口13的待打点液体带电，出液口13处设置有导电环14，导电环14设置在出液口13处，与储液壳体11内的待打点液体接触。
储液壳体11的开口12处设置有压电振动元件3，压电振动元件3在驱动电路的驱动下发生振动。压电振动元件3包括压电陶瓷31和基板32，基板32密封设置在开口12处，基板32具有一定的弹性，可上下振动，基板32的材质可为涂覆有绝缘材料的金属基板。压电陶瓷31设置在基板32的外表面上，压电陶瓷31在驱动电路的驱动下发生振动，压电陶瓷31带动基板32上下振动。压电陶瓷31的形状不限，可为矩形、圆形、钵形等。
所述供液装置2为储液装置1供液，保证储液装置1内的待打点液体始终充满储液壳体11。所述供液装置2包括供液壳体21、细导管22和密封活塞23，所述细导管22设置在供液壳体的前端，且和供液壳体21的内腔连通，细导管22可伸入储液装置1上的通孔15中，供液装置2通过细导管22向储液装置1供液。密封活塞23密封设置在供液壳体21内，且可沿供液壳体21的轴向方向移动。通过推动密封活塞23朝向细导管22的方向移动，使得供液装置2中的液体输送至储液装置1中。优选地，所述密封活塞23的远离细导管22的一侧设置有推杆24，所述推杆24连接有驱动装置26，驱动装置26推动推杆24，推杆24推动密封活塞23向前移动，将液体输送至输液装置1中。优选地，所述驱动装置26可以为液压缸、气缸、螺杆泵等。本实施例优选地，所述推杆24上设置有外螺纹，所述供液壳体21的远离细导管22的后端设置有后挡板25，后挡板25上开有通孔，通孔内设置有内螺纹，所述推杆24和后挡板25螺纹连接，且推杆24伸出后挡板25，所述推杆24伸出后挡板25的一端连接有驱动装置26，此处驱动装置26优选为步进电机，步进电机带动推杆24旋转，推杆24旋转并向前推动密封活塞23，将供液装置1内的液体输送至输液装置1中。
本实施例的静电打点装置还包括接收板4和高压电源5，高压电源5的一极和出液口13连接，高压电源5的另一极和接收板4连接。优选地，出液口13设置有导电环14的情况下，高压电源5的正极和导电环14连接，高压电源5的负极和接收板4连接。接收板4用于接收喷射出来的点状液体，所述接收板4为平板结构形状不限，材质为金属材质。优选地，为了实现微纳立体结构的打印，可以设置接收板4为一可实现空间三维运动的装置，即接收板4在驱动件的作用下可以在X轴、Y轴和Z轴方向运动。在保证打点位置不变的情况下，通过控制接收板4的空间运动实现微纳立体结构的打印。
为了控制喷射出来的带电液滴的运行方向，本实施例的静电打点装置的储液装置1和接收板4之间还设置有外加电场或磁场。当在储液装置1和接收板4之间设置有外加电场时，可以通过实时调整外加电场的方向来控制带电液滴的运动轨迹，实现微纳立体结构的打印。当在储液装置1和接收板4之间设置有外加磁场时，带电液滴在外加磁场的作用下，运动轨迹也会发生偏转，因此只要控制外加磁场的方向，也能实现对带电液体的运动轨迹的控制，实现微纳立体结构的打印。
除了单点打印之外，本实施例的静电打点装置还可以通过调节压电振动元件的不同振动频率使得储液装置1内的待打点液体在不同的振动模态下发生振动，可以实现出液端多点同时打印的振动模态。
本实施例的静电打点装置还包括控制装置，所述控制装置获知压电振动元件3的工作情况，根据压电振动元件3的工作情况来控制供液装置向储液装置供液。具体地，当压电振动元件3向上运动，储液壳体11的内腔体积变大时，控制装置驱动驱动装置26工作，通过推杆24推动密封活塞23向前运动，供液壳体21内的液体通过细导管22进入到储液壳体11内，进行供液。
基于上述技术方案，本发明的静电打点装置的工作原理为：首先将待打点液体注入储液装置1中，同时在供液装置2中注入适量的待打点液体，当需要进行打点时，压电陶瓷31在驱动电路的驱动作用下发生振动，并带动基板32振动，带动储液装置1内的待打点液体发生振动，调整压电陶瓷31的振动频率与驱动电压使得储液装置1中的待打点液体在某种状态下发生振动，压电陶瓷31的反复振动带动储液装置1中的待打点液体反复振动。储液装置1的出液口13处的待打点液体带电，带电液体顶端液面振幅最大位置处的液体顶端由于电场力的作用形成夹角为α的泰勒锥，当α<临界角时，液体受到的电场力大于表面张力，液体从出液口13拉扯出，形成液滴，当出液口13中的带点液体顶端液面振幅逐渐减小时，带电液体表面形成的泰勒锥的顶端夹角α>临界角，出液口处没有带电液滴飞出。压电振动元件3带动储液装置1中的待打点液体反复振动形成连续打点的动作，在驱动装置的驱动下，供液装置持续微量给储液装置1供液，保证储液装置1的内腔中的待打点液体始终充满内腔，形成稳定、连续的打点。此外，本实施例的静电打点装置在打点时放置姿态不限，可向下打点，也可根据情况向上打点或者其他放置姿态下打点。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种基于压电振动式的静电打点装置，包括储液装置(1)和供液装置(2)，其特征在于，所述储液装置(1)包括储液壳体(11)，所述储液壳体(11)上相对设置有开口(12)和出液口(13)，所述开口(12)上设置有压电振动元件(3)，所述开口(12)的面积大于出液口(13)的面积，所述开口(12)和出液口(13)位于同一中心线上，所述供液装置(2)为储液装置(1)密封供液。
2.如权利要求1所述的一种基于压电振动式的静电打点装置，其特征在于，所述压电振动元件(3)包括压电陶瓷(31)和基板(32)，所述基板(32)密封设置在开口(12)上，所述基板(32)在压电陶瓷(31)的作用下振动。
3.如权利要求2所述的一种基于压电振动式的静电打点装置，其特征在于，所述储液装置(1)上设置有通孔(15)，所述供液装置(2)通过所述通孔(15)向储液装置(1)供液。
4.如权利要求3所述的一种基于压电振动式的静电打点装置，其特征在于，所述供液装置(2)包括供液壳体(21)、设置在供液壳体(21)内的密封活塞(23)和与供液壳体(21)内腔相通的细导管(22)，所述细导管(22)伸入通孔内，所述密封活塞(23)通过推杆(24)和动力装置(26)连接。
5.如权利要求4所述的一种基于压电振动式的静电打点装置，其特征在于，所述供液壳体(2)的后端设置有后挡板(25)，所述推杆(24)穿过所述后挡板(25)，所述推杆(24)上设置有外螺纹，所述后挡板(25)上设置有与推杆(24)的外螺纹配合的内螺纹，所述动力装置(26)带动推杆(24)旋转运动。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种基于压电振动式的静电打点装置，其特征在于，还包括接收板(4)和高压电源(5)，所述接收板(4)接高压电源(5)的一极，所述高压电源(5)的另一极连接出液口(13)。
7.如权利要求6所述的一种基于压电振动式的静电打点装置，其特征在于，所述储液装置(1)的出液口(13)上设置有导电环(14)，所述导电环(14)和高压电源(5)的正极连接，所述接收板(4)和高压电源(5)的负极连接。
8.如权利要求7所述的一种基于压电振动式的静电打点装置，其特征在于，所述接收板(4)能够三维运动。
9.如权利要求7所述的一种基于压电振动式的静电打点装置，其特征在于，所述储液装置(1)和接收板(4)之间设置有高压电场或磁场。
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