CN110681505A

CN110681505A - 一种电喷雾装置

Info

Publication number: CN110681505A
Application number: CN201911135908.2A
Authority: CN
Inventors: 邓巍巍; 王志备; 田逸
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2039-11-19
Also published as: CN110681505B

Abstract

本发明实施例公开了一种电喷雾装置，电喷雾装置包括基底、供液装置和电极；电极完全或部分围绕基底且与基底间隔设置，电极接直流电压，基底接地，供液装置用于向基底的表面提供导电喷雾液，其中，基底边缘的厚度小于或等于100μm。本实施例的技术方案能够无需增加电喷雾喷嘴的数量而产生多个电喷雾源，增大了电喷雾的产量，且其成本较低，制造工艺简单易于实现。

Description

一种电喷雾装置

技术领域

本发明实施例涉及电喷雾技术领域，尤其涉及一种电喷雾装置。

背景技术

电喷雾技术因为其能产生具有单分散性并且粒径从纳米到微米级别可调的液滴而从许多雾化技术中脱颖而出，其在工业生产以及其他方面具有广阔的发展以及应用前景，尤其是目前所知唯一能得到单分散载药微/纳米粒子的方法。

电喷雾所产生的液滴的直径与电喷雾的流量有着强相关性，无法通过单纯的增加喷雾流量而增大电喷雾的产量。现有技术中主要通过增加电喷雾喷嘴的数量以增加电喷雾源的数目，从而增加电喷雾的产量，因此想要大幅度提升产量便要求制备含有大量喷嘴的电喷雾装置，这对制造工艺难度以及制造成本有着极高的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种电喷雾装置，以实现在无需增加电喷雾喷嘴的数量的情况下，产生多个电喷雾源，增大电喷雾的产量，降低制造工艺难度及制造成本。

本发明实施例提供一种电喷雾装置，电喷雾装置包括：基底、供液装置和电极；

电极完全或部分围绕基底且与基底间隔设置，电极接直流电压，基底接地，供液装置用于向基底的表面提供导电喷雾液，其中，基底边缘的厚度小于或等于100μm。

可选地，基底为面状基底，电极为环状电极；边缘为从基底的最外侧向其中心延伸设定距离的区域，设定距离为基底的最外侧到其中心距离的十分之一。

可选地，基底为筒状基底，电极为面状电极；基底包括相对的第一端面和第二端面，第一端面相对电极设置；边缘为从第一端面向第二端面延伸0～1mm的区域。

可选地，第一端面相对电极的中部区域设置。

可选地，边缘轮廓与电极对应位置处的内边缘轮廓形状相同。

可选地，基底为圆形基底，电极为圆环形电极，基底和所述电极同中心轴设置。

可选地，基底上设置有通孔，供液装置通过通孔向基底的上表面提供导电喷雾液。

可选地，通孔位于基底的中心。

可选地，供液装置包括微量注射泵、金属针管和点胶针头，点胶针头穿设于通孔中，且点胶针头的外径等于通孔的孔径，微量注射泵的注液口通过金属针管与点胶针头连通，基底通过金属针管接地。

可选地，基底的直径为2mm～10mm。

可选地，边缘的表面为平滑表面。

可选地，基底包括金属片、硅片或玻璃片。

可选地，直流电压的电压值为5.4kV～10kV。

本发明实施例提供的电喷雾装置包括基底、供液装置和电极，通过电极完全或部分围绕基底且与基底间隔设置，电极接直流电压，基底接地，供液装置向基底的表面提供导电喷雾液，其中，基底边缘的厚度小于或等于100μm；以此实现在基底至电极之间产生电场，从而不通过增加电喷雾喷嘴的数量就能够在基底边缘产生大量电喷雾源，增大了电喷雾的产量，降低了制造工艺难度及制造成本。

附图说明

图1为本发明实施例中的第一种电喷雾装置的示意图；

图2为本发明实施例中的第二种电喷雾装置的示意图；

图3为本发明实施例中的第三种电喷雾装置的示意图；

图4为本发明实施例中的不同直流电压下对应产生的电喷雾源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种电喷雾装置。该电喷雾装置适用于载药微/纳米粒子的制备过程，或者电喷雾中进行的相关反应，以及航天器的抵抗微弱阻力的推进工作中。图1为本发明实施例中的第一种电喷雾装置的示意图，如图1所示，电喷雾装置包括基底10、供液装置20和电极30；电极30完全或部分围绕基底10且与基底10间隔设置，电极30接直流电压Vd(如接电源的正极)，基底10接地(如接电源的负极)，供液装置20用于向基底10的表面提供导电喷雾液，其中，基底10边缘的厚度小于或等于100μm。

具体地，如图1所示，电极30完全围绕基底10且与基底10之间有间隔，供液装置20向基底10的表面提供导电喷雾液，将电极30接入直流电压Vd，直流电压Vd的数量级优选为千伏，基底10接地(图中未示出)，导电喷雾液中含有可以自由移动的离子，在基底10至电极30之间形成的高压静电场的麦克斯韦压力的梯度不同，导电喷雾液的点滴滴入到基底10表面后在基底10的表面形成液膜，液膜在静电场力的作用下在基底10边缘形成大量的泰勒锥，即产生了大量的喷雾源，最终喷雾源被雾化形成喷雾；在高压静电场下，喷雾液滴的重力忽略不计，喷雾的方向始终是与高压静电场中电力线的方向密切相关，因此，图2为本发明实施例中的第二种电喷雾装置的示意图，如图2所示，电极30还可以是部分围绕基底10，或者根据所需要的喷雾的方向设计电极30与基底10的相对位置；其中，基底10边缘的厚度小于或等于100μm，基底10边缘的厚度影响产生电喷雾源的数目，其它各条件均相同的情况下，基底10边缘的厚度越小产生的电喷雾源的数目越多，因为基底10边缘越尖锐越容易产生泰勒锥，从而越容易产生电喷雾源，此外，供液装置20可以穿透基底10或者从基底10的上方以点滴的方式持续不断地向基底10的表面提供导电喷雾液。需要说明的是，本发明实施例中的“在其它各条件均相同的情况下，基底10边缘的厚度越小产生的电喷雾源的数目越多”意指在所有能够影响产生的电喷雾源的数目的条件中，此时仅以基底10边缘的厚度为变量，而控制除基底10边缘的厚度以外的其余所有条件不变，在本发明实施例中后序出现的“在其它各条件均相同的情况下”也意指运用控制变量法，只以其中一个条件为变量，而控制除该条件以外的其余所有条件不变。

本发明实施例提供的电喷雾装置包括基底、供液装置和电极，通过电极完全围绕基底且与基底间隔设置，供液装置向基底的表面提供导电喷雾液，电极接入直流电压，基底接地，其中，基底边缘的厚度小于或等于100μm；基底至电极之间形成的高压静电场的麦克斯韦压力的梯度不同，导电喷雾液在静电场力的作用下在基底的边缘形成多个泰勒锥，即产生了多个喷雾源，喷雾源雾化形成喷雾，增大了电喷雾的产量，而无需通过增加电喷雾喷嘴的数目以增大电喷雾产量，降低了制造工艺难度及制造成本。

具体地，如图1和图2所示，基底10的形状为面状，电极30的形状为环状，基底10的边缘为从基底10的最外侧向其中心径向延伸设定距离的区域，设定距离为基底10的最外侧到其中心距离的十分之一，例如，基底10的最外侧到其中心距离为5mm，则设定距离为0.5mm，则设定距离的区域为从基底10的最外侧向其中心延伸0.5mm的区域，该从基底10的最外侧向其中心延伸0.5mm的区域即为基底10的边缘，基底10边缘的厚度小于或等于100μm，其它各条件均相同的情况下，基底10边缘的厚度越小则在基底10边缘产生的电喷雾源的数目越多。

图3是本发明实施例中的第三种电喷雾装置的示意图，如图3所示，可选地，基底10为筒状基底，电极30为面状电极；基底10包括相对的第一端面11和第二端面12，第一端面11相对电极30设置；边缘为从第一端面11向第二端面12延伸0～1mm的区域。

具体地，如图3所示，基底10的形状为筒状，电极30的形状为面状，基底10包括相对的第一端面11和第二端面12，第一端面相对电极30设置，基底10的边缘为从第一端面11向第二端面12延伸0～1mm的区域，基地10的形状为筒状，所以基底10的边缘也可以看作是一封闭的圆环区域，基底10边缘的厚度小于或等于100μm；示例性地，基底10为直径为2mm的圆筒状基底，电极30为直径为大于或等于10mm的圆面状电极，即电极30的直径大于或等于5倍的基底10的直径，此时可以视为电极30远大于基底10，将电极10接入直流电压Vd，直流电压Vd的数量级优选为千伏，基底10接地(图中未示出)，供液装置20可以包括微量注射泵21，通过微量注射泵21的注液口直接或者借助于注射管向基底10的筒内表面持续不断地通入电喷雾液，在基底10与电极30之间形成的高压静电场的麦克斯韦压力的梯度不同，导电喷雾液在静电场力的作用下在基底10边缘形成多个泰勒锥，即产生了多个喷雾源，喷雾源雾化形成喷雾，电喷雾从基底10的边缘相对电极30喷射，此时，根据高压静电场中电力线的方向，从基底10边缘相对电极30沿同一方向射出喷雾。

可选地，如图3所示，第一端面11相对电极的中部区域设置。

具体地，如图3所示，第一端面11相对电极的中部区域设置，以便在基底10的整个边缘产生的大量的电喷雾源的尺寸均匀。

具体地，基底边缘轮廓与电极对应位置处的内边缘轮廓形状可为多边形、圆弧形或圆环形等，优选为圆环形。如图1和图2所示，基底10边缘轮廓为圆环形，电极10的内边缘轮廓也为圆环形，当基底边缘轮廓与电极对应位置处的内边缘轮廓形状相同时，保证了从基底边缘至与其对应的电极的内边缘的位置之间的电场的均匀性，从而保证了产生的电喷雾源的相似性及喷雾液滴尺寸的均匀性。

可选地，如图1所示，基底10为圆形基底，电极30为圆环形电极，基底10和电极30同中心轴设置。

具体地，将基底10的形状设为圆形，电极30的形状设为圆环形，并将基底10与电极30同中心轴设置，以保证基底10边缘均匀地产生大量的电喷雾源，此时，喷雾从基底10的边缘相对电极30喷射；此外，基底10与电极30同中心轴设置的同时设置于同一个平面内，以在保证基底10边缘均匀地产生大量的电喷雾源同时，基底10上的电喷雾液尽可能地被雾化；示例性地，圆形基底10的外径为10mm，圆环形电极30的外径为34mm，内径为26mm，圆形基底10与圆环形电极30的之间的间隔为16mm。

可选地，如图1所示，基底10上设置有通孔40，供液装置20通过通孔40向基底10的上表面提供导电喷雾液。

具体地，可以采用激光打标机在基底10上加工出通孔40，再将供液装置20装配于通孔40中以通过通孔向基底10的上表面提供导电喷雾液，相当于导电喷雾液由基底10上表面渗出，导电喷雾液直接在基底10上形成液膜，这样设置除了便于观察以外，基底10还可以在供液的过程中旋转，基底10旋转的时候，基底10上表面上的导电喷雾液会受到一径向离心力，在静电场力与径向离心力的共同作用下，基底10上表面的液膜会更均匀，从而进一步增加产生的电喷雾源的均匀性。

可选地，如图1所示，通孔40位于基底10的中心。

具体地，将通孔40设置于基底10的中心，使得导电喷雾液从基底10的中心向基底10的边缘在基底10的上表面铺展为均匀的液膜，从而进一步提高喷雾液滴尺寸的均一性。

可选地，如图1所示，供液装置20包括微量注射泵21、金属针管22和点胶针头(图中未示出)，点胶针头穿设于通孔40中，且点胶针头的外径等于通孔40的孔径，微量注射泵31的注液口通过金属针管22与点胶针头连通，基底10通过金属针管22接地。

具体地，微量注射泵21的注液口通过金属针管22与点胶针头连通，即利用微量注射泵21通过金属针管22向点胶针头提供导电喷雾液，将点胶针头设于通孔40中，可实现导电喷雾液通过点胶针头以点滴的方式持续不断地滴至基底10上表面。示例性地，导电喷雾液可以为乙醇溶液，微量注射泵21通过金属针管22以6mL/h的供液流量提供乙醇溶液，以在基体10的上表面形成一层乙醇液膜。同时点胶针头的外径等于通孔40的孔径，使得点胶针头与通孔40内壁紧密贴合，从而防止由于点胶针头与通孔40之间存在缝隙而导致滴至基底10上表面的导电喷雾液沿缝隙渗出。示例性地，通孔40的孔径为0.9㎜，可对应选择外径为0.9㎜的20G规格的点胶针头。本实施例中，金属针管22可与基底10接触，此时通过将金属针管22接地以实现对基底10接地。

可选地，基底的直径为2mm～10mm。

具体地，当基底为圆形基底时，圆形基底的直径为2mm～10mm为一实际实验值，在实验过程中，其它各条件均相同的情况下，圆形基底的直径越大，则圆形基底的周长越长，产生的电喷雾源越多，因为影响产生的电喷雾源的数目的因素还有直流电压的电压值的大小，当无法通过调节电压值的大小来调节产生的电喷雾源的数目时，便能够通过调节圆形基底的直径的大小来对其进行调节。

可选地，边缘的表面为平滑表面。

具体地，可以采用激光打标机对基底边缘的表面加工至平滑无毛刺，以保证边缘的静电场分布的均匀性，从而保证产生的电喷雾源的相似性。

可选地，基底包括金属片、硅片或玻璃片。

具体地，基底的厚度越小其边缘越尖锐化，在相同直流电压下会更容易产生泰勒锥，即更容易产生多个电喷雾源，因此在相同电压下，基底的厚度决定了产生最多电喷雾源的数目，但考虑到基底的材料的刚度，基底厚度过于小时材料的刚度不够将不足以支撑液膜，当基底为金属片时，其厚度优选为10μm，当基底为硅片、玻璃片或者其它材质时，可根据硅片、玻璃片或者其它材质的刚度，选择最优的厚度大小，以确保足以支撑液膜。

可选地，直流电压的电压值为5.4kV～10kV。

具体地，直流电压的电压值优选为5.4kV～10kV，以产生高压静电场，直流电压的大小除了影响喷雾液滴的尺寸的大小以外，还影响电喷雾源的数目；图4为本发明实施例中的不同直流电压下对应产生的电喷雾源，如图4所示，金属圆形基底为例，其厚度为10μm，直径为10mm，正中心处装配20G的点胶针头，与其同中心轴且在其所在平面内固定电极，其中，电极为圆环形电极，圆环形电极的外径为34mm，圆环形电极的内径为26mm，圆环形电极与金属圆形基底的间隔为16mm，在直流电压分别为5.4kV、5.5kV、5.6kV、5.7kV、5.9kV和6.1kV下，观察到的金属圆形基底的边缘所产生的电喷雾源，其它各条件均相同的情况下，直流电压越大产生的电喷雾源越多，直流电压为10kV时能够产生1000个左右的电喷雾源，若选择若接入大于10kV的直流电压，空气被击穿而容易出现漏电的现象，当在真空环境或者氮气环境下便可以在10kV的基础上，继续增大直流电压的数值以增大产生的电喷雾源的数目，若接入低于5.4kV的直流电压则几乎不再产生电喷雾源；此外，在其它各条件均相同且不变的情况下，还可以通过减小基底与电极之间的间隔以减小产生相同数目的电喷雾源的所需直流电压的大小，因为当基底与电极之间的间隔减小时，基底上表面的液膜所受静电场力增大，从而产生相同数目的电喷雾源的所需直流电压的减小。

本发明实施例提供的电喷雾装置通过圆环形电极完全围绕金属圆形基底且与金属圆形基底间隔设置，圆环形电极接入直流电压，利用微量注射泵通过金属针管向点胶针头提供导电喷雾液，将点胶针头设于金属圆形基底的通孔中，可实现导电喷雾液通过点胶针头以点滴的方式持续不断地滴至金属圆形基底的上表面，在金属圆形基底中心至圆环形电极之间产生高压静电场，在金属圆形基底边缘产生了1000个左右的电喷雾源，从而无需增加电喷雾喷嘴的数目，增大了电喷雾的产量，工艺难度简单易于实现，降低了制造工艺难度及制造成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种电喷雾装置，其特征在于，包括：基底、供液装置和电极；

所述电极完全或部分围绕所述基底且与所述基底间隔设置，所述电极接直流电压，所述基底接地，所述供液装置用于向所述基底的表面提供导电喷雾液，其中，所述基底边缘的厚度小于或等于100μm。

2.根据权利要求1所述的电喷雾装置，其特征在于，所述基底为面状基底，所述电极为环状电极；

所述边缘为从所述基底的最外侧向其中心延伸设定距离的区域，所述设定距离为所述基底的最外侧到其中心距离里的十分之一。

3.根据权利要求1所述的电喷雾装置，其特征在于，所述基底为筒状基底，所述电极为面状电极；

所述基底包括相对的第一端面和第二端面，所述第一端面相对所述电极设置；

所述边缘为从所述第一端面向所述第二端面延伸0～1mm的区域。

4.根据权利要求3所述的电喷雾装置，其特征在于，所述第一端面相对所述电极的中部区域设置。

5.根据权利要求2所述的电喷雾装置，其特征在于，所述边缘轮廓与所述电极对应位置处的内边缘轮廓形状相同。

6.根据权利要求5所述的电喷雾装置，其特征在于，所述基底为圆形基底，所述电极为圆环形电极，所述基底和所述电极同中心轴设置。

7.根据权利要求6所述的电喷雾装置，其特征在于，所述基底上设置有通孔，所述供液装置通过所述通孔向所述基底的上表面提供导电喷雾液。

8.根据权利要求7所述的电喷雾装置，其特征在于，所述通孔位于所述基底的中心。

9.根据权利要求7所述的电喷雾装置，其特征在于，所述供液装置包括微量注射泵、金属针管和点胶针头，所述点胶针头穿设于所述通孔中，且所述点胶针头的外径等于所述通孔的孔径，所述微量注射泵的注液口通过所述金属针管与所述点胶针头连通，所述基底通过所述金属针管接地。

10.根据权利要求6所述的电喷雾装置，其特征在于，所述基底的直径为2mm～10mm。

11.根据权利要求2或3所述的电喷雾装置，其特征在于，所述边缘的表面为平滑表面。

12.根据权利要求1所述的电喷雾装置，其特征在于，所述基底包括金属片、硅片或玻璃片。

13.根据权利要求1所述的电喷雾装置，其特征在于，所述直流电压的电压值为5.4kV～10kV。