二段電場結構靜電噴射系統及陣列與使用方法技術方案

本發明專利技術提出了一種二段電場結構靜電噴射系統及陣列與使用方法，屬于靜電噴射技術領域。該系統主要包括接入第一電位的噴頭（1）、接入第二電位的控制電極（2）和接地或接入第三電位的噴射基底（3），其中控制電極（2）與噴頭（1）共同組成靜電液滴產生裝置；控制電極（2）與噴射基底（3）共同組成靜電液滴收集裝置。本發明專利技術通過引進控制電極分開了靜電液滴的產生裝置和收集裝置，并把傳統的單段電場隔斷成兩段電場，使用第一段電場產生靜電液滴，使用第二段電場來控制靜電液滴的運動和空間分布，增加了安全性和靈活性，且節省空間，提高效率，尤其適宜于在陣列化和微型化系統中使用。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提出了一種，屬于靜電噴射
。該系統主要包括接入第一電位的噴頭（1）、接入第二電位的控制電極（2）和接地或接入第三電位的噴射基底（3），其中控制電極（2）與噴頭（1）共同組成靜電液滴產生裝置；控制電極（2）與噴射基底（3）共同組成靜電液滴收集裝置。本專利技術通過引進控制電極分開了靜電液滴的產生裝置和收集裝置，并把傳統的單段電場隔斷成兩段電場，使用第一段電場產生靜電液滴，使用第二段電場來控制靜電液滴的運動和空間分布，增加了安全性和靈活性，且節省空間，提高效率，尤其適宜于在陣列化和微型化系統中使用。【專利說明】
本專利技術涉及一種，屬于靜電噴射
。
技術介紹
靜電噴射技術通常使用靜電力使液體從噴頭噴射出來，產生細小的靜電噴射液滴，其大小通常在幾微米到幾百微米不等。其基本物理原理一般可以從G.Tayloi^PJ.R.Melcher等提出的泄漏介質模型得到解釋。該技術在工業噴涂、精細編織、微納制造、噴墨打印、生物檢測等領域有廣泛的應用。但是，傳統的靜電噴射技術通常把靜電液滴收集裝置和靜電液滴產生裝置合為一體，構成簡單的一段式結構，從而使得靜電液滴的產生和其空間分布都處在同一個空間電場中，使用上存在較大的局限。一般為了達到一定的靜電液滴空間分布的需要，噴頭和液滴收集裝置間的距離為厘米量級或更高，從而為了達到靜電噴射所需的高場強，在噴頭上需要加載幾千伏乃至幾十千伏的高壓靜電。其缺點主要體現在:控制受限，一般靜電噴射的產生需要較高的電場強度，而靜電液滴的收集和其運動與空間分布控制只需要較低的電場強度，但是一段式結構下只能用同一個電場去實現這兩個不同要求的功能；難以做到器件的微型化，在陣列式系統中該缺點尤其突出；外加電壓過高，靜電屏蔽和絕緣連接等難度大，且成本較高；單一電場限制了對靜電液滴空間分布的有效調節。
技術實現思路
本專利技術針對上述傳統一段式結構靜電噴射系統的不足，提供一種二段場強結構的靜電噴射系統及陣列與使用方法 ，從而避免了上述缺點，在靜電噴射系統的微型化和陣列化中尤其實用。本專利技術的第一方面:就是一種二段電場結構靜電噴射產生及控制系統，其特征在于:包括接入第一電位的噴頭、接入第二電位的控制電極和接地或接入第三電位的噴射基底，其中控制電極與噴頭共同組成靜電液滴產生裝置，產生和控制第一段電場，用于產生靜電液滴；同時控制電極與靜電液滴與噴射基底共同組成靜電液滴收集裝置，產生和控制第二段電場，用于控制靜電液滴的運動和空間分布；這樣就做到了靜電液滴的產生和收集裝置分開，增加了控制上的靈活性。本專利技術的第二方面:就是根據權利要求1所述的二段電場結構靜電噴射系統，其特征在于: (a)上述接入第一電位的噴頭包括接入第一電位的電源和液體存儲輸送裝置，噴頭到控制電極的距離為厘米至微米量級。因為噴頭與控制電極之間的第一段電場的主要功能是用來激發靜電噴射，而決定靜電噴射激發與否的關鍵在于是否有足夠高的電場強度，其設計原則為不低于產生靜電噴射所需要的電場強度，不高于引發包括空氣電離等介質擊穿在內的泄漏電場強度，通常范圍在100?10000千伏/米量級之間。我們知道，電場強度正比于兩電極之間的電壓差且反比于兩電極之間的距離，從而在二段電場結構的系統中，可以通過減小第一電極到控制電極的距離來降低激發靜電噴射所需要的電壓差，在距離為幾到幾十微米的情況下，只需要低達幾伏到幾十伏的低電壓差就可以產生足夠高的高強度電場以激發靜電噴射。這不僅避免了高電壓帶來的成本高、屏蔽難度大、危險性高等一系列問題，而且可以實現第一段靜電液滴產生裝置的微型化和陣列化。(b)上述接地或接入第三電位的噴射基底與控制電極之間的距離為厘米至米量級。噴射基底與控制電極之間的第二段電場主要用于對第一段電場產生的靜電液滴通過靜電力進行控制影響其運動和空間分布等，其設計原則為一般不高于第一級電場，一般只需要較低強度的電場，通常范圍在0.1?100千伏/米量級之間，特殊情況下電場強度可以為零。因此，通常控制電極和噴射基底也不需要加幾千伏或以上的高壓，從而可以避免高電壓帶來的成本高、屏蔽難度大、危險性高等一系列問題。噴射基底可以接地，特殊情況下噴射基底也可以接入第三電位以維持一定的對地壓差， 典型應用情況為:控制電極可施加幾十到幾百伏電壓，噴頭與控制電極之間的電壓差為幾伏至幾十伏，距離為幾到幾十微米；噴射基底接地，噴射基底與控制電極之間的電壓差為幾十到幾百伏，距離為幾到幾十厘米。本專利技術的第三方面:就是一種靜電噴射系統陣列，其特征是包含若干個單元，每個單元中包括一個如權利要求1所述的二段電場結構靜電噴射產生及控制系統，各單元的結構參數和控制參數可以完全一致也可以根據需要加以調整。本專利技術的第四方面:在于權利要求1和2中所述的二段電場結構靜電噴射產生及控制系統的使用方法，其特征在于: (a)通過調節噴頭的電壓或空間位置或液體流量或液體性質，而保持控制電極及噴射基底的參數不變，以改變靜電液滴的產生方式和靜電液滴的參數，但是不改變第二段電場，從而基本不改變第二段電場中靜電液滴的空間分布； (b)通過調節噴射基底的電壓或空間位置，而保持控制電極及噴頭的參數不變，以改變靜電液滴的運動和空間分布，但是不改變其大小等，且不影響第一段電場的分布和其中的靜電液滴狀態； (C)通過調節控制電極的電壓或空間位置，而保持噴頭和噴射基底的參數不變，從而實現靜電液滴在第一段和第二段的同時調節； (d)通過分別獨立調節控制電極的電壓或空間位置，噴頭的電壓或空間位置或液體流量或液體性質，噴射基底的電壓或空間位置參數，實現靜電液滴在第一段電場和第二段電場的同時調節。本專利技術針對上述傳統一段式結構靜電噴射系統的不足，在噴頭和噴射基底之間加入了一個控制電極，從而把靜電液滴產生和靜電液滴收集分開，而且靜電液滴產生部分的尺寸降低一個量級以上，從而可以使用較低的電壓產生同樣的場強以激發靜電噴射，同時也有利于系統的微型化和陣列化。同時，該系統在使用時也可以把靜電液滴的產生和收集部分分開獨立調節，增大了使用的自由度。【專利附圖】【附圖說明】 圖1是本專利技術的原理示意圖； 圖2是本專利技術用于靜電噴射陣列時的原理示意圖； 圖3是第一實施例的正面不意圖； 圖4是第二實施例的正面示意圖； 圖中標號名稱:1、噴頭，2、控制電極，3、噴射基底。【具體實施方式】實施例之一: 一單元靜電噴射系統示意圖；通過調節噴頭所加電壓的高低(這里外加電壓直接連接到導電的噴頭上進而施加到待噴射液體上)來調節第一段電場從而控制靜電噴射液滴的產生，可調節靜電噴射液滴的大小、數目等；控制電極所加電壓及位置等參數保持不變；通過調節噴射基底(這里用一個接地的導電杯來收集靜電液滴)相對于控制電極的距離來調節第二段電場，可改變進入第二段電場的液滴的空間分布及沉積速率等參數。實施例之二: 三單元二段電場結構靜電噴射系統陣列示意圖，三個單元并排噴射，但是采用不同的調節方式:左邊的噴射單元通過調節噴頭和噴射基底(接地的導電杯)上所加電壓來分別獨立調節第一和第二段電場，從而分別獨立調節靜電液滴的產生和空間分布，控制電極的參數保持不變；中間的噴射單元通過調節控制電極的空間位置同時改變第一段和第二段電場，實現對靜電噴射本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種二段電場結構靜電噴射系統，其特征在于：包括接入第一電位的噴頭（1）、接入第二電位的控制電極（2）和接地或接入第三電位的噴射基底（3）；其中噴頭（1）與控制電極（2）共同組成靜電液滴產生裝置，產生第一段電場；控制電極（2）與噴射基底（3）共同組成靜電液滴收集裝置，產生第二段電場。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：顧文華，
申請(專利權)人：顧文華，
類型：發明
國別省市：