CN110665728A - 一种用于气溶胶直写打印的二级雾化器及其雾化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气溶胶直写打印领域，具体为一种用于气溶胶直写打印的二级雾化器及其雾化方法,其中，二级雾化器包括筒体，筒体的上端具有开口，侧面具有进液通道，内部具有雾化腔，进液通道与雾化腔连通；固定安装在筒体上端的喷嘴，喷嘴上具有流道，流道与雾化腔连通，流道的一端为进气通道，另一端为出料口；与筒体的下端固定连接的底座，底座与筒体围成雾化腔，雾化腔的底部设置有震荡片。本发明先使用超声雾化进行震荡分散液体的内部结构，消除液体内部的分子间作用力，然后使用气雾化的方法对其进一步地雾化，这样既能有效地缩小气溶胶的液滴直径，又能使气溶胶的浓度和密度不会因此降低，加快了雾化过程，提高了雾化效率。
Description
技术领域
本发明涉及气溶胶直写打印领域，具体为一种用于气溶胶直写打印的二级雾化器及其雾化方法。
背景技术
气溶胶(aerosol)由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系，其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气体。液体气溶胶通常称为雾，固体气溶胶通常称为雾烟。气溶胶直写打印工艺是将气溶胶以直写的形式有序地沉积在基底上的过程，进行打印的第一步就是要制备足量的气溶胶，而在这一步骤中一般都是采用气雾化的方法。往装满液体的容器中持续通入高压干燥气体，如氮气，容器内的液体被运输到氮气进风口处，因而被冲散成很多直径非常小的小液滴，并且这些小液滴会大部分地分散在气体中，被气体运输出去。这样就可以得到包含有很多微小液滴的气溶胶流体，该流体在后续的步骤中会被采样和聚焦，然后直接沉积在基底上，实现直写打印的目的。不过通过气雾化得到的气溶胶液滴直径大小范围较大，一般是2.5微米到10微米。当需要进行高精度的气溶胶直写打印时，对气溶胶液滴的直径大小有比较高的要求，往往需要将其直径范围控制到5微米以内。增大气雾化的氮气气压，可以大幅度地缩小气溶胶液滴直径。但这样的话，会存在一个问题。那就是会使得输出的气溶胶流体的浓度和密度降低，导致生产效率下降。而且增大氮气的气压会导致后续的工艺步骤实现难度增加，需要耗费更多的材料。所以单纯地通过增大气压来缩小气溶胶滴液的直径是不合理的，这需要研究一种新型的方法，既能使得气溶胶的颗粒足够小，又能保证气溶胶流的浓度和密度足够高，维持高生产效率。
发明内容
为了克服上述背景技术中的问题，本发明提供了一种用于气溶胶直写打印的二级雾化器及其雾化方法，通过该雾化器及其雾化方法可以有效的缩小气溶胶的液滴直径，又能使得气溶胶流的浓度和密度不会因此降低。
本发明的第一个目的是提供一种用于气溶胶直写打印的二级雾化器，包括:筒体，筒体的上端具有开口，侧面具有进液通道，内部具有雾化腔，进液通道与雾化腔连通；喷嘴，喷嘴固定安装在筒体的上端，喷嘴上具有流道，流道与雾化腔连通，流道的一端为进气通道，另一端为出料口；震荡片，所述震荡片设置在所述雾化腔的底部。
进一步的，还包括底座，底座与筒体的下端固定连接，底座与筒体围成雾化腔，底座上设有安装凹槽，震荡片固定在安装凹槽内，底座与筒体通过螺栓固定连接。
进一步的，筒体上端设有安装止口，喷嘴的下端设有安装孔，安装止口与安装孔过盈配合连接。
进一步的，进气通道的进气方向与震荡片的震荡方向垂直设置，震荡片为超声波震荡片。
进一步的，进液通道位于筒体的下端，靠近底座。
本发明的第二个目的是提供一种利用上述任意一种二级雾化器对气溶胶进行雾化的方法，包括以下步骤：
(1)使用震荡片发出的高频超声波对雾化腔内的液体进行震荡；
(2)在进气通道中通入高压干燥气体。
进一步的，高压干燥气体为氮气或压缩空气。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的二级雾化器结构简单，在雾化腔的底部设有震荡片，在喷嘴流道的一端设有进气通道，可同时实现超声雾化和气雾化，而且气雾化设置在喷嘴处，可将进入流道的液滴吹散成直径更小的液滴，保证气溶胶的浓度和密度足够高，维持生产效率。
(2)本发明结合了气雾化和超声雾化两种不同的雾化方法，先使用超声雾化对雾化腔内的液体进行震荡，用以分散液体的内部结构，消除液体内部的分子间作用力，如分子键、氢键等；然后使用气雾化的方法对其进一步地雾化，这样既能有效地缩小气溶胶的液滴直径，又能使气溶胶的浓度和密度不会因此降低；而且超声雾化在这个过程中不仅起到了辅助雾化的作用，而且还提高了气溶胶的浓度和密度，加快了雾化过程，提高了雾化效率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明二级雾化器的整体结构示意图；
图2为本发明二级雾化器的内部结构图；
其中，1-筒体，11-进液通道，12-雾化腔，2-喷嘴，21-流道，211-进气通道，212-出料口，3-底座，31-超声波震荡片。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1至2所示，本实施例提供一种用于气溶胶直写打印的二级雾化器，包括：筒体1、喷嘴2、以及底座3，筒体1的上端具有开口，侧面具有进液通道11，内部具有雾化腔12，进液通道11与雾化腔12连通；喷嘴2固定安装在筒体1的上端，喷嘴1上具有流道21，流道21与雾化腔12连通，流道21的一端为进气通道211，另一端为出料口212；底座3与筒体1的下端固定连接，底座3与筒体1围成雾化腔12，雾化腔12的底部设置有震荡片。
具体的，底座3上设有安装凹槽，震荡片固定在安装凹槽内，底座3与筒体1通过螺栓固定连接，此处需要保证连接处要达到密封的效果。
具体的，筒体1大体呈花瓶形状，筒体1上端设有安装止口，喷嘴2的下端设有安装孔，安装止口与安装孔过盈配合连接。本发明筒体1与喷嘴2的连接方式也可为螺栓固定连接，或者采用喷嘴2下端插入筒体1上端的套接方式，具体选用哪种方式，本发明不做限定，只要能达到筒体1与喷嘴2密封连接且相互连通即可，当然此处筒体1的形状也可为其他形状，比如圆形筒体、方形筒体都在本方面的保护范围内，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。
具体的，进气通道211的进气方向与震荡片的震荡方向垂直设置，震荡片为超声波震荡片31。本发明的二级雾化器在工作时，通过进气通道211通入干燥的高压氮气，氮气的流动方向为水平方向，被超声波震荡片31震荡后的液体竖直向上流动，氮气在喷嘴2内的流动方向与液体竖直向上的流动方向呈垂直90°的夹角，如此设置可以最大程度地增强气体对液体的冲击作用，将输送到喷嘴出料口212的液体吹散，形成直径较小的液滴。
另外需要说明的是，超声波震荡片31是电控的，在二级雾化器的外部输入电信号进行控制，并且根据实际需要调节频率，可对筒体内的液体进行强力震荡，以将液态水分子结构打散而产生水雾，此过程不需要添加任何化学试剂，属于纯物理过程。
具体的，进液通道11位于筒体1的下端，靠近底座3。通过进液通道11进入筒体1的液体可直接与超声波震荡片31接触，使大部分的液体经过充分的震荡后再向筒体1上端的开口处流动，进而进入喷嘴2的流道内。如果进液通道11设置在筒体1的上端，部分液体震荡不充分，造成生成的气溶胶液滴直径较大，影响后续气溶胶沉积的质量。
本发明还提供一种利用上述任意一种二级雾化器对气溶胶进行雾化的方法，包括以下步骤：
(1)使用震荡片发出的高频超声波对雾化腔内的液体进行震荡；
(2)在进气通道中通入高压干燥气体。
具体的，高压干燥气体为氮气或压缩空气。本实施例的通入高压干燥气体的目的是冲散上升的液体，对浓度没有具体要求。
为了更清楚的理解本发明的内容，首先阐述一下气雾化和超声雾化的原理：气雾化的原理则是往容器中通入高压干燥气流，上升的液体会被气流冲散成许许多多的小液滴，和高压干燥气流混合后一起被排出容器之外，但气雾化生成的液滴直径范围较大，对于高精度直写打印来说，不能满足其精度要求；而超声雾化的原理是利用电子高频震荡(振荡频率为1.7MHz或2.4MHz)将液态水分子结构打散而产生飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂，属于纯物理过程。不过超声雾化的效率不如气雾化，单独使用超声雾化来制备气溶胶的话，生成的气溶胶流体压力过小，流速过低，不能满足后续的直写工艺要求。
基于上述原理，本发明结合了气雾化和超声雾化两种不同的雾化方法，先使用超声雾化进行震荡，用以分散液体的内部结构，消除液体内部的分子间作用力，如分子键、氢键等；然后使用气雾化的方法对其进一步地雾化，这样既能有效地缩小气溶胶的液滴直径，又能使得气溶胶流的浓度和密度不会因此降低；而且超声雾化在这个过程中不仅起到了辅助雾化的作用，而且还提高了气溶胶的浓度和密度，加快了雾化过程，提高了雾化效率。
此处需要说明的是，对比同时进行超声波雾化和气雾化的形式，本实施例对气溶胶的雾化方法更加能充分地瓦解液体内部结构，消除内部作用力效果更加明显。因为在同一处同时进行超声波雾化和气雾化，超声波震荡的处理时间较短，随后便被高压气流冲散并运输出去，所起到的分散作用甚微。而本发明首先进行超声波震荡处理，使得液体内部结构充分瓦解，之后再运输到气雾化的喷嘴处，经过高压强气流的冲击，形成雾颗粒更分散，直径更小的气溶胶流体。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (7)
1.一种用于气溶胶直写打印的二级雾化器，其特征在于，包括:
筒体，所述筒体的上端具有开口，侧面具有进液通道，内部具有雾化腔，所述进液通道与所述开口通过所述雾化腔连通；
喷嘴，所述喷嘴固定安装在所述筒体的上端，所述喷嘴内部设有流道，所述流道与所述雾化腔连通，所述流道的一端为进气通道，另一端为出料口；
震荡片，所述震荡片设置在所述筒体的底部。
2.根据权利要求1所述的用于气溶胶直写打印的二级雾化器，其特征在于，还包括底座，所述底座与所述筒体的下端固定连接，所述底座与所述筒体围成所述雾化腔，所述底座上设有安装凹槽，所述震荡片固定在所述安装凹槽内。
3.根据权利要求1所述的用于气溶胶直写打印的二级雾化器，其特征在于，所述筒体上端设有安装止口，所述喷嘴的下端设有安装孔，所述安装止口与所述安装孔过盈配合连接。
4.根据权利要求1所述的用于气溶胶直写打印的二级雾化器，其特征在于，所述进气通道的进气方向与所述震荡片的震荡方向垂直设置，所述震荡片为超声波震荡片。
5.根据权利要求1所述的用于气溶胶直写打印的二级雾化器，其特征在于，所述进液通道位于所述筒体的下端，靠近所述底座。
6.一种利用权利要求1-5任意一项所述的二级雾化器对气溶胶雾化的方法，其特征在于,包括以下步骤：
(1)使用所述震荡片发出的高频超声波对所述雾化腔内的液体进行震荡；
(2)在所述进气通道中通入高压干燥气体。
7.根据权利要求6所述的雾化器对气溶胶雾化的方法，所述高压干燥气体为氮气或压缩空气。
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