一種微納米液滴制備新方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微流體及微納制造技術領域，涉及一種微納米液滴制備新方法。
技術背景
[0002]微納米液滴在噴墨打印、細胞打印、醫療器材噴涂、集成電路印刷、納米材料沉積等領域具有重要的應用作用。目前，國內外主要采用熱泡式噴頭、壓電式噴頭、微注射器式噴頭、電流體動力式噴頭、電磁閥操控性噴頭和氣動霧化式噴頭等方法生成微納米液滴。其中熱泡式噴頭和壓電式噴頭方法最為成熟。
[0003]熱泡式噴頭方法以噴頭中的薄膜電阻器為加熱元件，當一個電脈沖施加于噴頭時，電流流過此電阻器產生熱量使與其接觸的液體蒸發，在電阻外形成氣泡，氣泡在噴頭處膨脹并使液體以液滴的形式從噴頭噴出。
[0004]壓電式噴頭方法利用噴頭中的壓電晶體在脈沖電壓作用下產生的伸縮效應，使噴頭中的儲液盒容積發生變化，容積的改變導致在噴頭內部液體發生壓力或速度的瞬間變化，這些變化使得噴頭內液體以液滴的形式從噴頭噴出。
[0005]液體粘度是影響微納米液滴噴射效果最大的因素。液滴噴射時，噴射能轉化為液滴的動能，同時伴隨液體的粘滯耗散和克服液體表面張力的能耗，所噴射液滴的粘度不能太高，現有商業化的容積型噴頭只能噴射粘度小于20cps的液體。常用的稀釋和加熱方法可以降低粘度，但也通常會改變液體性質或者延長噴射過程。熱泡式噴頭可以噴射的粘結劑有限，特別是難以噴射粘度較大的粘結劑以及非水溶性粘結劑。另一個難點是，噴射液體中常常有小顆粒，如聚合物、藥物甚至細胞，這很容易造成噴孔堵塞。采用大孔徑噴孔可以較好地解決這個問題，但又會使噴射液滴的粒徑變大。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種微納米液滴制備新方法，用于細胞打印、醫療器材噴涂、集成電路印刷、納米材料沉積等領域。
[0007]本發明的原理是:所發明的微納米液滴制備方法是先將微細噴頭插入與噴頭內工作液互不溶的工作環境液體介質中；然后從噴孔中緩慢擠出工作液，并在噴頭端部形成一個與噴頭及噴孔內工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴，該母液滴被工作環境液體介質包圍著;之后通過噴孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速減小，變成微小的母液滴，最后利用瑞利不穩定性效應使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴孔直徑的微納米液滴。
[0008]本發明的優點如下:
[0009]1.可以采用較大噴孔直徑的噴頭制備粒徑小于噴孔直徑的微納米液滴。
[0010]2.可以制備含有懸浮顆粒和高粘度的微納米液滴。
[0011]3.操作簡單方便。
[0012]4.對設備的要求低。
【附圖說明】
[0013]圖1為微納米液滴制備原理示意圖。
[0014]圖2為微細噴頭擠出液體制備母液滴過程的原理示意圖。
[0015]圖3為微細噴頭回吸母液滴制備微納米液滴過程的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0016]參見圖1。本發明制備微納米液滴的方法是先將微細噴頭插入與噴頭內工作液互不溶的工作環境液體介質中；然后從噴孔中緩慢擠出工作液，并在噴頭端部形成一個與噴頭及噴孔內工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴，該母液滴被工作環境液體介質包圍著，母液滴的具體形成過程參見圖2;之后通過噴孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速減小，變成微小的母液滴，最后利用瑞利不穩定性效應使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴孔直徑的微納米液滴，微納米液滴的具體形成過程參見圖3。
[0017]參見圖2。圖2(a)為噴頭端部無液滴時的情況，此時未對噴孔內的液體施加擠壓作用力；圖2(b)為噴頭端部剛開始形成母液滴的情況，此時剛開始對噴孔內的液體施加擠壓作用力，工作液擠壓過程緩慢速進行，以保持被擠出的工作液母液滴不與噴頭及噴孔內的工作液脫離;從圖2(c)至圖2(g)為噴頭端部的母液滴緩慢擴大的過程；當擠壓作用至圖2(g)時停止，此時在噴頭端部形成一個與噴頭及噴孔內工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴。
[0018]參見圖3。圖3(h)為剛開始快速回吸母液滴時的情況;從圖3(i)至圖3(1)為噴頭端部的母液滴縮小變化的過程，其縮小變化過程迅速;達到圖3(m)時由于瑞利不穩定性效應使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴頭孔直徑的微納米液滴，見圖3(n)。
【主權項】
1.一種微納米液滴制備新方法，其特征在于:先將微細噴頭插入與噴頭內工作液互不溶的工作環境液體介質中；然后從噴孔中緩慢擠出工作液，并在噴頭端部形成一個與噴頭及噴孔內工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴，該母液滴被工作環境液體介質包圍著;之后通過噴孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速減小，變成微小的母液滴，最后利用瑞利不穩定性效應使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴孔直徑的微納米液滴。2.根據權利要求1所述的微納米液滴制備新方法，其特征是，工作液擠壓過程緩慢速進行，以保持被擠出的工作液母液滴不與噴頭及噴孔內的工作液脫離。
【專利摘要】本發明涉及一種微納米液滴制備新方法，屬于微流體及微納制造技術領域。所發明的微納米液滴制備方法是先將微細噴頭插入與噴頭內工作液互不溶的工作環境液體介質中；然后從噴孔中緩慢擠出工作液，并在噴頭端部形成一個與噴頭及噴孔內工作液相連且比噴孔直徑大的母液滴，該母液滴被工作環境液體介質包圍著；之后通過噴孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速減小，變成微小的母液滴，最后利用瑞利不穩定性效應使得在噴頭端部形成的微小母液滴與噴頭及噴孔內的工作液脫離，從而制備出尺寸小于噴孔直徑的微納米液滴。
【IPC分類】B01L3/00
【公開號】CN105498869
【申請號】CN201510848204
【發明人】張彥振, 劉永紅, 朱本亮
【申請人】中國石油大學(華東)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月27日