[发明专利]一种静电喷射阵列系统及其优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电喷射阵列系统及其优化方法，通过控制静电喷射阵列中各个喷射单元的开关状态和时间来实现特定的开关模式以达到特定的喷射效果，比如均匀喷射或者实现周期性花样等，属于静电喷射技术领域。

背景技术

静电喷射是一种利用静电力使液体弥散从而产生带有静电的细小液滴的技术，其基本物理原理已经由上世纪60年代G. Taylor和J. R. Melcher等人提出的泄漏介质模型得到解释，可参见Annual Review of Fluid Mechanics, 1969, 1, 111-146的Electrohydrodynamics: A Review of the Role of Interfacial Shear Stresses等文献。静电喷射技术已经在大生物分子质谱仪、工业喷涂、精细编织、薄膜沉积、纳米制造、纳米印刷、新能源和新材料等领域得到广泛的应用。相对于传统的单射流(single-jet)静电喷射模式，W. Gu（发明人）等在Applied Physics Letters, 2005, 87, 084107中首次系统地报道了稳定可控的多射流(multi-jet)静电喷射模式，并给出了多射流静电喷射模式的第一个定量的物理模型，从而可以得到喷射覆盖面更广、所产生液滴更小的静电喷射，拓展了该技术的应用空间。

如上述介绍中所述，静电喷射已经在科学研究和工业生产的各方面得到广泛应用，而在实际应用中经常需要使用多个（二个或二个以上）喷射单元组成一个静电喷射阵列，一个典型的应用是用于实现大面积的均匀薄膜沉积。但是传统静电喷射阵列的设计有两个主要问题：一是相邻喷头之间不能离得太近，以免其静电场相互影响造成干扰，但是这往往导致薄膜均匀性较差或沉积速度过低等问题；二是相邻喷头之间的喷射区域不能完全覆盖或者重叠过多，容易造成周期性缺陷。常见的解决方案是采用机械方法移动喷头或者基底，以实现一定程度上对基底的均匀覆盖。但是这个解决方案既受限于机械移动的速度（太快容易影响喷射效果，太慢又影响均匀性），又容易因机械移动的方式（比如圆周或Z型移动）形成新的周期性起伏或缺陷，而且难以针对不同的应用进行优化，是一种复杂低效的解决方案。这一设计问题极大地阻碍了静电喷射阵列的实际应用，使得目前静电喷射技术还是以单喷头为主，主要靠移动基底等方法来实现较大面积的喷涂，在大面积薄膜沉积等应用上未能充分发挥出静电喷射固有的易于复制、可线性扩展等优势。

发明内容

本发明就旨在提出一种具有实用性、喷射更均匀的、能够在工业化生产上大规模使用的静电喷射阵列系统及优化方法。

一种静电喷射阵列系统，包含有两个或两个以上静电喷射单元，其中每个静电喷射单元包含一个独立的静电喷射喷头，一个独立的或与其他静电喷射单元共用的电荷产生和注入装置，一个独立的或与其他静电喷射单元共用的液体存储和输运装置，一个独立的或与其他静电喷射单元共用的喷射基底，其特征在于：每个静电喷射单元包括一个独立的或与其他静电喷射单元共用的电荷产生或注入开关，一个独立的或与其他静电喷射单元共用的液体流量控制装置或液体输送开关；该静电喷射阵列系统还包括一个与电荷产生或注入开关、液体流量控制装置或液体输送开关相连的自动控制装置，该自动控制装置通过控制电荷的产生或注入通路，或液体的流量，或液体输送通断来实现喷头开关模式即每个喷头的喷射的开关状态、时间和周期。

所述的静电喷射阵列系统的优化方法，其特征在于包括以下过程：（1）、上述喷头开关模式是通过以下方法之一或几种方法的组合实现的：控制每个静电喷射单元的电荷的产生或注入通路；控制液体的流量；控制液体输送通断；（2）、喷头开关模式中保证相邻的喷嘴轮流喷射以避免相互干扰。

相邻喷嘴轮流喷射时存在过渡状态，该状态下相邻喷嘴均不喷射。

所述的静电喷射阵列系统的优化方法，其特征在于：该方法用于平面基体的喷射，具体使用若干同极性或不同极性的喷头组成喷头阵列，上述喷头喷射相同或不同的液体，轮流喷射，基底移动或不移动。

所述的静电喷射阵列系统的优化方法，其特征在于：该方法用于圆柱状基底的喷射，具体使用若干同极性或不同极性的喷头在圆柱形基底的侧面均匀布置组成喷头阵列，上述喷头喷射相同或不同的液体，轮流喷射，基底一边旋转喷头一边喷射，基底每旋转一个或几个完整的圈数，轮换下一喷头喷射。