[发明专利]基于热释电效应的纳米喷射‑微纳复合喷射装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微滴喷射及其自由成形技术领域，尤指一种基于热释电效应的纳米喷射-微纳复合喷射装置的机构设计及其控制方法。

背景技术

微滴喷射装置被广泛应用于印刷电路板制造技术、显示器制造技术以及喷墨打印机技术等。目前微滴喷射装置根据其喷射分辨率不同，通常分为微米级喷射和纳米级喷射，两者的喷射原理完全不同。微米级喷射是通过驱动膜片等使喷射腔内的液体喷射而出，是一种“喷”式喷射，其结构相对简单；而近年来，备受关注的电流体喷射是一种“拉”式喷射，可达到纳米级的分辨率，但由于需要配备高压电路和复杂电极，其应用受到较大限制。

针对现有纳米级喷射装置的不足，需要设计一种喷射装置，其可避免直接施加电场所需的高电压和复杂电路引起的诸多问题。

另一方面，由于微米喷射与纳米喷射在原理、喷嘴结构及其他辅助设备上的不同，一般在喷射印刷技术中很难实现两者的复合使用，为此在对具有纳米级结构的产品进行喷射时，必须采用纳米喷射装置，即使某些结构可以采用微米级喷射，也很难再转换到微米喷射设备中，这将大大降低喷射效率。针对这一问题，开发一种微米与纳米喷射复合的装置意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于热释电效应的纳米喷射装置，其通过热释电效应产生强电场，无需复杂电路，结构简单。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种基于热释电效应的微纳复合喷射装置，其可以方便实现微米及纳米喷射的切换。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种上述微纳复合喷射装置的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种基于热释电效应的纳米喷射装置，包括喷射机构、热释电晶体、压力源、热源以及控制机构；该喷射机构包括喷嘴、喷射腔以及储料筒，该喷嘴设置在喷射腔的下方，该喷射腔与该储料筒内的储料腔相连通，该储料筒设有进口接头与外部的压力源相连接，该压力源使储料腔内部形成背压；该热释电晶体设置在所述喷嘴的正下方；该热源对热释电晶体加热以产生热释电效应。

优选地，所述的喷射腔直接设置在储料筒的下方，或者通过一流道与所述的储料腔相连通。

优选地，所述的储料筒外侧设置有加热圈。

优选地，所述的加热圈外侧设置有隔热圈。

优选地，所述的流道内设置一加热棒。

优选地，进一步包括热释电晶体夹持及运动机构，该热释电晶体夹持及运动机构包括用以固定安装热释电晶体的夹持架以及可调节夹持架高度的直线电机。

一种基于热释电效应的微纳复合喷射装置，包括喷射机构、热释电晶体、压力源、热源以及控制机构；该喷射机构包括喷嘴、喷射腔、驱动膜片、推杆、压电陶瓷以及储料筒；该喷嘴设置在喷射腔的下方，该驱动膜片设置在该喷射腔的上方，该推杆位于所述驱动膜片上方；所述的压电陶瓷施加电压后产生变形带动推杆移动；该储料筒内的储料腔通过流道与所述的喷射腔相连通，该储料筒设有进口接头与外部的压力源相连接，该压力源使储料腔内部形成背压；该热释电晶体设置在所述喷嘴的正下方；该热源对热释电晶体加热以产生热释电效应。

优选地，所述的储料筒外侧设置有加热圈。

优选地，所述的加热圈外侧设置有隔热圈。

优选地，所述的流道内设置一加热棒。

优选地，进一步包括热释电晶体夹持及运动机构，该热释电晶体夹持及运动机构包括用以固定安装热释电晶体的夹持架以及可调节夹持架高度的直线电机。

优选地，所述的喷射机构进一步包括可将压电陶瓷的变形量放大的压电放大机构。

优选地，所述的压电放大机构为菱形放大机构，所述的推杆通过锁紧螺母固定在菱形放大器的一侧，所述的压电陶瓷安装在菱形放大器的中间。

上述基于热释电效应的微纳复合喷射装置的控制方法，包括如下两个喷射模式：

（1）微米量级的喷射：由控制机构控制热源断开，控制动力源使储料腔内保持一定背压；控制机构输入一电压脉冲信号作用于压电陶瓷，压电陶瓷产生微小的变形推动推杆向下运动，进而推动驱动膜片向下变形，导致喷射腔的容积减小形成喷射压力，促使液体通过喷嘴形成一定长度的射流；之后控制机构控制电压脉冲信号瞬间消失，推杆复位，使喷射腔内压强减小，液柱回拉，液柱尖端由于惯性继续向远离喷嘴方向前进，最终断裂形成微米级液滴；