环状集束多孔发射针针尖的动态制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种环状集束多孔发射针针尖的动态制备方法及装置，包括：发射针模块，被配置为夹持环状集束多孔发射针；溶液模块，被配置为承载与环状集束多孔发射针进行反应的溶液；以及运动装置，被配置为带动发射针模块移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液中；其中：使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，待环状集束多孔发射针达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，标定上下往返次数，完成针尖标定；使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备，待环状集束多孔发射针达到所标定的上下往返次数后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。

【技术实现步骤摘要】
环状集束多孔发射针针尖的动态制备方法及装置
本专利技术涉及航空航天
，特别涉及一种环状集束多孔发射针针尖的动态制备方法及装置。
技术介绍
多孔针型场发射电推力器是一种新型的场发射电推力器，它综合了毛细管型的稳定性和实心针型的高阻抗优点。发射针针尖处的半径尺寸极小，通常为微米量级，发射针针尖处的电场强度极高，液态推进剂被针尖处的极强电场电离并加速喷出产生推力，同时推进剂在发射针内部孔隙的毛细作用下输运到针尖进行推进剂的补给。为了提高场发射电推力器的推力，通常可将多台推力器并联成簇，或将多根发射针集成在一起成环状，而由于后者的集成度更高，可大大减小系统的尺寸和质量，在实际的工程应用中有更大的发展前景。如图1所示，环状集束发射针由一个基底和数十根针组成，其中该数十根针均匀分布，间距约1mm左右，与基底垂直。环状集束发射针通常由金属粉末烧结一体成型，针与基底之间无需通过夹具连接，整体尺寸小，集成度高。为了实现推力器的正常工作，要求环状集束发射针的针尖尺寸尽量一致，且针尖半径尺寸应小于3微米。因此，其多根针尖的同时制备是该推力器的关键技术和难点之一。申请号为CN201210313301.0的中国专利技术专利《制备金属针尖的装置及方法》提到了一种金属针尖的制备方法，该方法通过对待制备的金属丝和电极间加载恒流源，直至金属丝在电解液液面接触处断裂从而形成针尖。该方法一次只能制备一根针尖，因此，不适用于环状集束发射针针尖的制备；申请号为CN201910031212.9的中国专利技术专利《一种可控长径比的钨丝针尖的制备装置及制备方法》提到了一种可控长径比的钨丝针尖制备方法，该方法通过对钨丝做上下往复的提拉运动并最终使钨丝在液面处断裂从而形成针尖。该方法一次只能制备一根针尖，因此，不适用于环状集束发射针针尖的制备；申请号为201910750467.0的中国专利技术专利《自动化阵列式纳米针尖电化学制备平台及制备方法》提到了一种自动化阵列式纳米针尖电化学制备平台及方法，该方法通过阵列式夹具实现一次多量的纳米针尖制备，适用于单针尖的批量化制备，但是该制备平台中的阳极与阴极一一对应，即一根针对应一个阴极环，而环状集束发射针中针与针之间的间距较小，无法为每根针匹配一个阴极环，因此，该平台不适用于环状集束发射针针尖的制备。申请号为201911110421.9的中国专利技术专利《一种纳米针尖批量生产装置及制备方法》提到了一种纳米针尖批量生产装置及制备方法，该方法通过电化学腐蚀法使金属丝从中部腐蚀断裂并采用收集装置收集得到的纳米针尖，可实现针尖的批量制备，但是该方法采用的是每次制备一根针尖的思路，即制备完一根针尖才能开始下一根针尖的制备，不适用于环状集束发射针针尖的制备。经调研，目前尚未有适用于多孔发射针的针尖制备方法，且现有的多针尖同时制备方法不适用于环状集束多孔发射针针尖的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种环状集束多孔发射针针尖的动态制备方法及装置，以解决现有的针尖制备方法不适用于环状集束多孔发射针针尖制备的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置，包括：发射针模块，被配置为夹持环状集束多孔发射针；溶液模块，被配置为承载与环状集束多孔发射针进行反应的溶液；以及运动装置，被配置为带动发射针模块移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液中；其中：使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，待环状集束多孔发射针达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，标定上下往返次数，完成针尖标定；使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备，待环状集束多孔发射针达到所标定的上下往返次数后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置中，所述运动装置包括：连杆，被配置为使所述发射针模块通过连杆固定在运动控制模块上；支架，被配置为竖直固定在基座上；运动控制模块，被配置为竖直固定在支架上，能够带动连杆沿支架做升降移动；以及支撑块，被配置为对支架进行加固，防止其晃动。可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置中，所述连杆包括横连杆和竖连杆，其中：所述横连杆水平放置，固定在竖连杆上；所述竖连杆竖直放置，固定在运动控制模块上。可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置中，所述运动控制模块包括丝杠螺母机构、驱动器、控制器，其中：所述丝杠螺母机构竖直固定在支架上；所述驱动器和控制器固定在基座上。可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置中，所述溶液模块包括：溶液槽，被配置为水平固定在基座上；溶液，被配置为容置于溶液槽中，溶液液面高于不锈钢圆环，其中溶液为NaOH溶液；阴极支架，被配置为固定在溶液槽内并对不锈钢圆环形成支撑；不锈钢圆环，被配置为连接电源的负极以作为电化学反应的阴极。可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置中，调节运动控制模块与溶液模块之间的相对位置，使得所述环状集束多孔发射针与不锈钢圆环同轴；运动控制模块带动连杆沿支架做升降移动，以带动所述发射针模块做升降移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液或离开溶液液面；上升运动极限位置包括：环状集束多孔发射针位于溶液液面正上方一定距离处；下降运动极限位置包括：环状集束多孔发射针位于溶液液面下且不接触溶液槽的底部；所述环状集束多孔发射针的材料包括钨或铼；所述环状集束多孔发射针连接电源的正极以作为电化学反应的阳极。可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置中，所述不锈钢圆环的内径为40mm，所述不锈钢圆环的厚度为1mm；所述环状集束多孔发射针的基底直径为9mm；所述环状集束多孔发射针的基底上均匀分布25根长5mm、直径0.5mm的钨发射针或铼发射针。本专利技术还提供一种通过如上所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置实现的制备方法，使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定包括：使环状集束多孔发射针浸入溶液液面一定深度，在环状集束多孔发射针和不锈钢圆环之间加载电压；运动控制模块带动环状集束多孔发射针以一定的速率做离开液面、浸入液面的上下往复运动；记录在不同极间电压、溶液浓度、浸入液面深度、往复运动速率下，各环状集束多孔发射针的半径尺寸与上下往复运动次数的变化关系，最终得到能使所有针尖半径尺寸小于3微米的制备参数，完成标定过程。可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备方法中，制备参数包括所标定的电压、标定浓度溶液、所标定的深度、标定往复运动速率、以及所标定的上下往返次数；所标定的电压为5V，标定浓度溶液为1mol/L，所标定的深度为1mm，标定往复运动速率为0.5mm/s，所标定的上下往返次数为220次。可选的，在所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备方法中，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置，其特征在于，包括：/n发射针模块，被配置为夹持环状集束多孔发射针；/n溶液模块，被配置为承载与环状集束多孔发射针进行反应的溶液；以及/n运动装置，被配置为带动发射针模块移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液中；其中：/n使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，待环状集束多孔发射针达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，标定上下往返次数，完成针尖标定；/n使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备，待环状集束多孔发射针达到所标定的上下往返次数后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。/n

【技术特征摘要】
1.一种环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置，其特征在于，包括：
发射针模块，被配置为夹持环状集束多孔发射针；
溶液模块，被配置为承载与环状集束多孔发射针进行反应的溶液；以及
运动装置，被配置为带动发射针模块移动，以使环状集束多孔发射针浸入溶液中；其中：
使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行标定，待环状集束多孔发射针达到参数要求后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，标定上下往返次数，完成针尖标定；
使环状集束多孔发射针浸入溶液中进行制备，待环状集束多孔发射针达到所标定的上下往返次数后，运动装置带动环状集束多孔发射针向上运动离开溶液液面，完成针尖制备。


2.如权利要求1所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置，其特征在于，所述运动装置包括：
连杆，被配置为使所述发射针模块通过连杆固定在运动控制模块上；
支架，被配置为竖直固定在基座上；
运动控制模块，被配置为竖直固定在支架上，能够带动连杆沿支架做升降移动；以及
支撑块，被配置为对支架进行加固，防止其晃动。


3.如权利要求2所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置，其特征在于，所述连杆包括横连杆和竖连杆，其中：
所述横连杆水平放置，固定在竖连杆上；所述竖连杆竖直放置，固定在运动控制模块上。


4.如权利要求2所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置，其特征在于，所述运动控制模块包括丝杠螺母机构、驱动器、控制器，其中：
所述丝杠螺母机构竖直固定在支架上；所述驱动器和控制器固定在基座上。


5.如权利要求2所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置，其特征在于，所述溶液模块包括：
溶液槽，被配置为水平固定在基座上；
溶液，被配置为容置于溶液槽中，溶液液面高于不锈钢圆环，其中溶液为NaOH溶液；
阴极支架，被配置为固定在溶液槽内并对不锈钢圆环形成支撑；
不锈钢圆环，被配置为连接电源的负极以作为电化学反应的阴极。


6.如权利要求5所述的环状集束多孔发射针针尖的动态制备装置，其特征在于，调节运动控制模块与溶液模块之间的相对位置，使得所述环状集束多孔发射针与不锈钢圆环同轴；
运动控制模块带动连杆沿支...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭登帅，梁广，张永合，崔阳，赵笙罡，郭彤，周文妹，王文川，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31