集成压电式多列均匀液滴发生器制造技术

集成压电式多列均匀液滴发生器，涉及液体微流控技术领域，本发明专利技术为解决现有液滴发生器分散的液滴均匀性很差，精度低，进而对于微流控精度造成严重影响；同时现有发生器存在价格昂贵，导致使用成本高等问题；本发明专利技术包括连接盘，流体腔，压电陶瓷，压电陶瓷槽，环形密封圈，射流片，旋帽，注射泵连接口和BNC接口；整体为不锈钢材质并且通过设计绝缘层确保压电陶瓷安全运行，不会发生使用者触电情况，安全性较好。在微流控领域有广泛的应用场景，使用者可以根据表格来确定适当的破碎频率以达到最优效果。本发明专利技术的多列均匀液滴发生器的产生可以大大提高应用效率以及拓宽了单列的应用场景，在快速生物制药领域都有着重要作用。在快速生物制药领域都有着重要作用。在快速生物制药领域都有着重要作用。

Integrated piezoelectric multi row uniform droplet generator

【技术实现步骤摘要】
集成压电式多列均匀液滴发生器


[0001]本专利技术涉及液体微流控
，具体涉及一种集成压电式多列均匀液滴发生器。

技术介绍

[0002]微流控指的是精确控制和操控微尺度流体，由于应用场景是微纳级结构，而流体在此结构中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此需要分析其独特的理化性能。针对于均匀微液滴的制备，高精度，规律性强的列式单分散液滴串在化工、食品、喷墨打印以及医疗领域都有着很大的应用前景，而在此类应用场景中如何精准的控制高速液滴的流量以及规律性的液滴串一直是待解决的难题。并且随着应用的逐渐深入，如何高效，快速的完成不同需求的微液滴制备也成为当前所关注的方向。
[0003]目前，国内一般的压电液滴发生器为流体腔、喷头、压电模组以及BNC连接口分隔放置通过机械手段形成实验条件，进而产生连续单分散液滴，由于没有将主要部件集成起来，所以使用较为繁琐，商用性较差。
[0004]除上述压电式液滴发生器以外，还有气动式液滴发生器以及通过微通道制备液滴，虽然这两种可以通过固定装置产生连续液滴，但是也存在一定的弊端。气动式液滴发生器虽然可以产出分散的液滴但其均匀性很差；通过微通道制备的液滴，液滴在通道中也会发生一定的变形，并且这种方法多用于两种物质的混合，大多为闭合环境。
[0005]同时，上述的液滴发生器还存在使用效果差、精度较低等问题，这也是液滴发生器的一个难点，精度低主要体现在出流液滴数与设置频率之间的偏差，高偏差会对液滴串的流量产生干扰，每一个液滴可能不均匀，继而对于微流控精度造成严重影响。并且很多液滴发生器实用性好坏并没有得到验证。国外虽然有成型的液滴发生器，但是价格比较昂贵，并且单连续液滴以及多组液滴射流方式通过切换整个喷头来切换，切换较为繁琐，成本较高。
[0006]本专利技术在原有单列液滴基础上改进变成可换喷头式多列液滴。多列均匀液滴发生器的产生可以大大提高应用效率以及拓宽了单列的应用场景，在快速生物制药领域都有着重要作用。

技术实现思路

[0007]本专利技术为解决现有液滴发生器分散的液滴均匀性很差，精度低的问题，进而对于微流控精度造成严重影响；同时存在价格昂贵，导致使用成本高等问题；提供一种集成压电式多列均匀液滴发生器。
[0008]集成压电式多列均匀液滴发生器，包括连接盘，流体腔，压电陶瓷，压电陶瓷槽，环形密封圈，射流片，旋帽，注射泵连接口和BNC接口；
[0009]所述流体腔的一端固定连接盘，通过所述连接盘与注射泵的连接口连通，所述注射泵的连接口通过输运软管将流体引入流体腔内部；
[0010]所述流体腔另一端安装有环形密封圈，射流片及旋帽，通过环形密封圈和旋帽的
应力将所述射流片固定在旋帽的凹槽内；
[0011]所述流体腔的腔体外部设置有凹槽作为压电陶瓷槽，在所述压电陶瓷槽内设置绝缘层和压电陶瓷，采用扎带固定；
[0012]所述BNC接口安装在连接盘上，并作为压电陶瓷电信号输入端，将被功率放大器放大后的方波或正弦控制信号传递到压电陶瓷，产生微米级振动；
[0013]所述射流片上设置多列射流孔，相邻射流孔的间距相同；所述射流片的厚度为0.5mm
‑
1mm。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术所述的集成压电式多列均匀液滴发生器具备以下优点：
[0015]1、本专利技术所述的液滴发生器中，每一列射流液滴运行较为稳定，破碎效果较好，相较气动式等液滴发生器适用范围更广，效果更佳。
[0016]2、本专利技术所述的液滴发生器与TSI以及其他厂家相比本产品有价格便宜，使用范围广，本专利技术中，通过采用射流片代替喷头，不需要多次更换固定喷头，操作较简单，成本较低适应性更广。
[0017]3、本专利技术所述的液滴发生器是将压电陶瓷、BNC连接口、流体腔、射流孔、集成与一体的液滴发生器，整体为不锈钢材质并且通过设计绝缘层确保压电陶瓷安全运行，不会发生使用者触电情况，安全性较好。
[0018]4、通过实验以及模拟计算等反复验证，得出最佳压电陶瓷物理参数以及强度、出力、谐振频率以及驱动电压等各项参数并加以验证，给出电压与振幅关系图。最后与设计的液滴发生器配合可以达到一个最佳的破碎效果，破碎效果通过高速摄像机拍摄已经得到验证，在保证破碎情况条件下，本专利技术经过了精度的测试，可以达到破碎液滴数量约等于设置频率，误差不超过设定频率的0.5％。在微流控领域有广泛的应用场景。
[0019]5、在整个流体腔的设计过程中经过反复模拟就算给出最佳压电陶瓷槽深度以及其壁厚，保证了压电陶瓷有效振幅。射流片的厚度的选取范围本专利技术已经通过实验验证得出最佳厚度范围。
[0020]6、本专利技术还提供了不同流量流速下所使用的频率范围(本专利技术以100um以及为例)，使用者可以根据表格来确定适当的破碎频率以达到最优效果。并且通过经验公式可以根据流量流速和出口孔径确定液滴出口直径大小，孔径的大小可以根据需要来定制。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所述的集成压电式多列均匀液滴发生器的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术所述的集成压电式多列均匀液滴发生器的爆炸图；
[0023]图3为压电陶瓷片的主、侧、俯三视图；
[0024]图4为对压电陶瓷片的驱动电压和位移关系图；
[0025]图5为本专利技术所述的集成压电式均匀液滴发生器的原理图；
[0026]图6为采用高速摄像机实拍的集成式压电均匀液滴发生器生成连续液滴的效果图；
[0027]图7为射流孔半径为100um，5*5射流片的示意图；
[0028]图8为射流孔半径为71um，7*7射流片的示意图；
[0029]图9为射流孔半径为50um，10*10射流片的示意图。
[0030]图中：1、功率放大器，2、信号发生器，3、注射泵，4、液滴发生器，4
‑
1、连接盘，4
‑
2、流体腔，4
‑
3、压电陶瓷，4
‑
4、压电陶瓷槽，4
‑
5、环形密封圈，4
‑
6、射流片，4
‑
7、旋帽，4
‑
8、注射泵连接口，4
‑
9、BNC接口。
具体实施方式
[0031]结合图1至图9说明本实施方式，集成压电式多列均匀液滴发生器，包括连接盘4
‑
1，流体腔4
‑
2，压电陶瓷4
‑
3，压电陶瓷槽4
‑
4，环形密封圈4
‑
5，射流片4
‑
6，旋帽4
‑
7，注射泵连接口4
‑
8和BNC接口4
‑
9；
[0032]所述注射泵3的连接口的左端采用螺纹口与流体腔4
‑
2外螺纹相连，右端为光滑圆柱状接口与输水管相连。连接口为流体入口，通过输运软管将流体引入流体腔内部。所述BNC接口的左侧采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.集成压电式多列均匀液滴发生器，其特征是：所述液滴发生器包括连接盘(4
‑
1)，流体腔(4
‑
2)，压电陶瓷(4
‑
3)，环形密封圈(4
‑
5)，射流片(4
‑
6)，旋帽(4
‑
7)，注射泵连接口(4
‑
8)和BNC接口(4
‑
9)；所述流体腔(4
‑
2)的一端固定连接盘(4
‑
1)，通过所述连接盘(4
‑
1)与注射泵的连接口(4
‑
8)连通，所述注射泵的连接口(4
‑
8)通过输运软管将流体引入流体腔(4
‑
2)内部；所述流体腔(4
‑
2)另一端安装有环形密封圈(4
‑
5)，射流片(4
‑
6)及旋帽(4
‑
7)，通过环形密封圈(4
‑
5)和旋帽(4
‑
7)的应力将所述射流片(4
‑
6)固定在旋帽(4
‑
7)的凹槽内；所述流体腔(4
‑
2)的腔体外部设置有凹槽作为压电陶瓷槽(4<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶智，李雨航，高轩，李海旺，撖天宇，高旭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：