机械整合并且紧密连接的印刷头和烟雾源制造技术

一种沉积装置，所述装置包括在结构上与沉积头整合的一个或多个雾化器。整个沉积头可以是可更换的，并且可以用材料预先填充。沉积头可以包括多个喷嘴。此外，还提供一种用于三维材料沉积的装置，所述装置包括与不可倾斜的雾化器连接的可倾斜沉积头。还提供用于同时或依次沉积不同材料的方法和装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机械整合并且紧密连接的印刷头和烟雾源相关申请的交叉引用本申请要求在2007年8月30日提交的名称为〃机械整合并且紧密连接的印 l^jl禾口(Mechanically Integrated and Closely Coupled Print Headand Mist Source)“的美国临时专利申请序列60/969,068的申请日权益，该美国临时专利申请的说 明书通过引用结合在此。
技术介绍
专利
(
)本专利技术是一种包括雾化器的装置，所述雾化器位于直接将材料沉积到平坦或不平 坦的目标物上的沉积头内部或相邻处。专利技术简述本专利技术是用于沉积材料的沉积头，所述沉积头包括一个或多个载气进口 ；一个 或多个雾化器；气溶胶歧管，其在结构上与所述一个或多个雾化器整合；一个或多个气溶 胶输送导管，其与所述气溶胶歧管流体连通；包覆气体进口和一个或多个材料沉积出口。沉 积头优选还包括虚拟冲击器(virtual impactor)和废气出口，所述虚拟冲击器被设置在一 个或多个雾化器中的至少一个和气溶胶歧管之间。沉积头优选包括材料的储存器，以及任 选的用于将未使用的材料从气溶胶歧管传输回到储存器中的排出管(drain)。沉积头任选 还包括材料的外部储存器，该储存器可用于选自如下各项中的目的能够更长时间地运行 而不用重新填充，将材料保持在所需的温度，将所述材料保持在所需的粘度，将材料保持在 所需的组成，以及防止粒子的聚集。沉积头优选还包括包覆气体歧管，该包覆气体歧管至少 同心地包围一个或多个气溶胶输送导管的中部。沉积头任选还包括包覆气体室，该包覆气 体室包围每一个包括导管出口在内的气溶胶输送导管的一部分，所述气溶胶输送导管优选 足够长，因而在包覆气体流与气溶胶流于所述包覆气体室的出口处或附近合并之前，所述 包覆气体流基本上平行于所述气溶胶流，所述合并是在所述气溶胶流离开所述导管出口之 后进行的。沉积头任选可更换，并且包括在安装之前预先填充有材料的材料储存器。这种 沉积头任选是一次性的(disposable)，或是可再填充的。一个或多个雾化器中的每一个雾 化不同的材料，这些材料优选不混合和/或不反应，直到即将沉积之前或沉积期间。要被沉 积的不同材料的比率优选是可控的。雾化器任选同时运行，或至少两个雾化器任选在不同 时间运行。本专利技术还是用于三维材料沉积的装置，所述装置包括沉积头和雾化器，其中沉积 头和雾化器在三个线性维度上一起移动，并且其中沉积头是可倾斜的，而雾化器不是可倾 斜的。所述装置优选用于将材料沉积在结构体的外部、内部和/或下面，并且优选被构造成 使得沉积头可延伸到窄的通道内。本专利技术还是一种用于沉积材料的方法，所述方法包括如下步骤雾化第一材料以 形成第一气溶胶，雾化第二材料以形成第二气溶胶，将所述第一气溶胶和第二气溶胶合并， 用环状的包覆气体流包围合并的气溶胶，将合并的气溶胶集中，以及沉积所述气溶胶。雾化 步骤任选同时或依次进行。所述方法任选还包括改变在至少一种气溶胶中的材料的量的步骤。雾化步骤任选包括使用不同设计的雾化器。所述方法任选还包括沉积复合结构体的步马聚o本专利技术的一个优点是改善了沉积，原因在于降低了液滴的蒸发和降低了过度喷射。本专利技术的另一个优点是降低了在气流的开始和材料到目标物上的沉积之间的延迟。本专利技术的目的、其它优点和新的特征以及另外的可应用性范围将在下面的详述中 结合附图部分地进行描述，并对于本领域技术人员，通过以下内容的审查将部分地变得明 显，或可以通过本专利技术的实施而知晓。本专利技术的目的和优点可以通过特别在后附权利要求 书中指出的手段和组合而实现和获得。附图说明结合到说明书中并且形成说明书的一部分的附图示出本专利技术的一个或多个实施 方案，并且与说明书一起起到解释本专利技术的原理的作用。附图仅为了示出本专利技术的一个或 多个优选实施方案的目的并且不应理解为限制本专利技术。在附图中图1是本专利技术的用于梯度材料(gradient material)制备的装置的示意图；图2是具有雾化器的整体式的多喷嘴沉积头的示意图；图3是具有单气溶胶喷射器的整合雾化器的示意图；图4是整合了雾化器、沉积头和虚拟冲击器的单一装置的横截面示意图；图5是具有沉积头和虚拟冲击器的整合的雾化系统的备选实施方案的示意图；图6是具有沉积头和流量降低器的多喷嘴整合的雾化系统的另一个备选实施方 案的示意图；以及图7是与沉积头整合的多个雾化器(一个为容纳于一个室内的气动雾化器以及另 一个为容纳于另一个室内的超声雾化器)的示意图。专利技术详述本专利技术总体上涉及利用气动力学集中(focusing)对液体、溶液和液体-粒子悬浮 液的高分辨率、无掩模沉积。在一个实施方案中，将气溶胶流集中并且沉积到平坦或不平坦 的目标物上，从而形成图案，这种图案被热或光化学处理以实现接近对应的本体材料的物 理、光学和/或电学性质。这种方法被称为M3D (无掩模中等尺度材料沉积(Maskless Mesoscale MaterialDeposition))技术，并且被用于沉积，优选直接并且在不使用掩模的 情况下沉积气溶胶化的材料，其线宽的数量级小于用常规厚膜方法沉积的线的线宽的数量 级，甚至小于1微米。M3D 装置优选包括气溶胶喷射印刷头，以形成由外部包覆流(sheathflow)和内 部的气溶胶携带的载体流构成的环状传送射流。在所述环状气溶胶喷射法中，气溶胶流典 型地进入印刷头，优选正好在气溶胶化方法之后或在经过加热器组件之后进入印刷头，并 且沿着该装置的轴引导至印刷头锐孔。物料通过量优选通过气溶胶载气质量流量控制器控 制。在沉积头内部，气溶胶流优选首先通过穿过毫米大小的锐孔而准直。然后，出来的粒子 流优选与环状包覆气体合并，这起着消除喷嘴堵塞以及使气溶胶流集中的作用。载气和包 覆气体最通常地包括压缩空气或惰性气体，其中一种或两种可以包含改性的溶剂蒸气内含物。例如，当气溶胶由水溶液形成时，水蒸气可以被添加到载气或包覆气体中以防止液滴蒸 发。包覆气体优选经由在气溶胶进口下面的包覆空气进口进入，并且与气溶胶流一起 形成环形流。如同气溶胶载气一样，包覆气体流量优选通过质量流量控制器控制。合并的 流以高速( 50m/s)经由对着目标物的锐孔离开喷嘴，并且随后撞击到目标物上。这种环 形流将气溶胶流集中到目标物上，并且可以印刷尺寸小于约1微米的特征。通过使沉积头 相对于目标物移动来形成图案。与沉积头相邻布置的雾化器雾化器典型地经由烟雾输送装置与沉积头连接，而不与沉积头机械连接。在本发 明的一个实施方案中，雾化器和沉积头是完全整合的，共用共同的结构元件。如整个说明书和权利要求书所使用的，术语“雾化器”是指典型地用于悬浮成气溶 胶的雾化器、喷雾器、换能器、活塞或任何其它器件，它们以任何方式启动，包括但不限于气 动、超声、机械，或经由喷雾工艺，其被用于由液体或其它材料形成更小的液滴或粒子，或来 自蒸气的冷凝粒子。如果雾化器与沉积头相邻或整合在一起，则烟雾在雾化器和所述头之间的传输所 需要的管道的长度减小或消除。相应地，烟雾在管中的通过时间显著降低，因而在传输过程 中来自液滴的溶剂损失最小化。这进而降低了过度喷射并且可以使用比通常能够被使用的 液体更易挥发的液体。此外，在输送管内的粒子损失被最小化或消除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于沉积材料的沉积头，所述沉积头包括：一个或多个载气进口；一个或多个雾化器；气溶胶歧管，其在结构上与所述一个或多个雾化器整合；一个或多个气溶胶输送导管，其与所述气溶胶歧管流体连接；包覆气体进口；以及一个或多个材料沉积出口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-30 60/969,068一种用于沉积材料的沉积头，所述沉积头包括一个或多个载气进口；一个或多个雾化器；气溶胶歧管，其在结构上与所述一个或多个雾化器整合；一个或多个气溶胶输送导管，其与所述气溶胶歧管流体连接；包覆气体进口；以及一个或多个材料沉积出口。2.权利要求1所述的沉积头，所述沉积头还包括虚拟冲击器和废气出口，所述虚拟冲 击器被设置在所述一个或多个雾化器中的至少一个和所述气溶胶歧管之间。3.权利要求1所述的沉积头，所述沉积头还包括材料的储存器。4.权利要求3所述的沉积头，所述沉积头还包括用于将未使用的材料从所述气溶胶歧 管传输回到所述储存器中的排出管。5.权利要求3所述的沉积头，所述沉积头还包括材料的外部储存器，该外部储存器可 用于选自如下各项中的目的能够更长时间地运行而不用重新填充，将所述材料保持在所 需的温度，将所述材料保持在所需的粘度，将所述材料保持在所需的组成，以及防止粒子的 聚集。6.权利要求1所述的沉积头，所述沉积头还包括包覆气体歧管，所述包覆气体歧管至 少同心地包围所述一个或多个气溶胶输送导管的中部。7.权利要求1所述的沉积头，所述沉积头还包括包覆气体室，该包覆气体室包围每一 个包括导管出口在内的气溶胶输送导管的一部分。8.权利要求7所述的沉积头，其中所述气溶胶输送导管足够长，因而在包覆气体流与 气溶胶流于所述包覆气体室的出口处或附近合并之前，所述包覆气体流基本上平行于所述 气溶胶流，所述合并是在所述气溶胶流离开所述导管出口之后进行的。9.权利要求1所述的沉积头，其中所述沉积头是可更换的。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯H金，格雷戈里詹姆斯马克斯，迈克尔J雷恩，
申请(专利权)人：奥普托美克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]