CN105498869B - 一种微纳米液滴制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微纳米液滴制备方法，属于微流体及微纳制造技术领域。所发明的微纳米液滴制备方法是先将微细喷头***与喷头内工作液互不溶的工作环境液体介质中；然后从喷孔中缓慢挤出工作液，并在喷头端部形成一个与喷头及喷孔内工作液相连且比喷孔直径大的母液滴，该母液滴被工作环境液体介质包围着；之后通过喷孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速减小，变成微小的母液滴，最后利用瑞利不稳定性效应使得在喷头端部形成的微小母液滴与喷头及喷孔内的工作液脱离，从而制备出尺寸小于喷孔直径的微纳米液滴。

Description

一种微纳米液滴制备方法
技术领域
本发明属于微流体及微纳制造技术领域，涉及一种微纳米液滴制备方法。
技术背景
微纳米液滴在喷墨打印、细胞打印、医疗器材喷涂、集成电路印刷、纳米材料沉积等领域具有重要的应用作用。目前，国内外主要采用热泡式喷头、压电式喷头、微注射器式喷头、电流体动力式喷头、电磁阀操控性喷头和气动雾化式喷头等方法生成微纳米液滴。其中热泡式喷头和压电式喷头方法最为成熟。
热泡式喷头方法以喷头中的薄膜电阻器为加热元件，当一个电脉冲施加于喷头时，电流流过此电阻器产生热量使与其接触的液体蒸发，在电阻外形成气泡，气泡在喷头处膨胀并使液体以液滴的形式从喷头喷出。
压电式喷头方法利用喷头中的压电晶体在脉冲电压作用下产生的伸缩效应，使喷头中的储液盒容积发生变化，容积的改变导致在喷头内部液体发生压力或速度的瞬间变化，这些变化使得喷头内液体以液滴的形式从喷头喷出。
液体粘度是影响微纳米液滴喷射效果最大的因素。液滴喷射时，喷射能转化为液滴的动能，同时伴随液体的粘滞耗散和克服液体表面张力的能耗，所喷射液滴的粘度不能太高，现有商业化的容积型喷头只能喷射粘度小于20cps的液体。常用的稀释和加热方法可以降低粘度，但也通常会改变液体性质或者延长喷射过程。热泡式喷头可以喷射的粘结剂有限，特别是难以喷射粘度较大的粘结剂以及非水溶性粘结剂。另一个难点是，喷射液体中常常有小颗粒，如聚合物、药物甚至细胞，这很容易造成喷孔堵塞。采用大孔径喷孔可以较好地解决这个问题，但又会使喷射液滴的粒径变大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微纳米液滴制备方法，用于细胞打印、医疗器材喷涂、集成电路印刷、纳米材料沉积等领域。
本发明的原理是：所发明的微纳米液滴制备方法是先将微细喷头***与喷头内工作液互不溶的工作环境液体介质中；然后从喷孔中缓慢挤出工作液，并在喷头端部形成一个与喷头及喷孔内工作液相连且比喷孔直径大的母液滴，该母液滴被工作环境液体介质包围着；之后通过喷孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速减小，变成微小的母液滴，最后利用瑞利不稳定性效应使得在喷头端部形成的微小母液滴与喷头及喷孔内的工作液脱离，从而制备出尺寸小于喷孔直径的微纳米液滴。
本发明的优点如下：
1.可以采用较大喷孔直径的喷头制备粒径小于喷孔直径的微纳米液滴。
2.可以制备含有悬浮颗粒和高粘度的微纳米液滴。
3.操作简单方便。
4.对设备的要求低。
附图说明
图1为微纳米液滴制备原理示意图。
图2为微细喷头挤出液体制备母液滴过程的原理示意图。
图3为微细喷头回吸母液滴制备微纳米液滴过程的原理示意图。
具体实施方式
参见图1。本发明制备微纳米液滴的方法是先将微细喷头***与喷头内工作液互不溶的工作环境液体介质中；然后从喷孔中缓慢挤出工作液，并在喷头端部形成一个与喷头及喷孔内工作液相连且比喷孔直径大的母液滴，该母液滴被工作环境液体介质包围着，母液滴的具体形成过程参见图2；之后通过喷孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速减小，变成微小的母液滴，最后利用瑞利不稳定性效应使得在喷头端部形成的微小母液滴与喷头及喷孔内的工作液脱离，从而制备出尺寸小于喷孔直径的微纳米液滴，微纳米液滴的具体形成过程参见图3。
参见图2。图2(a)为喷头端部无液滴时的情况，此时未对喷孔内的液体施加挤压作用力；图2(b)为喷头端部刚开始形成母液滴的情况，此时刚开始对喷孔内的液体施加挤压作用力，工作液挤压过程缓慢速进行，以保持被挤出的工作液母液滴不与喷头及喷孔内的工作液脱离；从图2(c)至图2(g)为喷头端部的母液滴缓慢扩大的过程；当挤压作用至图2(g)时停止，此时在喷头端部形成一个与喷头及喷孔内工作液相连且比喷孔直径大的母液滴。
参见图3。图3(h)为刚开始快速回吸母液滴时的情况；从图3(i)至图3(l)为喷头端部的母液滴缩小变化的过程，其缩小变化过程迅速；达到图3(m)时由于瑞利不稳定性效应使得在喷头端部形成的微小母液滴与喷头及喷孔内的工作液脱离，从而制备出尺寸小于喷头孔直径的微纳米液滴，见图3(n)。

Claims (2)

1.一种微纳米液滴制备方法，其特征在于：先将微细喷头***与喷头内工作液互不溶的工作环境液体介质中；然后从喷孔中缓慢挤出工作液，并在喷头端部形成一个与喷头及喷孔内工作液相连且比喷孔直径大的母液滴，该母液滴被工作环境液体介质包围着；之后通过喷孔快速回吸母液滴，致使母液滴的尺寸迅速减小，变成微小的母液滴，最后利用瑞利不稳定性效应使得在喷头端部形成的微小母液滴与喷头及喷孔内的工作液脱离，从而制备出尺寸小于喷孔直径的微纳米液滴。
2.根据权利要求1所述的微纳米液滴制备方法，其特征是，工作液挤压过程缓慢速进行，以保持被挤出的工作液母液滴不与喷头及喷孔内的工作液脱离。
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