本發(fā)明涉及電流體動(dòng)力噴印設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電流體噴印的超聲電噴印噴頭。
背景技術(shù)：
電流體動(dòng)力噴印是通過在噴頭和基板之間施加高壓電，形成強(qiáng)電場，將溶液從噴頭拉出，可形成點(diǎn)噴，噴霧和紡絲等工藝。因?yàn)橛须妶隽Φ妮o助作用，電流體噴印技術(shù)可以使用高粘度的溶液來進(jìn)行直寫。
基于電噴印工藝，目前有研究者提出了“一種用于電流體噴印的壓電式集成噴頭”。該噴頭使用壓電作為驅(qū)動(dòng)源，來驅(qū)動(dòng)溶液形成彎液面，從而實(shí)現(xiàn)了高頻打??；該噴頭將原本施加在基板上的電極，集成到噴頭端，從而提高的噴頭的靈活性，便于在復(fù)雜曲面或是不規(guī)則的平面上進(jìn)行打印；該噴頭使用電噴印技術(shù)作為核心支撐，因此能夠直寫出微納級別的結(jié)構(gòu)，極大的提高了分辨率，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高粘度溶液的直寫。
但在實(shí)際的應(yīng)用中，該噴頭仍然存在以下的缺點(diǎn)：
1)高粘度溶液從供墨口注入溶液腔，然后從噴嘴處出來。在打印的過程中，出口處的流量小，溶液在供墨腔內(nèi)停留時(shí)間長，從而流動(dòng)性差，活性低，導(dǎo)致打印過程中出現(xiàn)不均勻、不一致的現(xiàn)象，直接影響直寫出的器件的性能和美觀
2)高粘度溶液在供墨腔內(nèi)停留時(shí)間過長，如果沒有得到很好的利用就會極容易固化。固化后的溶液殘留在供墨腔內(nèi)不僅影響打印，還對噴頭的清洗和維護(hù)帶來困難，降低噴頭的使用壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種用于電流體噴印的超聲電噴印噴頭，該噴頭通過超聲技術(shù)提高打印過程中溶液的活性，從而改善打印的效果，通過超聲技術(shù)清洗噴頭內(nèi)部固化或是殘留的溶液，方便噴頭的保養(yǎng)和維護(hù)，從而延長噴頭的使用壽命。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種超聲電噴印噴頭，包括下電極、、噴頭、溶液入口、上電極、壓電驅(qū)動(dòng)器、超聲換能器和儲液腔；其中，
噴頭的上端設(shè)有儲液腔，儲液腔的上端設(shè)有壓電驅(qū)動(dòng)器，儲液腔連通溶液入口；噴頭的上下端面分別設(shè)有上電極和下電極，下電極的下端設(shè)有下電極環(huán)；噴頭的側(cè)部設(shè)有超聲換能器。
溶液通過噴頭入口進(jìn)入儲液腔，在壓電驅(qū)動(dòng)器的作用下，周期性的在噴嘴處形成彎液面，上電極和下電極之間施加高壓電，使得噴嘴處的彎液面形成泰勒錐，從而實(shí)現(xiàn)電流體噴印。
總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
(1)本發(fā)明的超聲電噴印噴頭克服了現(xiàn)有的電噴印噴頭在打印高粘度溶液時(shí)容易出現(xiàn)固化和打印不均勻的現(xiàn)象，通過超聲來活化溶液的性能，保證在打印過程中溶液保持穩(wěn)定性和一致性。
(2)本發(fā)明的超聲電噴印噴頭通過超聲來避免溶液在打印過程中出現(xiàn)固化等顯現(xiàn)，從而減少了噴頭的堵塞，同時(shí)通過超聲來清洗噴頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，便于噴頭的保養(yǎng)和維護(hù)，從而延長了噴頭的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的用于電流體噴印的壓電式集成噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
1-下電極，11-下電極環(huán)，2-噴頭，21-溶液入口，22-噴頭噴嘴，3-上電極，4-壓電驅(qū)動(dòng)器，5-超聲換能器，6-儲液腔
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
參見圖1，一種超聲電噴印噴頭包括下電極1、下電極環(huán)11、噴頭2|、溶液入口21、上電極3、壓電驅(qū)動(dòng)器4、超聲換能器構(gòu)成5和儲液腔6。
噴頭2的上端設(shè)有儲液腔6，儲液腔6的上端設(shè)有壓電驅(qū)動(dòng)器4，儲液腔6連通溶液入口21；噴頭2的上下端面分別設(shè)有上電極3和下電極1，下電極1的下端設(shè)有下電極環(huán)11，通過下電極環(huán)11給下電極通電，通過溶液給上電極3通電；儲液腔6和噴頭2的側(cè)部設(shè)有超聲換能器構(gòu)成5。
噴頭2使用sio2經(jīng)過多次刻蝕而成，sio2的熔點(diǎn)為1700℃,適合壓電材料的燒結(jié)，sio2是良好的絕緣體，可以避免對上下電極之間的電場造成干擾。
超聲換能器需要貼合于噴頭2的側(cè)部表面，以確保超聲換能器對噴頭2腔體中的溶液具有良好的作用。這里采用微納加工的方式直接將超聲換能器制作在噴頭2的側(cè)部表面。
噴頭2的噴嘴22的外徑為120-200um，內(nèi)徑為30-60um，避免壁厚太小，高壓對噴嘴造成損傷，壁厚太大會影響彎液面的形成，導(dǎo)致噴射效果不佳。噴頭2的噴嘴22的下端面和下電極環(huán)11的距離為200-400um，可以保證有較好的噴射效果。
施加在噴頭上電極(3)和下電極環(huán)(11)之間的電壓為900-3000v，避免低電壓無法驅(qū)動(dòng)，同時(shí)避免過高的電壓出現(xiàn)放電，燒毀噴頭影響噴射效果。
實(shí)例：
使用噴頭打印銀漿，銀漿的粘度為5000cps，噴頭2的噴嘴22的內(nèi)徑為60um,外徑為120um，噴頭2的噴嘴22和下電極環(huán)的距離為250um，下電極環(huán)上施加電壓1400v，上電極接地。將銀漿從溶液入口21處注入儲液腔體，注入過程中要確保排出腔體內(nèi)的空氣，并且腔體內(nèi)不能有氣泡的殘留，否則會影響打印效果。銀漿在壓電驅(qū)動(dòng)器4的作用下形成彎液面，在上下電極的作用下形成泰勒錐，進(jìn)而形成射流。在打印的過程中開啟超聲換能器5，將換能器的功率調(diào)至合適值，此時(shí)儲液腔中的銀漿在超聲的作用下粘度會有所降低，活性得到提升，從而確保打印效果的一致性和均勻性。
使用噴頭進(jìn)行噴霧，使用的溶液為丙三醇(甘油)，室溫下丙三醇的粘度為1400cps，噴頭2的噴嘴22的內(nèi)徑為30um,外徑為120um，噴頭2的噴嘴22和下電極環(huán)的距離為200um，下電極環(huán)上施加電壓2000v，確保甘油在該電壓的作用下能夠霧化，上電極接地。將甘油從溶液入口21處注入儲液腔體，注入過程中要確保排出腔體內(nèi)的空氣，并且腔體內(nèi)不能有氣泡的殘留，否則會影響打印效果。甘油在壓電驅(qū)動(dòng)器4的作用下形成彎液面，在上下電極的作用下形成泰勒錐，進(jìn)而形成噴霧。在打印的過程中開啟超聲換能器5，將換能器的功率調(diào)至合適值，此時(shí)儲液腔中的甘油在超聲的作用下溶液活性得以改善，從而提高噴霧的效果，使得噴霧的液體粒度更加均勻。
在噴頭2清洗時(shí)，將無水酒精從溶液入口21處注入儲液腔，然后開啟超聲換能器5，將功率調(diào)整至合適值，腔體內(nèi)的殘留物在超聲的作用下會逐漸分解，進(jìn)而達(dá)到清洗的目的
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。