專(zhuān)利名稱(chēng)：電噴霧發(fā)射器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電噴霧，并且特別涉及電噴霧發(fā)射器以及電噴霧發(fā)射器的陣列。
背景技術(shù)：
當(dāng)液體表面上的靜電カ克服表面張カ時(shí)發(fā)生電噴霧。某些條件下，在電噴霧裝置的發(fā)射器產(chǎn)生泰勒錐。液體射流可從泰勒錐的頂端發(fā)射。電噴霧裝置可由通過(guò)儲(chǔ)存器供料的玻璃或金屬毛細(xì)管形成。這樣的裝置在W02007/066122中描述。然而，基于毛細(xì)管的電噴霧裝置可能難以制作、處理和清潔，或大量 制作。因此，需要ー種克服這些問(wèn)題的電噴霧發(fā)射器。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的第一方面，提供ー種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器，包括片，所述片具有通到在沿所述片延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔ロ的通道；充電電極，所述充電電極可耦接到電源，并布置為將電荷施加到通入所述通道中的液體；以及控制電極，所述控制電極鄰近所述通道，用于控制電噴霧發(fā)射。這提供ー種可更容易清潔且可更堅(jiān)固的電噴霧發(fā)射器。所述片可以是平坦的、基本上平坦的，或彎曲的基片。平坦的發(fā)射器表面可以是無(wú)特征化的，或不存在凸起或噴嘴?？抓砜稍谒銎钠矫嬷?，或在發(fā)射器表面的平面中。這改善其被有效清潔的能力，并且減少污垢和碎屑的積累?？抓砜梢才c表面平齊，或凹入?？蛇x地，控制電極可與發(fā)射器表面分開(kāi)。發(fā)射器表面是裝置上發(fā)生電噴霧的ー側(cè)。該表面可能易于沾灰、污染或被液體潤(rùn)濕。在發(fā)射器表面上或附近具有控制電極對(duì)于改善裝置的控制可能是有益的。然而，將控制電極置于遠(yuǎn)離發(fā)射器表面以保持其潔凈或遠(yuǎn)離污染也可能是有益的?？蛇x地，控制電極至少部分地圍繞所述通道。例如，這可以是在通道周?chē)娜h(huán)或部分環(huán)的形式。然而，也可使用其他形狀或結(jié)構(gòu)?？蛇x地，控制電極嵌在所述片中。將控制電極嵌在片中可進(jìn)ー步保護(hù)它或使裝置更容易使用半導(dǎo)體エ業(yè)中所用的制造技術(shù)進(jìn)行制作。因此，接收被射出液體的表面可具有懸浮電位并且不必須為電路的一部分或接地。嵌入控制電極可通過(guò)用另ー層(如，絕緣層)將其覆蓋，或?qū)⑵渫耆忾]在所述片內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。嵌入也包括將控制電極部分地安放在所述片的材料內(nèi)，和/或?qū)⑵浞旁谂c孔ロ、開(kāi)ロ或出口相齊平或之后，其中液體通過(guò)該孔ロ、開(kāi)ロ或出口從通道被發(fā)射。可選地，電噴霧發(fā)射器可還在所述片的發(fā)射器表面上包括絕緣層或非潤(rùn)濕性層或液體排斥層。該非潤(rùn)濕性或液體排斥層可通過(guò)排斥液體遠(yuǎn)離發(fā)射器表面上的孔ロ，而使裝置更容易維護(hù)和潔凈。優(yōu)選地，非潤(rùn)濕性或疏水表面延伸直到孔ロ。
可選地，絕緣層或非潤(rùn)濕性層或液體排斥層為含氟聚合物材料。含氟聚合物可為，例如來(lái)自DuPont的Teflon,乙烯-四氟こ烯(ETFE)或氟化こ烯丙烯(FEP)。其他合適的材料也可使用，并且可取決于要被電噴霧的液體來(lái)選擇。這些可替換的非潤(rùn)濕性層可包括但不限于疏水性材料?？蛇x地，電噴霧發(fā)射器可還包括固定到發(fā)射器表面的保護(hù)電扱。保護(hù)電極可防止與形成在同一裝置上的相 鄰電噴霧發(fā)射器串?dāng)_。保護(hù)電極可從電源提供以合適的電壓或接地?？蛇x地，保護(hù)電極可圍繞或環(huán)繞通道。保護(hù)電極可還圍繞或環(huán)繞孔ロ?？蛇x地，非潤(rùn)濕性層在保護(hù)電極與所述片之間，進(jìn)一歩地其中非潤(rùn)濕性層在孔ロ周?chē)┞?。?shí)際上，保護(hù)電極中可有孔ロ，保護(hù)電極可形成為另外的完整平面或平坦層。保護(hù)電極中的該孔ロ可略大于通道中的孔ロ，以便所述片與保護(hù)電極之間的非潤(rùn)濕性層得以暴露。該結(jié)構(gòu)保留了孔ロ周?chē)姆菨?rùn)濕性層的益處以及保護(hù)電極的益處?？蛇x地，控制電極與通道分開(kāi)。控制電極可鄰近通道形成，或可遠(yuǎn)離通道形成，以避免進(jìn)ー步直接使流過(guò)通道的液體帶電?？蛇x地，通道可朝發(fā)射器表面上的孔ロ逐漸變細(xì)。換言之，通道的液體入口可大于在發(fā)射器表面處的孔ロ。優(yōu)選地，直徑可沿通道平滑改變。可選地，電噴霧發(fā)射器可還包括兩個(gè)或更多個(gè)通道，每個(gè)通道具有對(duì)應(yīng)的控制電扱?？捎懈嗟碾妵婌F發(fā)射器在裝置上，或形成在片上。每個(gè)電噴霧發(fā)射器可配置來(lái)發(fā)射相同或不同的液體。依照本發(fā)明的第二方面，提供ー種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器，包括片，所述片具有通到在沿所述片延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔ロ的通道；以及施加到所述片的所述發(fā)射器表面的非潤(rùn)濕性層或液體排斥層。非潤(rùn)濕性層可減小孔ロ周?chē)囊后w積累，并因此可幫助保持裝置潔凈。所述片可為平面的，并且可包括多個(gè)通道。依照本發(fā)明的第三方面，提供ー種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器，包括片，所述片具有通向在沿所述片延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔ロ的通道；充電電極，所述充電電極可耦接到電源，并且布置為將電荷施加到通入所述ー個(gè)或更多個(gè)通道中的液體；以及保護(hù)電極，所述保護(hù)電極施加到所述發(fā)射器表面。保護(hù)電極減小與相鄰電噴霧發(fā)射器的串?dāng)_。保護(hù)電極可保持(或以適當(dāng)限定的時(shí)間變化電壓波形而變化，以減小通道串?dāng)_)在合適的電壓或接地。所述片可為平面的或可包括多個(gè)通道?？蛇x地，保護(hù)電極可圍繞或環(huán)繞通道，或圍繞或環(huán)繞電噴霧發(fā)射器的陣列的每個(gè)通道。可選地，保護(hù)電極與所述片的發(fā)射器表面上的孔ロ分開(kāi)?？蛇x地，控制電極和保護(hù)電極兩者均可嵌在所述片中，保護(hù)電極與控制電極被非導(dǎo)電層或區(qū)域所分開(kāi)，并且所述片的整個(gè)表面被非潤(rùn)濕性層或含氟聚合物膜覆蓋(除孔ロ以外)。依照本發(fā)明的第四方面，提供ー種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器，包括片，所述片具有通向在沿所述片延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔ロ的通道，所述通道到具有液體供應(yīng)入口 ；以及充電電極，所述充電電極在所述通道外側(cè)并且可耦接到電源，并且布置為將電荷施加到通入通道中的液體，
其中所述孔ロ比所述通道的液體供應(yīng)入口更窄。優(yōu)選地，通道直徑可沿通道平滑改變。所述片可為平面的，且可包括多個(gè)通道?？蛇x地，通道可為逐漸變細(xì)的。依照本發(fā)明的第五方面，提供ー種由上文描述的任何電噴霧發(fā)射器形成的電噴霧發(fā)射器的陣列。明顯地，本發(fā)明每個(gè)方面的可選或優(yōu)選特征可容易地用于任何其他方面或?qū)嵤┓桨?。依照本發(fā)明的第六方面，提供一種制造電噴霧發(fā)射器的方法，包括步驟提供片；穿通所述片，以形成通向在沿所述片延伸的平坦表面上的孔ロ的通道；在所述片中接近所述通道提供凹槽；利用導(dǎo)體部分地填充所述凹槽以形成電極；以及將所述電極密封在所述凹槽內(nèi)。因此，電極可嵌在裝置內(nèi)。這減少電擊穿。凹槽可部分或完全圍繞通道。通道可為圓柱形或錐形或兩者的混合?？商峁┢绻?manifold)作為通道的液體供應(yīng)路線(xiàn)?？蛇x地，所述片中的凹槽和/或通道可以通過(guò)壓紋、澆鑄或注模的任ー種來(lái)提供。這提供簡(jiǎn)化的構(gòu)建方法。而且，通道和凹槽可在同一制作步驟中制作。優(yōu)選地，所述片可由非潤(rùn)濕性材料形成?？蛇x地，所述片由非潤(rùn)濕性材料層與基片層的疊層形成。非潤(rùn)濕性材料可為含氟聚合物材料(如，F(xiàn)EP或類(lèi)似物)?；瑢涌蔀樗芰喜牧?如Kapton。通道可形成為通過(guò)基片層的錐形形式，但可為通過(guò)非潤(rùn)濕性層的圓柱形?？蛇x地，凹槽可提供在非潤(rùn)濕性材料層中。凹槽可在非潤(rùn)濕性材料層與基片層之間的界面或界面之前停止?？蛇x地，凹槽可提供在所述片中與孔ロ相反的側(cè)上。換言之，凹槽可形成在所述片的與電噴霧發(fā)射側(cè)相反ー側(cè)上，并由此嵌入在裝置內(nèi)，遠(yuǎn)離使用中的任何暴露的表面。依照本發(fā)明的第七方面，提供一種制造電噴霧發(fā)射器的方法，包括步驟鉆ー個(gè)或更多個(gè)孔通過(guò)基片；以聚合物光刻膠層涂覆所述基片，填充所述一個(gè)或更多個(gè)孔；利用光刻法在所述孔(ー個(gè)或多個(gè))中產(chǎn)生通過(guò)所述光刻膠層的一個(gè)或更多個(gè)通道；以及形成歧管，所述歧管布置為供應(yīng)所述通道以液體。依照本發(fā)明的第八方面，提供一種制造電噴霧發(fā)射器的方法，包括步驟利用光刻法施加圖案(電路或其他特征)到基片；利用聚合物層(例如，光刻膠)涂覆所述基片；使用所施加的圖案作為掩模，燒蝕一個(gè)或更多個(gè)通道通過(guò)所述基片和所述聚合物層；以及形成歧管，所述歧管布置為供應(yīng)所述通道以液體。所述方法可用來(lái)生產(chǎn)單個(gè)、多個(gè)電噴霧發(fā)射器，或電噴霧發(fā)射器的陣列?？蛇x地，制作方法還可包括在所述通道的開(kāi)ロ周?chē)┘臃菨?rùn)濕性層的步驟。金屬層也可被施加到通道(ー個(gè)或多個(gè))以充當(dāng)電極。依照第九方面，提供通過(guò)前文描述的制作方法生產(chǎn)的電噴霧發(fā)射器或電噴霧發(fā)射器的陣列。制作方法可用來(lái)生產(chǎn)上文描述的任何電噴霧發(fā)射器。
應(yīng)注意，上文描述的任何特征均可用于本發(fā)明的任何具體方面或?qū)嵤┓桨浮?br>

本發(fā)明可以多種方式付諸實(shí)踐，并且現(xiàn)將僅以實(shí)施例的方式并參考附圖來(lái)描述實(shí)施方案，附圖中圖I僅以舉例的方式示出根據(jù)ー個(gè)示例性實(shí)施方案的電噴霧發(fā)射器的橫截面示意圖；圖Ia示出根據(jù)另ー實(shí)施方案的電噴霧發(fā)射器的橫截面示意圖；圖2示出另外的示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖；圖3示出電噴霧發(fā)射器陣列的平面圖；圖4示出另外的示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖；圖5示出圖4的電噴霧發(fā)射器的陣列；圖6示出包括電極布局的電噴霧發(fā)射器的陣列的平面圖；圖7示出圖6中示出的電噴霧發(fā)射器的平面圖的部分放大視圖；圖8示出另外的示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖；圖9示出另外的示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖；圖10示出另外的示例性實(shí)施方案的橫截面示意圖；圖ll(a-e)示出一系列橫截面示意圖，舉例說(shuō)明制作電噴霧發(fā)射器的方法；圖12示出由圖11 (a_e)中示出的制作方法形成的電噴霧發(fā)射器的橫截面示意圖；圖13(a_e)示出一系列橫截面示意圖，舉例說(shuō)明制作電噴霧發(fā)射器的可選方法；以及圖14示出由圖13(a_e)中示出的制作方法形成的電噴霧發(fā)射器的橫截面示意圖。應(yīng)注意，附圖是為了簡(jiǎn)要而舉例說(shuō)明的，并且不一定按比例繪制。
具體實(shí)施例方式圖I示出電噴霧發(fā)射器10的橫截面示意圖。示出了單個(gè)電噴霧發(fā)射器10，盡管單個(gè)裝置上可能形成有許多電噴霧發(fā)射器。液體導(dǎo)管85供應(yīng)待發(fā)射到通道65中的液體，如由箭頭C所示。液體導(dǎo)管85可供應(yīng)單ー電噴霧發(fā)射器10，如圖I中所示，或者液體導(dǎo)管85可供應(yīng)與單一液體導(dǎo)管85連通的許多單獨(dú)的電噴霧發(fā)射器10。而且，若干個(gè)單獨(dú)的液體導(dǎo)管85可布置來(lái)供應(yīng)不同的液體類(lèi)型到單個(gè)裝置上的一個(gè)或更多個(gè)電噴霧發(fā)射器10。電荷可通過(guò)充電電極80而被施加到液體。這些充電電極80可延伸到液體導(dǎo)管85中，或放置在另ー合適位置，并且它們可為各種形狀，例如錐形。充電電極80可在形成流體流動(dòng)通過(guò)的通道85或65的材料的一個(gè)或任何面上。具體地，尖頭充電電極80可用來(lái)施加電荷到液體，液體根據(jù)需要可為導(dǎo)電或非導(dǎo)電的。通道65形成在片或基片40中，片或基片40可由合適的材料形成，如硅或塑料材料(如，Kapton)。非潤(rùn)濕性層或絕緣層30可被施加到所述片40。非潤(rùn)濕性層30可為疏水材料，如FEP或其他聚酰亞胺，或耐液體潤(rùn)濕的其他材料?？蛇x擇非潤(rùn)濕性層30以在ー定程度上排斥待電噴霧的任何特定液體，包括水和非水基液體。因此，術(shù)語(yǔ)潤(rùn)濕不限于水。非潤(rùn)溫性層30防止通道65中的孔ロ 55變得被液體蒸發(fā)或在電噴霧表面75上干燥時(shí)形成的液體或沉淀物堵塞。如圖I中所示，非潤(rùn)濕性層30圍繞孔ロ 55，液體可通過(guò)該孔ロ 55從泰勒錐60的頂端70被發(fā)射。層30可為絕緣層而不是非潤(rùn)濕性層，或者可為絕緣層以及非潤(rùn)濕性層。非潤(rùn)濕性層30可形成為單層或更厚，并且可為疏水涂層，如全氟辛基三こ氧基硅烷(PFOTES)，以提供容易清潔性和發(fā)射液體 的彎液面，以使其不沾濕(wet-over)。優(yōu)選地，該層厚度可在約I U m與20 ii m之間。例如,該層可形成為12 ii m厚。作為另外的實(shí)施例，非潤(rùn)濕性層30可由光刻膠材料形成，如PTFE或類(lèi)似材料?；?0可形成來(lái)為裝置提供足夠的剛度。例如，基片可為幾十個(gè)iim厚，如90iim，優(yōu)選為40-50 iim，或者更優(yōu)選為25 iim厚?；?0可由例如Kapton (來(lái)自DuPont)形成。保護(hù)電極層20可放在非潤(rùn)濕性層30的頂面上，以防止與可能存在于多電噴霧發(fā)射器上的其他發(fā)射通道(如可形成為電噴霧發(fā)射器10的陣列的那些)的電串?dāng)_。非潤(rùn)濕性層30可在孔ロ 55周?chē)┞冻?，形成在孔?55周?chē)氖杷蛞后w排斥環(huán)90。保護(hù)電極層20在一些實(shí)施方案中可能不存在。當(dāng)存在時(shí)，保護(hù)電極層20可具有在5 ii m以下的厚度，并且優(yōu)選為2-3 u m。液體可從在發(fā)射器表面75處的通道65的孔ロ 55被發(fā)射。對(duì)于多電噴霧發(fā)射器裝置，許多孔ロ 55可同時(shí)或根據(jù)具體所需模式從發(fā)射器表面75發(fā)射液體?？刂齐姌O50可嵌在所述片40內(nèi)，并且在通道65周?chē)纬伞？刂齐姌O50可與通道65隔開(kāi)由箭頭B指示的距離。而且，控制電極50可封閉在電噴霧發(fā)射器內(nèi)，并且與發(fā)射器表面75隔開(kāi)由箭頭A指示的距離。圖I中示出的實(shí)施方案中，控制電極50與非潤(rùn)濕性層接觸，并且還被其覆蓋?？商娲?，控制電極50可嵌在電噴霧發(fā)射器10的其他層內(nèi)，或形成片40的層內(nèi)。使控制電極50與發(fā)射器表面75隔開(kāi)有助于更容易清潔和維護(hù)裝置，并提供無(wú)高電壓電極的暴露的發(fā)射器表面75。然而,在可替代的實(shí)施方案中，控制電極50可暴露在發(fā)射器表面75上。控制電極50可以如下方式控制電噴霧?？梢詫⑹沟媚馨l(fā)生電噴霧的電壓以上的電壓施加到充電電極80。然而，施加相同信號(hào)的電壓到控制電極則可防止電噴霧發(fā)生。例如，1800V的電壓可被施加到充電電極80，并且300V的電壓可被施加到控制電極50。這些條件下并且利用特別配置的發(fā)射器和液體，由于帶電控制電極50與孔ロ 55接近而防止發(fā)射，因此電噴霧不發(fā)生。減小控制電極50上的電壓到0V，例如(或施加負(fù)電壓)，則可允許電噴霧開(kāi)始。這些是針對(duì)特定配置的示例性電壓，并且可使用不同的布置。而且，可施加各種波形到充電電極80和/或控制電極50，以提供不同的電噴霧模式。具有各種不同性質(zhì)(如，粘度)的不同液體可能需要不同的電壓。恒定電壓，例如300V，可被施加到保護(hù)電極20(優(yōu)選為導(dǎo)體)。這改善了電噴霧發(fā)射器與可形成在同一所述片40上的任何附近的電噴霧發(fā)射器的電隔離。而且，可改變施加到保護(hù)電極的電壓，以改變裝置的特性?？蛇x實(shí)施方案可包括改變距離A’對(duì)B的比率。改變?cè)摫嚷士杀苊馀c接收電噴霧液體的任何表面的相互作用。這種接收表面還可放在離孔ロ 55不同距離處，例如l-2mm。對(duì)于硅基裝置，電極可由非晶硅形成，或由摻雜エ序形成。電極之間的絕緣區(qū)域可由氧化硅形成。已知的圖案化和蝕刻技術(shù)可用來(lái)制造電噴霧發(fā)射器10或發(fā)射器的陣列。
圖Ia示出沒(méi)有保護(hù)電極層20的可替代實(shí)施方案。該實(shí)施方案中，非潤(rùn)濕性或絕緣體層30得以完全暴露。作為另外的可替代方案，非潤(rùn)濕性或絕緣體層30可不存在。該情形中，控制電極50可被暴露、部分暴露或嵌入片40內(nèi)。圖2示出可替代的電噴霧發(fā)射器100。類(lèi)似特征已被提供以與圖I中那些相同的附圖標(biāo)記，并且不再描述。該實(shí)施方案與圖I中示出的類(lèi)似，除了通過(guò)片40和非潤(rùn)濕性層30的通道65’朝著發(fā)射器表面75中的孔ロ 55逐漸變細(xì)。因此，通道65’可為例如截頭錐形。該逐漸變細(xì)或變窄的孔ロ 55提供改善的高頻電噴霧發(fā)射(受益于較小的孔ロ55)，同時(shí)由于通道65’的較寬的開(kāi)ロ或液體供應(yīng)入口，而減小了來(lái)自液體導(dǎo)管85的液體流動(dòng)通過(guò)通道65’的液壓阻杭。盡管圖2中示出逐漸變細(xì)的通道65’，具有比液體供應(yīng)入口直徑E更小的孔ロ 55直徑D的其他結(jié)構(gòu)的通道65也可具有益處。如圖2中所示，進(jìn)入通道65的液體可能已通過(guò)在通道外側(cè)的充電電極(ー個(gè)或多個(gè))80而帶電。然而，液體充電電 極(ー個(gè)或多個(gè))80或者可設(shè)置在通道65’內(nèi)。圖3示出從發(fā)射器表面75觀察的圖I或圖2中所示電噴霧發(fā)射器的陣列的平面圖。該實(shí)施例中保護(hù)電極20延伸跨越發(fā)射器表面75。然而，非潤(rùn)濕性表面30可在每個(gè)孔ロ 55周?chē)┞叮⒒蛘弑槐Ｗo(hù)電極20覆蓋。通過(guò)片40的孔ロ 55以行的形式來(lái)形成，所述行可以是錯(cuò)位的行，以改善接收表面上液滴的分辨率。然而，可使用其他陣列結(jié)構(gòu)。該圖中未示出電連接。圖4示出另外的示例性電噴霧發(fā)射器200的橫截面示意圖。該圖按比例繪制。該實(shí)施例中的通道65’為截頭錐形或逐漸變細(xì)的。然而，控制電極50與發(fā)射器表面75齊平，并且對(duì)環(huán)境開(kāi)ロ，并且形成直至孔ロ 55的邊緣。而且，控制電極與非潤(rùn)濕性層30水平。該圖中未示出液體導(dǎo)管。然而，液體可從液體供應(yīng)入口被引入到通道65’。非潤(rùn)濕性層30(該實(shí)施例中為FEP)的厚度為12.5pm，并且從示出該特定示例裝置的比例繪圖中可衍生出其他特征的合適尺寸。圖4可用于非導(dǎo)電性流體，并且具有逐漸變細(xì)或非逐漸變細(xì)的通道。圖5示出電噴霧發(fā)射器10的陣列的平面圖?？抓?55以行和列的形式示出，其之一由線(xiàn)A-A標(biāo)識(shí)。電噴霧發(fā)射器10的行錯(cuò)位，以允許在單個(gè)電噴霧發(fā)射器10之間設(shè)置電連接。圖6示出電噴霧發(fā)射器10陣列的表面上，或嵌入該裝置中的電連接的結(jié)構(gòu)。每個(gè)電連接允許單個(gè)電噴霧發(fā)射器10単獨(dú)或獨(dú)立地受控制。裝置的小部分標(biāo)記為區(qū)域300。圖7示出圖6的區(qū)域300的放大視圖，并且含有十二個(gè)單個(gè)電噴霧發(fā)射器10，每個(gè)具有孔ロ 55。圖7中示出的電連接320連接到每個(gè)控制電極50。這些電連接320布置為電噴霧發(fā)射器10之間的光柵圖案。電連接320和控制電極50可位于發(fā)射器表面75上，或嵌入裝置內(nèi)。圖8-10示出可使用壓紋、澆鑄或注模技術(shù)制作的示例性電噴霧發(fā)射器的示意圖。圖8示出另外的示例性電噴霧發(fā)射器400的部分的示意性橫截面圖。該實(shí)施例中，非潤(rùn)濕性層由層壓在Kapton基片140上的兩層FEP30U30形成?？商鎿Q地，可使用單層的FEP或其他非潤(rùn)濕性材料。一旦形成層壓結(jié)構(gòu)，孔ロ 55可通過(guò)非潤(rùn)濕性層(ー層或多層)30、130壓紋。凹槽170可通過(guò)頂部非潤(rùn)濕性層30形成，或在單個(gè)非潤(rùn)濕性層的情形中，部分通過(guò)該層形成。圖8的橫截面視圖中，該凹槽170呈環(huán)的形式。凹槽可延伸以與陣列中的其他發(fā)射器連通。凹槽170底部中的金屬層50’可引入(如,通過(guò)蒸發(fā))以形成控制電極。凹槽170中的金屬層50’可通過(guò)用合適的填料，如光刻膠(如SU8)填充凹槽170的剰余部分來(lái)嵌入?？赏ㄟ^(guò)從下側(cè)(從圖8中所示的底部)激光燒蝕產(chǎn)生通道165來(lái)與孔ロ 55連通。激光燒蝕可用來(lái)形成錐形通道165。圖9示出另外的示例性電噴霧發(fā)射器420的部分的示意性橫截面圖。該實(shí)施例具有與參考圖8所描述的類(lèi)似結(jié)構(gòu)。然而，該實(shí)施例中孔ロ 55和凹槽170兩者均通過(guò)非潤(rùn)濕性層30 (如FEP)的壓紋至基片140 (如Kapton)的表面(即到這兩個(gè)層之間的界面)來(lái)形成。因此，該實(shí)施例更多地取決于界面(如，F(xiàn)EP/Kapton)的整體性，以防止電擊穿，但更容易制作。圖10示出另外的示例性電噴霧發(fā)射器430的部分的示意性橫截面圖。該實(shí)施例 中，基片與非潤(rùn)濕性層合并為FEP的單一片材料440。凹槽170’是從下側(cè)形成的(如，通過(guò)壓紋)，即與電噴霧表面(如圖10中所示的較低部分)相反的側(cè)。而且，孔口和通道265在單個(gè)壓紋步驟中形成，該步驟可與形成凹槽170’的壓紋步驟合井。通道/孔ロ 170’在該圖中示為錐形，但可替換地可具有直邊?；蛘?，凹槽170可形成在與電噴霧表面相同的一偵1K任一種情形中，凹槽170底部中的金屬層50’可被引入(如通過(guò)蒸發(fā))，以形成控制電極。凹槽170中的金屬層50’可通過(guò)用合適的填料，如光刻膠(如SU8)，填充凹槽170的剩余部分而被嵌入。圖8-10中所示的實(shí)施例中，液體導(dǎo)管85可形成在這些圖中所示的電噴霧部件與歧管(未在這些圖中示出)之間。該液體導(dǎo)管85可與通道165、265連通，以供應(yīng)液體到電噴霧發(fā)射器400、420、430。該歧管可采取獨(dú)立于形成液體導(dǎo)管85的基片140的板或蓋的形式。圖8-10中所示實(shí)施例相對(duì)于前文實(shí)施例，即層疊結(jié)構(gòu)裝置，的優(yōu)點(diǎn)包括控制電極50’可嵌入裝置內(nèi)，使其更耐電擊穿。這允許控制電極50’放置為更接近孔ロ 55，這將減小產(chǎn)生足夠的電場(chǎng)所需的電壓。這還簡(jiǎn)化了所需的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備。層疊結(jié)構(gòu)實(shí)施例可能更容易在層之間的界面處被擊穿。在嵌入實(shí)施例中，沒(méi)有將電極連接到流體的界面。圖8-10中所示實(shí)施例的制作可得以進(jìn)ー步簡(jiǎn)化。這些裝置可由非潤(rùn)濕性含氟塑料材料(如FEP或類(lèi)似物)來(lái)制作。層疊結(jié)構(gòu)實(shí)施例可包括FEP的層或Kapton (或其他基片材料)的層一一這兩種材料類(lèi)型可能要求不同的過(guò)程來(lái)產(chǎn)生孔ロ 55和通道65。例如，激光切割FEP可能是困難的。然而，Kapton的激光切割可能是簡(jiǎn)單的。使用壓紋、澆鑄或注模技術(shù)制作裝置提供若干額外的優(yōu)點(diǎn)電子軌道(尤其是用在電噴霧發(fā)射器的陣列中)可形成為凹槽170—一這些可被金屬化(如通過(guò)蒸發(fā))，并填充另ー種高擊穿材料(如SU8抗蝕劑)。頂表面上的任何金屬可然后被蝕刻棹，以留下期望的圖案。這減少了對(duì)通過(guò)光刻使電極形成圖案的需要，光刻可能是更昂貴并且復(fù)雜的過(guò)程。孔ロ 55可由模具限定，并因此改善了孔ロ 55形狀的限定。這些優(yōu)點(diǎn)可簡(jiǎn)化生產(chǎn)并提高質(zhì)量和產(chǎn)率。
圖11示出制作電噴霧發(fā)射器陣列的方法的步驟(a_e)的示意圖。步驟a中，使用光刻法，使電路510在基片500 (例如Kapton)上圖案化。在步驟b中使用激光鉆孔(或其他鉆孔)通過(guò)基片500鉆洞或孔520。施加光刻膠(如SU8) 530到基片500，并填充或部分填充激光鉆孔520 (步驟c)。使用光刻技術(shù)通過(guò)光刻膠530蝕刻噴嘴或通道565 (步驟d)。與在步驟b中的激光鉆孔相比，這提供了對(duì)孔的更精細(xì)的容差?？稍谕ǖ?65中的開(kāi)ロ或孔ロ的周?chē)┘涌蛇x的非潤(rùn)濕性層570 (步驟e)。針對(duì)非導(dǎo)電的液體或墨，可施加金屬涂層到通道565的內(nèi)側(cè)表面。圖12示出帶液體歧管585的所得組裝裝置完成品的示意圖。該圖中未示出電連接。
圖13示出制作電噴霧發(fā)射器的陣列的另一方法的步驟(a-d)的示意圖。步驟a中，再次使用光刻法使電路510在基片500 (如Kapton)上圖案化。該過(guò)程期間，可在基片500的相反側(cè)上使另外的電路、特征或掩模600圖案化。施加光刻膠(如SU8)或其他聚合物層530’到基片500，而無(wú)任何鉆洞或孔。使用電路或特征600作為掩模，燒蝕(如通過(guò)激光燒蝕)噴嘴或通道565穿過(guò)層530和基片500。該燒蝕限定通道565的大小和位置。在步驟d，可在通道565中的開(kāi)ロ或孔ロ周?chē)┘涌蛇x的非潤(rùn)濕性層570 (在燒蝕步驟之前或之后)。圖14示出帶有液體歧管585的所得組裝裝置完成品的示意圖。該圖中未示出電連接。兩種方法的電路510均可為裝置的內(nèi)部電極層。對(duì)以上實(shí)施方案的特征的許多組合、變更或改變對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的，并且將形成本發(fā)明的一部分。如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的，以上實(shí)施方案的細(xì)節(jié)可以變化，而不偏離本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。例如，層的相對(duì)厚度和尺寸可以改變。片可為諸如硅的半導(dǎo)體基片。任何實(shí)施方案的通道可為逐漸變細(xì)的或非逐漸變細(xì)的。發(fā)射器表面不必須為平坦的，或者可為光滑或無(wú)特征的或不存在凸起的。發(fā)射器表面不必須延伸在整個(gè)片上，而可至少部分地延伸在片上，或在片的部分上。片可為但不是必須為平面的。下方的電極支撐結(jié)構(gòu)層可含有嵌入的控制電極50。該電極支撐結(jié)構(gòu)可形成基片40的全部或部分，并且可為幾十個(gè)厚。影響該尺寸的設(shè)計(jì)要求可為針對(duì)機(jī)械穩(wěn)定性的層的剛性。保護(hù)電極20可進(jìn)ー步増加機(jī)械穩(wěn)定性。一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)元件可形成電極支撐結(jié)構(gòu)30 ii m厚Kapton層，其沒(méi)有嵌入的電極；以及 90 y m厚度的單獨(dú)的PCB層結(jié)構(gòu)。嵌入的電極50的厚度可為幾個(gè)ym,如 5 iim,并且在一個(gè)實(shí)施例中，厚度為38 y m?？抓砜删哂性趲资畟€(gè)Pm范圍內(nèi)的尺寸。優(yōu)選地，它們的直徑可在30iim到50iim的范圍內(nèi)，但也可大至IOOiim,例如。可選地,系統(tǒng)可利用小至 m的孔ロ直徑操作,然而，這樣的小直徑孔ロ可能會(huì)遭受堵塞。控制電極50的直徑可取決于電噴霧發(fā)射器10的陣列的節(jié)距。控制電極50可具有與以下條件相匹配的最小直徑，該最小直徑比電噴霧發(fā)射器10的孔ロ 55大，同時(shí)防止通過(guò)非導(dǎo)電的電極支撐結(jié)構(gòu)或基片40放電。例如，可使用具有IOOiim電極寬度的400 iim直徑控制電極55。在更高節(jié)距密度的電噴霧陣列中，電極直徑可為比孔ロ 55大 20iim，如50到70 ii m直徑?？刂齐姌O55寬度可在10到20 y m的范圍，例如。流體性質(zhì)可與我們?cè)谏暾?qǐng)人較早申請(qǐng)(即，EP06820456. 9和EP08750639. 0)中已確認(rèn)的那些相似。已經(jīng)測(cè)試的流體具有表I中所示的性質(zhì)。表I
權(quán)利要求
1.ー種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器，包括 片，所述片具有通到在沿所述片延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔ロ的通道； 充電電扱，所述充電電極可耦接到電源，并布置為將電荷施加到通入所述通道中的液體；以及 控制電極，所述控制電極接近所述通道，用于控制電噴霧發(fā)射。
2.權(quán)利要求I所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述控制電極與所述發(fā)射器表面間隔開(kāi)。
3.權(quán)利要求I或2所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述控制電極至少部分地圍繞所述通道。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述控制電極嵌入所述片中。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的電噴霧發(fā)射器，還包括在所述片的所述發(fā)射器表面上的非潤(rùn)濕性層。
6.權(quán)利要求5所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述非潤(rùn)濕性層為含氟聚合物材料。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的電噴霧發(fā)射器，還包括固定到所述發(fā)射器表面的保護(hù)電極。
8.權(quán)利要求7所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述保護(hù)電極圍繞所述通道。
9.權(quán)利要求8的在引用權(quán)利要求5或6時(shí)的所述電噴霧發(fā)射器，其中所述非潤(rùn)濕性層在所述保護(hù)電極和所述片之間，進(jìn)一歩地其中所述非潤(rùn)濕性層圍繞所述孔ロ暴露出。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述控制電極與所述通道間隔開(kāi)。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述通道朝向所述發(fā)射器表面上的所述孔ロ逐漸變細(xì)。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的電噴霧發(fā)射器，還包括兩個(gè)或更多個(gè)通道，每個(gè)所述通道具有對(duì)應(yīng)的控制電扱。
13.ー種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器，包括 片，所述片具有通到在沿所述片延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔ロ的通道；以及 非潤(rùn)濕性層，所述非潤(rùn)濕性層施加到所述片的所述發(fā)射器表面。
14.ー種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器,包括 片，所述片具有通到在沿所述片延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔ロ的通道； 充電電極，所述充電電極可耦接到電源，并且布置為將電荷施加到通入所述通道中的液體；以及 保護(hù)電極，所述保護(hù)電極施加到所述發(fā)射器表面。
15.權(quán)利要求14所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述保護(hù)電極圍繞所述通道。
16.權(quán)利要求14或15所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述保護(hù)電極與所述片的所述發(fā)射器表面上的所述孔ロ間隔開(kāi)。
17.ー種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器，包括 片，所述片具有通到在沿所述片延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔ロ的通道，所述通道具有液體供應(yīng)入ロ ；以及 在所述通道外側(cè)的充電電極，所述充電電極可耦接到電源并布置為將電荷施加到通入所述通道中的液體， 其中所述孔ロ比所述通道的所述液體供應(yīng)入ロ更窄。
18.權(quán)利要求17所述的電噴霧發(fā)射器，其中所述通道為逐漸變細(xì)的。
19.權(quán)利要求1-18之任一項(xiàng)所述的電噴霧發(fā)射器的陣列。
20.一種制造電噴霧發(fā)射器的方法，包括以下步驟 提供片； 穿透所述片，以形成通到在沿所述片延伸的平坦表面上的孔ロ的通道； 提供在所述片中接近所述通道的凹槽； 利用導(dǎo)體部分地填充所述凹槽，以形成電極；以及 將所述電極密封在所述凹槽內(nèi)。
21.權(quán)利要求20所述的方法，其中所述片中的所述凹槽和/或通道通過(guò)任意的壓紋、澆鑄或注模來(lái)提供。
22.權(quán)利要求20或21所述的方法，其中所述片由非潤(rùn)濕性材料形成。
23.權(quán)利要求20或21所述的方法，其中所述片由非潤(rùn)濕性材料層與基片層的疊層形成。
24.權(quán)利要求23所述的方法，其中在所述非潤(rùn)濕性材料層中提供所述凹槽。
25.根據(jù)權(quán)利要求20-24之任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述片中與所述孔ロ相反的側(cè)上提供所述凹槽。
26.—種制造電噴霧發(fā)射器的方法，包括以下步驟 鉆孔穿過(guò)基片； 利用光刻膠層涂覆所述基片以填充所述孔； 使用光刻法在所述孔中產(chǎn)生穿過(guò)所述光刻膠層的通道；以及 形成歧管，所述歧管布置為向所述通道供應(yīng)液體。
27.一種制造電噴霧發(fā)射器的方法，包括步驟 利用光刻法將圖案施加到基片； 利用聚合物層涂覆所述基片； 使用所施加的圖案作為掩模，燒蝕穿過(guò)所述基片和所述聚合物層的通道；以及 形成歧管，所述歧管布置為向所述通道供應(yīng)液體。
28.權(quán)利要求26或27所述的方法，還包括圍繞所述通道的開(kāi)ロ施加非潤(rùn)濕性層的步驟。
全文摘要
一種用于發(fā)射液體的電噴霧發(fā)射器(10)，包括片(40)，所述片具有通向在沿所述片(40)延伸的平坦發(fā)射器表面上的孔口(55)的通道(65)?？神罱拥诫娫床⒉贾脼閷㈦姾墒┘拥酵ㄈ胨鐾ǖ?65)中的液體的充電電極(80)。接近所述通道(65)用于控制電噴霧發(fā)射的控制電極(50)，所述控制電極可嵌在所述片中。非潤(rùn)濕性層或絕緣層(30)可施加到所述片。
文檔編號(hào)B05B5/025GK102655940SQ201080057582
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者約翰·P·W·施塔克, 馬克·理查德·謝潑德 申請(qǐng)人:瑪麗皇后與西田學(xué)院