本實用新型涉及一種液滴噴頭裝置，具體涉及到一種仿纖毛式高精度納米微滴噴頭裝置。

背景技術：

微滴噴射技術是通過外力作用使得液體以微滴的形式從噴嘴中射出的技術，噴射的液滴體積十分精準，一般可達納升至微升量級，甚至可達皮升量級，該技術具有分辨率高、結構簡單、適用材料范圍廣等特點，應用范圍廣實用性強具有廣闊的應用前景。

微滴噴射的技術關鍵取決于微滴噴頭，目前典型的微滴噴射技術原理有氣動式、機械式、熱泡式、壓電式等：

1）氣動式微滴噴頭通過控制噴頭內(nèi)的壓縮氣體，給料管或針管的液體材料一個壓力作用實現(xiàn)定量噴射。該噴頭適用于廣泛的液體材料，噴射液滴的直徑取決于壓縮氣體對液體材料作用壓力大小和作用時間長短。但噴射過程中壓縮氣體體積增大導致壓強減小，氣體存在的滯后性和可壓縮性會導致液體材料在噴嘴的噴射滯后，響應速度變慢，一致性也發(fā)生變化，同時難以保證較高的精度；

2）機械式微滴噴頭通過機械運動（活塞等運動）將噴頭里的液體材料擠出并噴射至基板上，液滴大小和擠出速度受到噴口直徑和機械運動的影響，適用于高粘度液體的噴射，但由于噴頭腔體中有運動部件，噴頭內(nèi)部存在機械磨損和沖擊，液體材料可能發(fā)生性質(zhì)變化；

3）熱氣泡式微滴噴頭通過噴頭局部加熱產(chǎn)生熱氣泡，氣泡壓力作用液滴噴出，該方法受材料限制較大，噴射材料在加熱過程中對化學或物理性質(zhì)的有一定影響，從而影響噴射精度；

4）壓電式微滴噴頭通過電壓脈沖使壓電晶體產(chǎn)生位移或機械振動，導致噴頭針管內(nèi)部壓力改變，產(chǎn)生的壓力使得液體材料克服其表面張力并噴出，但壓電晶體振動幅度為微米級，無法實現(xiàn)納米級液滴噴射，且噴射液滴頻率無法大范圍變化。

目前的微滴噴頭均無法實現(xiàn)穩(wěn)定納米級微滴噴射，且存在噴射過程中形成的液滴直徑均大于噴嘴直徑，無法噴射小于等于噴嘴直徑的液滴等缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種仿纖毛式高精度納米微滴噴頭裝置，以解決當前液滴噴射精度較低、及當前噴頭噴射液滴均存在的液滴直徑大于噴頭直徑的問題。

本實用新型采取的技術方案是：聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴安裝在支架下部，所述磁場線圈安裝在支架上并位于對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴上方，聚焦超聲換能器安裝在支架上、且位于磁場線圈上，所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴主體下方內(nèi)壁上有仿生纖毛，主體上方為儲液腔。

所述的仿生纖毛的結構是：磁性粉末與有機硅樹脂固定連接，有機硅樹脂連接在聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴主體內(nèi)表面上，氧化石墨烯包覆在有機硅樹脂表面，氧化石墨烯表面有官能團。

所述仿生纖毛高度為1-50um，直徑為500-1000nm，每平方毫米面積上仿生纖毛陣列的數(shù)目為100-10000。

所述氧化石墨烯厚度為5-50nm。

本實用新型的優(yōu)點是結構新穎，通過交變磁場控制磁性粉末的擺動，實現(xiàn)噴射液體材料進行納米級運動，非接觸式聚焦超聲提供微滴動力提高噴射速度，極大提高了微滴噴射精度；交變磁場和聚焦超聲頻率易于改變，在一定范圍內(nèi)易于通過改變交變磁場頻率和聚焦超聲頻率改變微滴噴射頻率和噴射速率，實現(xiàn)高效率高精度液滴噴射；解決當前噴頭噴射液滴直徑大于噴頭直徑的問題，本實用新型噴頭裝置噴射的液滴直徑小于噴頭直徑，提高打印精度；適用材料范圍廣，交變磁場和聚焦超聲強度均較低，對材料性質(zhì)基本無影響，可用于電化學電解液、細胞懸浮液、低粘度光敏樹脂等一切低粘度液滴材料的噴射。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴的結構示意圖；

圖3是圖2的I部放大圖；

圖4是本實用新型仿生纖毛模具的結構示意圖；

圖5是本實用新型仿生纖毛模具纖毛孔的結構示意圖。

具體實施方式

聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴1安裝在支架2下部，所述磁場線圈3安裝在支架2上并位于對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴1上方，聚焦超聲換能器4安裝在支架2上、且位于磁場線圈3上，所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴1主體101下方內(nèi)壁上有仿生纖毛，主體101上方為儲液腔；

所述的仿生纖毛的結構是：磁性粉末103與有機硅樹脂105固定連接，有機硅樹脂連接在聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴主體101內(nèi)表面上，氧化石墨烯102包覆在有機硅樹脂105表面，氧化石墨烯102表面有官能團104。

所述仿生纖毛高度為1-50um，直徑為500-1000nm，每平方毫米面積上仿生纖毛陣列的數(shù)目為100-10000。

所述氧化石墨烯厚度為5-50nm。

仿生纖毛能夠在磁場線圈3產(chǎn)生的交變磁場的下實現(xiàn)來回擺動，且不與噴射液體材料黏附，并將其推入聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴1底部，并由聚焦超聲換能器提供動力對微滴進行運動加速，直至噴出。

所述的仿生纖毛是由下列步驟制得的：

（1）將磁性粉末和有機硅樹脂按照質(zhì)量比1:1-1:3進行混合，所述磁性粉末為直徑50-200nm的鈷；

（2）將溶劑二甲苯按和有機硅樹脂質(zhì)量比1：0.1~1.5加入步驟（1）中的混合物中，并使用超聲分散器在150-200W功率下進行超聲分散6-10min，使用機械攪拌器在1200-1500r/min轉(zhuǎn)速攪拌10-30min，加入有機硅樹脂質(zhì)量10%-20%的硅氧烷并繼續(xù)攪拌5-10min得到磁性粉末有機硅樹脂懸濁液；

（3）將步驟（2）所得的磁性粉末有機硅樹脂懸濁液包覆于模板上并填充在模板孔洞中，并壓入聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴主體中，并置于3000-8000GS的均勻磁場中誘導磁性粉末進行自組裝過程，并在60-75℃固化6-12小時，使其均勻分布于聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴主體內(nèi)壁，后置于95-120℃熱水中溶解模板，得到固化磁性粉末有機硅樹脂；

（4）對步驟（3）所得固化磁性粉末有機硅樹脂進行空氣氛輝光等離子體輻照，使其表面活化后用無水乙醇清洗3-5遍并在50-80℃環(huán)境下烘干，得到活化磁性粉末有機硅樹脂；所述的空氣氛輝光等離子體的操作參數(shù)為：80-120V電壓，1.0-2.0A電流；所述輻照采用14W的200-300nm的紫外光線輻照8-16h；

（5）將步驟（4）中所得活化磁性粉末有機硅樹脂浸于經(jīng)官能團修飾的氧化石墨烯溶液中30-60s，隨后以1.0-15cm/min的速度拉出并置于8000-15000GS的均勻磁場中，60-70℃烘干處理，此過程重復3-5次，在活化磁性粉末有機硅樹脂表面包覆經(jīng)官能團修飾的氧化石墨烯，得到不穩(wěn)定仿生纖毛；

（6）將步驟（5）所得的不穩(wěn)定仿生纖毛置于14W的350nm紫外光線下照射10-24h，得到穩(wěn)定的仿生纖毛。

所述的經(jīng)官能團修飾的氧化石墨烯溶液的制備方法，包括以下步驟：

（1）對于極性液體，官能團為異氰酸酯；

（a）將干燥的氧化石墨烯加入質(zhì)量比為1:1~5二甲基酰胺中，然后加入和氧化石墨烯質(zhì)量比為1:0.2~0.5的苯，將混合物置于不銹鋼反應釜中加熱至90℃反應0.5-2h；

（b）將以上步驟（a）所得倒入三氯乙烯，過濾、洗滌，并重復該步驟5次；

（c）將以上步驟（b）所得置于真空烤箱中60℃干燥即可得異氰酸酯修飾的氧化石墨烯；

（d）將以上步驟（c）所得的異氰酸酯修飾的氧化石墨烯溶于乙醇中，得到經(jīng)官能團修飾的氧化石墨烯溶液；

（2）對于非極性液體，官能團為丙烯胺；

（a）將氧化石墨烯溶于水中，加入氧化石墨烯與丙烯胺質(zhì)量比為1:2~6的丙烯胺乙醇溶液，并將混合物置于不銹鋼反應釜中加熱至90℃反應0.5-2h；

（b）將以上步驟（a）中所得使用50%的酒精溶液清洗5次后使用丙酮清洗1次；

（c）將以上步驟（b）中所得置于真空烤箱60℃干燥即可得丙烯胺修飾的氧化石墨烯；

（d）將以上步驟（c）所得丙烯胺修飾的氧化石墨烯溶于水中，得到經(jīng)官能團修飾的氧化石墨烯溶液。

所述的模板為聚乙烯醇聚合物制造的多孔的圓臺型結構，可溶解于95℃以上熱水，模板側(cè)面錐度與聚對苯二甲酸乙二醇酯噴嘴主體錐度相同。