专利摘要

本发明涉及磁力搅拌微喷头以及微纳米直写平台，在现有微喷头的结构基础上设置磁力搅拌装置，实现了出料口处由磁力搅拌溶液的技术效果，在溶液搅拌的前提下，解决了静电喷雾工作过程中聚合物溶液易于沉淀，聚合物溶剂不易于挥发等问题。

权利要求

1.一种磁力搅拌微喷头，包括一壳体，其特征在于，该壳体上设有泵液系统以及搅拌系统：

该泵液系统包括相互连通的进液管以及出液管，以及包括一液泵；

该进液管具有一进液口，该进液口上设有一单向流入的第一单向阀；该出液管具有一出液口，该出液口上设有一单向流出的第二单向阀，且通过该第二单向阀连通有一喷针；

该液泵连通至该进液管，以用于驱动进液口进液以及出液口出液；

该搅拌系统包括旋转电机、磁铁安装盘、活动磁铁以及磁力搅拌装置；该磁力搅拌装置设于该出液口位置，该旋转电机安装于该壳体上；该活动磁铁设于该磁铁安装盘上，且设于靠近磁力搅拌装置的位置；而后该磁铁安装盘与该旋转电机的输出轴传动连接，以在后者的驱动下绕一旋转轴线转动。

2.根据权利要求1所述的磁力搅拌微喷头，其特征在于：该进液管的进液口上设有一进液支管，该第一单向阀设于该进液支管上，进而通过该进液支管设于该进液口上；

该出液管的出液口上设有一出液支管，该第二单向阀设于该出液支管上，且该喷针设于该出液支管背离出液口的一端；

该磁力搅拌装置套设于该出液支管上。

3.根据权利要求2所述的磁力搅拌微喷头，其特征在于：该磁力搅拌装置包括磁力搅拌子以及搅拌子底座；该磁力搅拌子安装于该搅拌子底座上，且该搅拌子底座套设于该出液支管上且被固定设置。

4.根据权利要求1所述的磁力搅拌微喷头，其特征在于：该液泵为一活塞泵，该活塞泵、进液管以及出液管依次连通；该进液口设于该进液管上背离出液管的一端，该出液口设于该出液管上背离进液管的一端。

5.根据权利要求1所述的磁力搅拌微喷头，其特征在于：该壳体包括相互扣合的第一保护罩以及第二保护罩；该搅拌系统设于该壳体内，该进液管以及出液管设于该壳体内，该液泵穿过该壳体的壁面以设于该壳体外。

6.根据权利要求1所述的磁力搅拌微喷头，其特征在于：还包括加热片，该加热片设于该出液管上，以对溶液进行加热。

7.根据权利要求6所述的磁力搅拌微喷头，其特征在于：该加热片为硅胶加热片，该出液管的外壁上设有夹层，该硅胶加热片卷成圆柱形放置在出液管的夹层中。

8.根据权利要求1所述的磁力搅拌微喷头，其特征在于：该活动磁铁为条形磁铁，该条形磁铁有八条，以旋转轴线为轴线均布，构成四组磁极对。

9.根据权利要求9所述的磁力搅拌微喷头，其特征在于：该条形磁铁距该旋转轴线的距离为15cm。

10.一种微纳米直写平台，包括X-Y二维运动平台、高压电源、精密注射泵、收集板以及图形发生器，其特征在于，还包括权利要求1-9任一权利要求所述的磁力搅拌微喷头，精密注射泵与液泵相连接，该磁力搅拌微喷头设于该X-Y二维运动平台上，该收集板以及喷针分别与高压电源的两极电连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于近场静电喷雾技术的微喷头，尤其是涉及一种具有对静电喷雾所用溶液磁力搅拌功能的磁力搅拌微喷头以及具备该微喷头的微纳米直写平台。

背景技术

随着纳米技术的迅猛发展，电喷雾技术逐渐被应用到微、纳米材料的制备中，利用这一技术可以制备纳米薄膜、纳米纤维、纳米管、纳/微米包囊、量子点等多种结构的纳米材料，广泛应用于化学分析、过滤膜、生物材料、传感器、微电子器件、符合增强材料等。用传统的喷头加接收极的静电喷雾装置在制备微米及纳米颗粒，由于装置过于简单，已经很难完成制备要求。比如，粒径均匀性控制、喷口低电压要求，颗粒收集前处理等都受到极大的限制。尤其在医药行业，使用友好高分子溶液载药，经静电喷雾干燥，可以制备多样化、可控的载药模型，从而使静电喷雾技术得到极大关注。而其他行业如汽车、家用电器、测量仪器等外壳的喷涂工业生产中，奶粉、食品、药物粉末颗粒的制备，以及对农作物农药喷洒等诸多领域，也使静电喷雾技术作为一种关键的技术被广泛研发。

静电喷雾装置通常由静电喷头，高压电源和接收装置等三部分组成。静电喷雾使用具有较小粘度的非牛顿流体(如玻璃浆料溶液)作为喷射物体，其工作原理是：聚合物溶液被输送至一带高压的毛细管尖端时，在收集板和喷头之间会产生静电场，并且在电场力的作用下毛细管尖端处的溶液被拉伸，形成泰勒锥。如果电场强度足够大，静电力超过液滴表面张力时，液滴会发生破裂产生喷雾。从喷雾射出的微纳液滴带有相同极性的电荷。液滴间的排斥力以及静电力，促使液滴继续细化，从而形成了喷雾锥体。通过调节聚合物溶液的粘度和液滴表面张力等因素，可以控制产物的形貌，使其形成球状颗粒。目前，静电喷雾的建模仿真以及静电喷雾装置的研发已经取得很多成果，这为静电喷雾的实验的设计提供了充分的实验条件和理论依据，有利于静电喷雾技术向良好的方向发展。

然而，利用电喷雾技术制备微、纳米材料的技术上仍然存在一些问题，比如，(1)对控制微粒的形状、分布、粒度、性能等技术的研究还很不够；纳米微粒的收集、存放也是急待解决的问题。(2)静电喷雾所用溶液多为固液混合态，例如所用的玻璃浆料溶液，静电喷雾过程比较缓慢，溶液流量很小，所用时间经常长达数个小时，所以在工作过程中非常容易产生沉淀现象，从而影响薄膜的质量。(3)近场的静电喷雾装置与收集板之间距离较短，使得聚合物中的溶剂很难在喷射工程中挥发完全，故很难获得几十纳米的微纳米结构。

因此，在电喷雾设备中，引入搅拌功能，实现微粒控制、壁面混合液沉淀以及提高喷射效果，十分必要。

发明内容

本发明旨在提供一种磁力搅拌微喷头，以解决现有静电喷雾工作过程中聚合物溶液易于沉淀，聚合物溶剂不易于挥发等问题。

具体方案如下：一种磁力搅拌微喷头，包括一壳体，其特征在于，该壳体上设有泵液系统以及搅拌系统：该泵液系统包括相互连通的进液管以及出液管，以及包括一液泵；该进液管具有一进液口，该进液口上设有一单向流入的第一单向阀；该出液管具有一出液口，该出液口上设有一单向流出的第二单向阀，且通过该第二单向阀连通有一喷针；该液泵连通至该进液管，以用于驱动进液口进液以及出液口出液；该搅拌系统包括旋转电机、磁铁安装盘、活动磁铁以及磁力搅拌装置；该磁力搅拌装置设于该出液口位置，该旋转电机安装于该壳体上；该活动磁铁设于该磁铁安装盘上，且设于靠近磁力搅拌装置的位置；而后该磁铁安装盘与该旋转电机的输出轴传动连接，以在后者的驱动下绕一旋转轴线转动。

进一步的，该进液管的进液口上设有一进液支管，该第一单向阀设于该进液支管上，进而通过该进液支管设于该进液口上；该出液管的出液口上设有一第二出液管，该第二单向阀设于该第二出液管上，且该喷针设于该第二出液管背离出液口的一端；该磁力搅拌装置套设于该第二出液管上。

进一步的，该磁力搅拌装置包括磁力搅拌子以及搅拌子底座；该磁力搅拌子安装于该搅拌子底座上，且该搅拌子底座套设于该第二出液管上且被固定设置。

进一步的，该液泵为一活塞泵，该活塞泵、进液管以及出液管依次连通；该进液口设于该进液管上背离出液管的一端，该出液口设于该出液管上背离进液管的一端。

进一步的，该壳体包括相互扣合的第一保护罩以及第二保护罩；该搅拌系统设于该壳体内，该进液管以及出液管设于该壳体内，该液泵穿过该壳体的壁面以设于该壳体外。

进一步的，还包括加热片，该加热片设于该出液管上，以对溶液进行加热。

进一步的，该加热片为硅胶加热片，该出液管的外壁上设有夹层，该硅胶加热片卷成圆柱形放置在出液管的夹层中。

进一步的，该活动磁铁为条形磁铁，该条形磁铁有八条，以旋转轴线为轴线均布，构成四组磁极对。

进一步的，该条形磁铁距该旋转轴线的距离为15cm。

本发明的磁力搅拌微喷头，在现有微喷头的结构基础上设置磁力搅拌装置，实现了出料口处由磁力搅拌溶液的技术效果，在溶液搅拌的前提下，解决了静电喷雾工作过程中聚合物溶液易于沉淀，聚合物溶剂不易于挥发等问题。

同时，在进一步技术方案中，本发明在分析研究了磁极对数对的磁力搅拌装置的搅拌效果影响基础上，提出了优化的搅拌系统，其搅拌效果更好。

附图说明

图1示出了本发明实施例结构示意图；

图2示出了图1移除第二保护罩后的正视图；

图3示出了图1的剖视图；

图4示出了图1中泵液系统正视图；

图5a示出了本发明实施例两对磁极对时扭矩的变化图；

图5b示出了本发明实施例三对磁极对时扭矩的变化图；

图5c示出了本发明实施例四对磁极对时扭矩的变化图；

图6a示出了本发明实施例磁极距离25mm时的静磁场分布图；

图6b示出了本发明实施例磁极距离20mm时的静磁场分布图；

图6c示出了本发明实施例磁极距离15mm时的静磁场分布图；

图7示出了本发明实施例用于微喷设备时，工作原理示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

结合图1至图4，该实施例提供一种磁力搅拌微喷头，该微喷头包括一壳体，该壳体内设有泵液系统以及搅拌系统：

该壳体包括有相互扣合的第一保护罩1以及第二保护罩2，二者构成一圆筒状封闭腔体；该搅拌系统设于该壳体内，该泵液系统部分设于该壳体内。

该泵液系统包括依次连通的活塞泵7、进液管16以及出液管3：

该进液管16所背离出液管3的一端具有一进液口，该进液口上设有一进液支管4，该进液支管4上设有第一单向阀5，以使溶液一单向流入该进液管16内；该出液管3所背离进液管16的一端具有一出液口，该出液口上设有一第二出液管13，该第二出液管13上设有用于控制溶液单向流出的第二单向阀，且该第二出液管13背离出液口的一端设有一喷针6，该喷针6通过该第二单向阀连通至出液管3。

该活塞泵7作为液泵连通至该进液管，通过抽拉操作，以实现进液口进液或出液口出液。

该搅拌系统包括旋转电机10、磁铁安装盘9、能活动的条形磁铁8以及磁力搅拌装置，该磁力搅拌装置包括磁力搅拌子14以及搅拌子底座15：

该磁铁安装盘9设于该旋转电机10的输出轴上，该条形磁铁8设于该磁铁安装盘9上，且设于靠近磁力搅拌子14的位置；该磁力搅拌子14安装于该搅拌子底座15上，且该搅拌子底座15套设于该第二出液管13上且被固定设置；而后该磁铁安装盘9在旋转电机10的驱动下绕电机轴，即旋转轴线，转动，使磁力搅拌子14产生磁场变化。

在该实施例中，该条形磁铁8有八条，以旋转轴线为轴线圆周均布，构成四组磁极对，该条形磁铁8的长度方向切向于其旋转运动方向；优选的，该条形磁铁8距该旋转轴线的距离为15cm。

第一保护罩1和第二保护罩2两部分组成，二者配合形成一用于安装旋转电机10的载机槽11，两个保护罩的上方分别有两个通孔与载机槽11连接，以将旋转电机10设于载机槽11内；第一保护罩1的底面有多个通孔，分别对应进液管16、进液支管4以及第二出液管13；电动机10置于载机槽11中，磁铁安装盘9中心有一圆孔与电动机10的转轴连接在一起，条形磁铁8固定在磁铁安装盘9上，磁力搅拌子14置于搅拌子底座15上，搅拌子底座15被放置在出液管3的底部。

该出液管3上有一夹层，作为加热片的硅胶加热片12卷成圆柱形放置在出液管3的夹层中。进液管2有一空心圆柱，与活塞泵7配合，进液管2前端为类U型的管道，尾部有螺纹，用于与出液管3的配合。组成微喷头的第一保护罩1，载机槽11，电动机10，磁铁安装盘9，搅拌子底座15，出液管3和喷针6都为同轴心线；微喷头的出液管3和进液管16应通过螺纹紧密配合；与进液口和出液口连接的耐油耐臭氧单向阀规格是4mm，所述放置磁力搅拌子14的搅拌子底座15，其内径应略大于磁力搅拌子14的长度。

结合图5a至图5c：

微喷头装置中条形磁极8的数量不同时，磁力搅拌子14周围的磁场强度是变化的。通过仿真软件对磁力搅拌子周围的磁场进行分析，先绘制空气域以及溶液的域，其次利用布鲁尔运算中的差集去除磁铁和空气域重合部分。对旋转部分和静止部分分别进行网格剖分，完成网格剖分后，分别对各个磁铁设置磁化方向，磁铁的磁化强度设置为900KA/m。进行稳态和瞬态仿真，得到静止时的磁场分布以及磁极旋转时搅拌子所受力矩随时间变化的图像。

(1)静态情况下：当磁极对数为三时，磁力搅拌子周围的磁场最强，且较为均匀。当为两对磁极时，磁力搅拌子附近区域的磁场强度较低。当磁极对数为四时，由于磁铁间的距离太近导致磁场相互削弱，磁力搅拌子周围的磁场反而比三对磁极时来的弱。

(2)磁极旋转时，电磁转速等于机械转速乘以磁极对数。当机械转速保持不变时，由于磁极对数的增加，搅拌子周围空间的磁场变化速度增加，因此在相同时间内，波峰出现的次数按比例增加，磁场频率加快。磁极对数p＝2/3/4分别对应扭矩平均值的大小为0.0152、0.0193、0.0188。可以看出，磁极对数p＝3时的扭矩平均值相对磁极对数p＝2时增加较大，但磁极对数p＝4的扭矩平均值相对于磁极对数p＝3的值略有减小。磁极对数p＝3时，扭矩平均值最大。

由此可见，静磁场仿真结果和瞬态仿真的结果是相吻合的，磁力搅拌子所受扭矩大小与磁极对数既不成正比关系，也不成反比关系。所以，微喷头装置中，在磁力搅拌子外面设置三对强磁条形磁铁时，装置工作效率最高。

再结合图6a至图6c所示：所述微喷头装置中条形磁铁8到旋转轴线的距离不同时，磁力搅拌子14的旋转效果是不同的。为此，对不同距离时的静磁场分布和磁铁运动时磁力搅拌子所受扭矩大小进行有限元仿真。考虑到内部出液管的直径大小的限制，分别选取距离15mm、20mm、25mm进行仿真。如图6所示，三种磁极距离下，静磁场的分布图中，磁铁离中心轴越近，磁力搅拌子附近的空间颜色就越浅，磁力搅拌子附近的磁场强度越大。瞬态仿真下15mm、20mm、25mm距离下分别对应的平均扭矩大小为0.0193、0.0164、0.0158，可以看出，瞬态仿真的结果与静磁场仿真结果相吻合，在现有距离范围内，磁铁离磁力搅拌子越近，所产生的平均扭矩就越大。所以，将磁铁离中心轴的距离定为15mm最为合适。

如图7所示，使用上述具有搅拌和加热功能的微喷头的工作过程是：

工作时，将本发明所述微喷头安装在高速精密X-Y二维运动平台上，并与高压电源17(如1kv可调)、精密注射泵18、收集板19、图形发生器组成微纳米直写平台。在完成喷针6初始位置的调整后，外部精密注射泵18与活塞7连接，进液口置于玻璃浆料溶液20中。

开启与喷针6相连接的高压电源，图像发生器产生图形指令，控制二维运动平台的运动轨迹。工作中，高压电源的正极与喷针6相连接，负极接收集板。电动机带动固定在旋转杆上的条形磁铁8旋转，引起磁力搅拌子14周围的磁场作周期性变化，从而使溶液中的磁力搅拌子14发生旋转，实现搅拌功能；硅胶加热片12卷成圆柱形放置在出液管3的夹层中，可对溶液进行加热。该过程与运动平台协调作用，可完成微纳米沉积样品的收集。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

一种磁力搅拌微喷头以及微纳米直写平台专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。