[发明专利]基于多源激振的高通量微液滴发生装置

说明书

本发明提供了基于多源激振的高通量微液滴发生装置，利用多个声振源产生会聚叠加的声波信号作用于微米级的小孔附近，使经小孔喷射出的液体射流受到扰动，由于瑞利失稳现象而断裂形成小液滴，并且能够消除液滴队列中的卫星液滴。设置声透镜结构，使声振源产生的声波信号能更集中地会聚叠加；声透镜将压力液体容腔内的液体和声振源的激振元件隔离开来，可以防止激振元件受损；压力液体容腔和声透镜与液体接触的表面采用产生污染物少的材料以适应高洁净度场合；同时利用本发明提供的液滴发生装置，向多个声振源分别提供不同频率的正弦波形激励信号，声振源产生的声波信号也是正弦波形，便于修改波形参数以获得对液滴形态更好的操控效果。

技术领域

本发明涉及液滴发生装置技术领域，特别是涉及一种基于多源激振的高通量微液滴发生装置。

背景技术

射流的瑞利失稳是一种界面流体力学原理，指射流在给定频率的振动扰动下，会自动断裂成和给定频率一致的液滴。基于射流瑞利失稳的微液滴发生装置，能产生频率、尺寸、液滴间距可调节的微米级的液滴，并且特别适用于例如通量超过10000滴/秒的高通量液滴需求场合，在工业中有广泛的应用，如喷墨打印、生物制药、增材制造及产生EUV光刻机光源靶滴等。

现有的微液滴发生装置大多采用单激振源内置式，即利用扰动杆将压电陶瓷产生的扰动引导至容腔内靠近喷嘴的位置，为射流提供引发瑞利失稳的声压扰动，并将扰动杆设计成变幅杆结构，提高扰动的幅值。但这种设计只能在特定的频率下使用，若要调节液滴频率并保证液滴性能优良，需更换变幅杆结构设计，不方便操作使用。另外，由于单一激振源的频率响应固定，激发的扰动波形也难以控制，限制了液滴的调控效果；比如，单一的正弦波扰动往往会使射流断裂后在主液滴间形成卫星液滴，合理地调整扰动的波形能赋予卫星液滴一个相对于主液滴的相对速度，使卫星液滴与主液滴很快融合，从而抑制卫星液滴出现。

专利CN 103064260 A(一种用于极紫外光刻机光源的锡液滴靶产生装置)采用单激振源变幅杆结构为液滴发生器提供扰动，使用频率受限，扰动波形不方便调控；专利CN101879493 A(超声波聚焦液体喷雾器)采用声聚焦作为雾化的扰动源，单一激振源扰动模式单一，且属于雾化器，不属于瑞利式液滴发生器，无法产生单排均布液滴；专利CN107051805 A(一种多激励振动的液滴发生器装置)采用了多激励扰动，激励部件为受电激发振动片，振动片直接接触射流，不适用于高温高粘等复杂环境，且扰动的叠加方式不可预测；专利CN 108295915 A(一种控制射流断裂与液滴生成的方法及装置)采用调制波控制主液滴与卫星液滴的融合，激励方式为电场非接触扰动，其适用性受流体电特性限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于多源非接触激振的高通量微液滴发生装置，其能在较宽的频率范围内产生高通量的微液滴，且能通过调整扰动的波形方便调控液滴的形态，适用于各种复杂环境和流体。为达到此目的，本发明的扰动传播及放大组件利用非接触式声聚焦技术，采用平凹声透镜结构，并设置多个激振源。受电激振单元(此处为压电陶瓷)与射流流体非接触，扰动以球面声波形式传播至喷嘴处，提高了复杂环境的适用性。喷嘴位于声透镜的声焦点处，声透镜的聚焦作用将压电陶瓷产生的扰动聚焦放大，使得在较宽的频率范围内都能产生较大幅值的扰动，从而提高液滴发生器的频率调节范围。多个激振源的扰动在焦点处叠加，叠加的扰动波形可通过调整每个激振源的参数方便调节，从而可方便调控产生的液滴的形态，如抑制卫星液滴的出现。

本发明包括液体供给组件、压力液体容腔、喷头和激励组件；所述液体供给组件用于向所述压力液体容腔补充液体并维持液体相对于容腔外部环境的正压；所述喷头设置于压力液体容腔的壁面，喷头具有直径在1微米至1000微米的小孔；所述激励组件包括两个或两个以上声振源，每个声振源均包括激振元件和声透镜，声透镜为凹面结构；声透镜的声焦点均位于喷头的小孔处。

进一步的，所述两个或两个以上声透镜的凹面共面于同一个球面。

进一步的，所述喷头包括孔板，孔板上具有小孔，孔板与所述压力液体容腔间具有密封圈，使用压紧端盖将孔板和密封圈压紧在压力液体容腔壁面上。