[发明专利]一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置及实验系统

说明书

本发明公开了一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置及实验系统，阵列集成静电雾化装置包括多根平口毛细管喷嘴和双层交叉空间屏蔽电极，所述双层交叉空间屏蔽电极包括圆筒壁状电极和电极；在电极上开有通孔，圆筒壁状电极的底部安装在电极的上部且与电极上的通孔一一对应；所述平口毛细管喷嘴的输入端连接液体注入单元，所述平口毛细管喷嘴的输出端设置在圆筒壁状电极的中心位置，且保持输出端的端部与圆筒壁状电极底部边沿齐平；所述平口毛细管喷嘴连接负高压直流电源；并将阵列集成静电雾化装置应用于静电雾化试验；利用双层交叉空间屏蔽电极和平口毛细管，增强了单毛细管多股射流雾化的稳定性。

技术领域

本发明属于静电雾化领域，尤其涉及一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置及实验系统。

背景技术

静电喷雾(Electrospray，ES)技术是一种能以极低的能耗生产大量荷电液滴的雾化技术。该技术的主要原理是通过外加电场的静电作用削弱从喷嘴中流出液体的表面张力并使其发生破碎。与传统机械雾化方法相比，通过静电喷雾产生的液滴具有粒径小、单分散性好、可控性好等显著优点，其在薄膜制备、喷墨打印、生物制药等众多领域中展现出巨大的应用潜能。

近年来，静电雾化的相关研究与应用主要聚焦于锥射流模式，因为在该模式下能够稳定产生单分散性好的细小雾化液滴群。然而，静电雾化在该模式下运行时，生成雾滴粒径与液体供应流量间存在高度正相关的幂率关系。这意味着若要在该模式下获得微/纳米尺度的雾化液滴群，则必须将供应流量限制在极小的量级。这一特性在很大程度上限制了静电喷雾应用于工业领域时生产雾化液滴的产量。关于多股射流模式及其集成的研究为突破静电雾化流量瓶颈提供了新的解决思路。在多股射流模式下，供应流量可以大大提高，而生成液滴的粒径却仍可保持在微/纳米级别。在此基础上，若将喷嘴进行阵列集成，即叠加喷嘴数量并按照一定方式排列，并在多股射流模式下运行，则还可进一步大幅提升雾化液滴的产量。

目前，静电喷雾在多股射流模式下运行的主要缺陷是稳定性不强。而当使用阵列集成喷嘴进在多股射流模式下运行时，相邻喷嘴的射流之间还会由于存在喷雾电流而产生电压边缘效应，相互干扰。总的来说，多股射流模式的不稳定性影响了生成雾滴的单分散性等特性，这是限制其在工业生产领域应用的主要技术瓶颈。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置及实验系统，设计了可拆卸式的双层交叉空间屏蔽电极，并基于3D打印技术制作了新型的平口毛细管，增强了单毛细管多股射流雾化的稳定性，同时采用有机玻璃板固定微通道单元以及屏蔽电极，从而集成了雾化喷嘴，消除了相邻微通道出口之间的电压边缘效应影响。该装置具结合了锥射流模式与多股射流模式的优势，有供给流量大，装置体积小、成本低及稳定性高等优点，可有效提升当前阵列集成雾化装置在多股射流模式下运行的稳定性以及生成雾化液滴的单分散性和产量。

本发明所采用的技术方案如下：

一种稳定多股射流模式的阵列集成静电雾化装置，包括多根平口毛细管喷嘴和双层交叉空间屏蔽电极，所述双层交叉空间屏蔽电极包括圆筒壁状电极和电极；在电极上开有通孔，圆筒壁状电极的底部安装在电极的上部且与电极上的通孔一一对应；所述平口毛细管喷嘴的输入端连接液体注入单元，所述平口毛细管喷嘴的输出端设置在圆筒壁状电极的中心位置，且保持输出端的端部与圆筒壁状电极底部边沿齐平；所述平口毛细管喷嘴连接负高压直流电源。

进一步，所述平口毛细管喷嘴内部为圆形通孔，且通孔的内径在0.2mm至0.5mm之间。

进一步，所述平口毛细管喷嘴外部为均匀的圆柱形，外径在0.8至1.0mm之间。

进一步，平口毛细管喷嘴的喷射端的外壁设置为圆锥形。

进一步，在喷射端的外部面做疏水涂层。

进一步，圆筒壁状电极材质为紫铜，电极材质为紫铜。