• 材料沉積噴墨打印及
    涂層系統解決方案

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    基于Inkjet、EHD、Ultra-sonic等技術的納米材料沉積噴墨打印和表面涂層知識。

    <p>微液滴的生成,其主要過程是如何施以足夠大的作用力以擾動連續相與分散相之間存在的界面張力使之達到失穩。<br/>通常,當待分散相某處施加的力大于其界面張力時,該處微量液體會突破界面張力進入連續相中形成液滴。</p><p>使用Inkjet噴墨打印技術,將溶液進行分配,使其形成0.1-1000pL,速度在0.1-10m/s的微液滴,液滴發生頻率可設定在0-30kHz之間。液滴一致性誤差僅為0.1%。</p><p>適用于多種材料發生的液滴在空中撞擊,融合或破碎的過程的探究;不同材料微液滴發生過程的探究;</p><p>微液滴在空中受環境影響的探究;微液滴撞擊基板的探究;微液滴揮發過程的探究等。</p><p><br/></p><p><br/></p>

    微液滴發生

    微液滴的生成,其主要過程是如何施以足夠大的作用力以擾動連續相與分散相之間存在的界面張力使之達到失穩。
    通常,當待分散相某處施加的力大于其界面張力時,該處微量液體會突破界面張力進入連續相中形成液滴。

    使用Inkjet噴墨打印技術,將溶液進行分配,使其形成0.1-1000pL,速度在0.1-10m/s的微液滴,液滴發生頻率可設定在0-30kHz之間。液滴一致性誤差僅為0.1%。

    適用于多種材料發生的液滴在空中撞擊,融合或破碎的過程的探究;不同材料微液滴發生過程的探究;

    微液滴在空中受環境影響的探究;微液滴撞擊基板的探究;微液滴揮發過程的探究等。



    典型案例

    • 【在基材上發生】微粒打印 ▲

      在顆粒技術和粉末制造領域,需要生產具有均勻特性的顆粒,以達到嚴格的產品質量。目前的霧器可以產生各種形狀的噴霧,但是高氣體流量和進料流量以及不同的噴霧方式會導致噴霧空氣混合復雜、霧滴軌跡復雜,進而導致霧滴和霧滴壁碰撞、壁沉積、污垢、腐蝕、有害團聚、大粒徑分布,最終形成不均勻的產物。近年來,所有以粉末形式生產的材料都不斷要求新的粒子特性,以改善有效密度、壓實性、連接、分布和定向性,以形成獨特的基體材料。此外,生物和制藥對高球形顆粒提出了新的要求。如:球形顆粒提供了一種有用和實用的手段,通過提供足夠濃度的藥物直接作用于靶點,以在預期的幾天到幾個月的時間內實現適當的藥物釋放,使藥物的藥效最大化,因此,特別適合于化療藥物和結核病藥物的膠體藥物遞送。此外,在許多生物、農業和藥物測試研究中,會涉及對細胞結構和功能的理解,而其數據/信號的靈敏度和重現性與樣品粒子的均勻性有直接關系。噴印技術,是一種快速、可靠、無溶劑的工藝,具有產生單分散液滴的顯著優勢,可精確控制液滴特性,因此可用于微粒印刷的產生。 MicroFab的MJ-AT-01擠壓式壓電打印頭,噴頭噴嘴孔徑為30μm,可用于微粒的產生。如:采用納米銀懸浮液和金屬有機硝酸銀溶液(AgNO3)進行研究,發現噴墨油滴的尺寸將決定最后的線寬,在噴墨打印過程中,懸浮顆粒的存在會增大墨滴在基材上的直徑。進一步采用更高的驅動脈沖,可明顯提高噴墨打印導電線的成形性。然而,更大的線寬引入會導致較高的熔滴重疊與較低的驅動脈沖相結合,引起脹形現象,使直線度變差。 MicroFab的MJ-SF-80噴頭可用于制造具有不同形態和表面特征的顆粒。該設備長34mm,直徑12mm,孔板直徑80μm,噴墨裝置由一個環形壓電換能器連接到一個玻璃毛細管組成玻璃毛細管一端連接到進料容器,而另一端具有用于噴射液體的孔板。通過對壓電換能器施加電壓,換能器產生了封閉在玻璃毛細管內流體的體積變化,進而產生壓力波,壓力波通過液柱向噴嘴方向傳播,孔口處流體柱橫截面的驟變會誘發液滴的形成。由于噴墨微點膠是數據驅動的、非接觸式的,因此能夠以高速率在非平面表面上精確沉積皮升體積。由于是數據驅動的,使用靈活,可應用到生產線進行自動化操作。此外,不需要特定應用的工具,如光罩或屏幕;作為一種添加劑工藝,沒有化學廢物,屬于環境友好型。

    • 【在空中發生】EUV光源液滴發生器 ▲

      光刻機是在半導體領域必不可少的設備,無論生產制造什么樣的芯片,都脫離不了光刻機,如果說航空發動機代表了人類科技領域發展的頂級水平,那么光刻機則是半導體工業界最為耀眼的明珠,其具有技術難度最高、單臺成本最大、決定集成密度等特點。而目前最為先進的光刻機是有荷蘭ASML生產的EUV光刻機,華為麒麟990 5G版首次采用了7nm EUV技術,EUV技術也叫紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography),它以波長為10-14nm的極紫外光作為光源的光刻技術。具體為采用波長為13.5nm的紫外線,目前1-4代光刻機使用的光源都屬于深紫外光,而5代EUV光刻機則屬于極紫外光。 本文主要介紹MicroFab的Inkjet技術在EVU上的應用。光刻是制造芯片的關鍵技術,光刻機通過光源發出的光通過具有圖形的光罩(Reticle Mask,又稱掩模版)在經過縮圖透鏡將光罩的圖案照射到涂有光刻膠的硅片上,光刻膠在見光后會發生性質變化,從而使光罩上的圖形在硅片上刻錄,使硅片具有電子路線的作用。 EUV(極紫外光)的產生是通過激光將錫滴作為燃料使其產生等離子體的過程。LPP EUV(激光等離子體極紫外光源)是將高功率的的二氧化碳激光打在直徑約為20微米的錫液滴上,通過高功率激光使錫滴膨脹蒸發形成錫蒸汽,然后將蒸汽加熱產生等離子體,這個過程會產生極紫外光。產生EUV的燃料可以是錫(Sn)、氙(Xe)、鋰(Li),由于氙(Xe)和鋰(Li)在實際測試中其產生的功率及工藝無法達到生產要求,錫滴被作為EUV制造的理想燃料。 LPP EUV系統主要包括錫滴發生器、激光器、源收集器、輻射收集器組成。錫滴發生器用于產生作為燃料的錫液滴,用于產生20um的錫滴;激光器用于提供能量源,用于激發錫滴,通過引導激光束至錫滴來激發錫滴產生等離子體;源收集器是一個中空的腔體,其內部為真空環境用于支持等離子體;輻射收集器接收EUV輻射,在產生等離子體的過程中會發生EUV輻射,通過輻射收集器進行收集并將輻射狙擊成EUV光束進行后續工作。 其步驟為:1、錫液發生器使錫液滴落入真空室。2、脈沖式高功率激光器擊中從旁飛過的錫液滴—每秒 50,000 次。Laser分為兩部分,前脈沖和功率放大器。前脈沖和主脈沖擊中錫液使其氣化。3、錫原子被電離,產生高強度的等離子體。4、收集鏡捕獲等離子體向所有方向發出的 EUV 輻射,匯聚形成光源。5、將集中起來的光源傳遞至光刻系統以曝光晶片。 EVU的錫液滴發生裝置主要是由MicroFab提供的噴墨壓電頭組裝而成。錫滴發生器主要包含儲液器、錫材料、定制化的壓電噴頭、加熱器。儲液器用于存儲燃料液體,燃料液體由錫材料制成,在超過235℃高溫下融化,在氣體壓力作用下通過壓電噴頭擠出,由于瑞利破碎形成液滴。 錫滴產生原理:定制化的壓電噴頭中心一端有3-5μm的小孔為毛細玻璃管,毛細玻璃管外壁粘結壓電陶瓷,壓電陶瓷在電信號的作用下會發生形變產生振動,振動從壓電陶瓷傳遞至毛細玻璃管。儲液器連接至毛細玻璃管的另一端,儲液器中的錫材料在加熱到高于235℃時形成錫溶液,錫溶液在氣壓作用下從毛細玻璃管擠出,產生束流。在沒有壓電陶瓷的情況下,束流將在液滴發生一段距離(約噴嘴直徑的100-1000倍)后自然破碎形成液滴,其液滴直徑大約為噴嘴直徑的2倍或略小,兩液滴間隔是噴嘴直徑的大約4.5倍,雖然毛細玻璃管外壁沒有壓電陶瓷的作用液可以產生瑞利破碎,但壓電陶瓷可以通過控制毛細玻璃管內的壓力控制瑞利破碎,從而使形成液滴的位置更加明確。 如果噴嘴的直徑為4μm,燃料液滴可以通過瑞利破碎形成約7μm直徑的液滴,液滴分開大約18μm的距離,噴嘴的液滴產生速率對應的瑞利頻率與噴嘴處燃料的平均速度和噴嘴的直徑相關。 雖然在沒有壓電陶瓷制動的情況下也可以發生燃料液體束流的瑞利破碎,但壓電陶瓷可以通過控制毛細玻璃管內的壓力控制瑞利破碎,調制毛細玻璃管內的壓力調制離開噴嘴的液體燃料的排出速度,并使液體燃料的束流在離開噴嘴之后以受控制的方式直接破碎為液滴。如果通過壓電陶瓷施加的頻率足夠接近瑞利頻率,則燃料液滴形成,液滴被分開的距離由離開燃料噴嘴的平均排出速度和由壓電陶瓷施加的頻率決定。

    • 【在空中發生】EUV光源 ▲

      在基于使用液態金屬液滴目標的激光等離子體的高亮度EUV光源的研究中,相關研究團隊展示了基于激光等離子體的極紫外(EUV)輻射源的研究,該激光等離子體是由于納秒Nd:YAG激光器的輻射與由低溫共晶銦錫合金組成的液態金屬液滴目標相互作用而產生的。液滴發生器使用商用噴頭(MicroFab)構建,并根據強制毛細管射流分解原理進行操作。證明了液滴質心位置的長期空間穩定性,均方根偏差為~0.5 μm。使用低溫工質代替純錫提高了液滴發生器的可靠性和使用壽命。對于液滴目標上激光輻射的時空平均功率密度4×1011Wcm-2和輻射等離子體直徑~80μm,激光能量轉換為EUV輻射能量的平均效率為13.5±0.135nm等于2.3% (2π sr)–1。使用雙脈沖方法,研究人員對源操作的重復脈沖機制進行了建模,并證明了其穩定運行的可能性,重復率高達8kHz,液滴生成重復率超過32kHz,這將允許源亮度大到 ~0.96kW(mm2sr)–1。(上圖顯示了在激光脈沖沖擊后1.3毫秒時液滴的陰影照片,從與激光光軸成90度和17度的兩個方向拍攝。液滴直徑83μm,液滴重復頻率33kHz,Plas=2×1011Wcm2。在圖a中,聚焦激光束從右向左傳播,在圖b中,與圖像平面成17°,液滴序列中心的白色輝光是目標等離子體的輝光,圖a中液滴軌跡左側的黑色形成和圖b中的黑色圓圈對應于具有以下形狀的變形目標液滴具有彎曲邊緣的薄圓盤。對于超過2.3毫秒的延遲,可以觀察到出現在這個圓盤上的破裂,并且它開始分裂成小碎片。很容易估計,在這種情況下,圓盤厚度不超過200-250nm,并且由于燒蝕而導致的目標物質的蒸發會降低該厚度。)

    • 【在空中發生】激光誘導擊穿光譜 (LIBS) ▲

      相關研究團隊使用了引起擊穿光譜法分析來自氣溶膠和微滴的液體(上左圖為LIBS實驗裝置示意圖。上右圖a為從噴頭噴出的90pl液滴,b為LIBS等離子體中的微滴被霧化和電離。)。激光誘導擊穿光譜(LIBS)顯示能夠對溶液中溶解金屬的皮克量進行小體積(90pL)定量元素分析。使用532nm雙頭激光耦合到具有增強電荷耦合器件(CCD)檢測器的光譜儀,研究人員研究了單脈沖和共線雙脈沖LIBS。氣溶膠是使用微霧化器產生的,在同心霧化室內進行調節,并通過直徑為1毫米的注射器管釋放,這樣可以在距離管子出口約2毫米處形成LIBS等離子體。然后用寬帶高分辨率光譜儀收集氣溶膠和單個微滴的排放物。制備多元素校準溶液,并對氣溶膠和微滴系統(MicroFab)的持續校準驗證(CCV)標準進行分析,以計算每個系統的精密度、準確度和檢測限。校準曲線產生了兩個系統的R2值>0.99的相關系數。對氣溶膠LIBS測定的精密度、準確度和檢測限(LOD)取平均值,然后測定Sr II(421.55nm)、Mg II (279.80nm)、Ba II (493.41 nm) 和 Ca II ( 396.84nm)分別為~3.8%RSD、3.1%偏差、0.7μg/mL。使用微滴分配器(MicroFab直徑60μm噴頭)將含有90pL的單滴遞送到用聚焦激光脈沖產生LIBS等離子體的空間中。在單滴微滴LIBS實驗中,對總質量為45pg的單滴的分析導致13%的RSD精度和1%的Al I(394.40 nm)發射線偏差。單滴微滴LIBS發射線Al I(394.40 nm)和Sr II(421.5 nm)的絕對檢測限約為1pg,Ba II(493.41 nm)的絕對檢測限約為3pg??傮w而言,針對單個微滴LIBS確定的精密度、準確度和絕對LOD導致元素Sr II (421.55nm)、Al I(394.40nm)的典型性能為~14%RSD、6%偏差和1pg,Mg II(279.80)和Ba II(493.41nm)。

    • 【在空中發生】NASA實驗艙太空觀測液晶在微重力下的獨特行為 ▲

      美國宇航局在微重力環境中的減重拋物線軌道飛行的初始測試中使用了MicroFab的微分配器??臻g近晶質島的觀察與分析(OASIS)項目正在探索微重力環境中自由懸浮液晶的特性。 MicroFab的噴墨分配器用于在液晶表面上沉積液滴。分配器在2014年在國際空間站上飛行的設備上安裝,在那里進行完整的實驗。 上圖顯示了使用MicroFab噴墨分配器的氣泡室。 空間近晶質島(OASIS)甘油/水填充物的觀察和分析:在每個樣品容器上用甘油/水填充Inkjet液滴設備,用于最終實驗協議,并更換硬盤驅動器。OASIS研究液晶在微重力下的獨特行為,包括它們的整體運動和被稱為近晶島的晶體層的合并。液晶用于電視和時鐘的顯示屏,它們也存在于肥皂和細胞膜中。該實驗允許對這些結構的行為進行詳細研究,以及微重力如何影響它們像液體和固體晶體一樣起作用的獨特能力。

    • 【在空中發生】活體單細胞打印 ▲

      細胞,作為生物結構和功能的基本單位,研究其相關生物行為及其規律與本質,對于探索疾病的機理與治療手段,有著巨大的意義。對細胞的研究是一個復雜的工程,細胞在人體內處于復雜的微環境之中,且細胞體積微小、種類多樣,在細胞水平進行細胞識別、代謝物檢測、內部組分分析、細胞結構與功能表征、細胞間相互作用分析等工作也都有著很高的難度。因為樣品量小,分析物濃度低,樣品體系復雜,細胞水平分析對于傳統的研究和分析方法與技術是一個巨大的挑戰。 在非均勻電場中采取介電泳(DEP)的方法,可有效進行單細胞的無接觸處理。微波通過在覆有三層金屬層的柔性印刷電路板上鉆孔形成,因此每個微波形成了三個環形電極。聚苯乙烯珠和電池的實施裝置,包括一組微波管和一個流體裝置,用于從底部向微波管中填充生理鹽水緩沖液,并從頂部將顆粒分配到微波管中。有源微波有望替代單流腔或通道芯片,其主要優點是可在不同的位置分離細胞,支持靈活的上清替代,簡化單細胞回收程序,保證與標準高密度微量滴度板的機械相容性,但是依然存在高通量的痛點待解決。 在這項技術中,采用MicroFab的Jet Drive III和一個MJ-A噴頭,可將聚苯乙烯珠和細胞進行均勻分配,噴射出的液滴體積為0.5nl。實驗中,稀釋參數為105個細胞/ml,分析每滴細胞的統計分布得知,當每微孔滴10個細胞時,平均期望有0.5個細胞,可以有效獲得單個細胞。

    • 【在空中發生】活體單細胞打印 ▲

      使用MicroFab Inkjet技術噴墨打印的大鼠視網膜細胞,這些細胞不僅存活下來,而且還保留了生長發育的能力。(劍橋大學,2013)

    • 【在溶液或介質中發生】細胞封裝 ▲

      使用MicroFab Inkjet技術將生物墨水噴射到2% 的氯化鈣溶液中,形成嵌入細胞的藻酸鹽微球。 上圖顯示了使用1×10^6個細胞/mL生物墨水制成的一些細胞封裝微球。

    • 【在溶液或介質中發生】微球囊打印 ▲

      微球囊是將分散的固體物質顆粒、液滴或氣體完全包封在一層膜中形成球狀微膠囊的技術,目前已被廣泛應用微囊化藥物、燃料、香料、粘合劑藥物的控制釋放、動植物細胞培養、細胞和酶的固定以及生化物質分離等領域,具有廣闊的應用前景。 現階段的研究熱點集中于減小微囊的體積和微囊尺寸均勻化。這是由于體積小的微囊具有利于氧和營養物的供應、囊內死腔小和便于微環境投放等優勢。常見的溶劑蒸發法、相分離法、界面沉積法和噴霧干燥法等物理化學法,需要在高溫條件下或使用反應劇烈的破壞性有機溶劑,制備的微膠囊粒徑分布寬,很難滿足醫藥工業和生物技術領域中保持生物物質活性的要求。而噴印技術制備的微球囊具有以下優勢: (1)微球囊尺寸高度統一; (2)微球囊的制備尺寸可調整; (3)微球囊的藥物釋放速率可控; (4)生產規模易于擴大(使用陣列噴頭或多噴頭); (5)局部給藥,避免毒性擴散; (6)生物可降解,無需手術切除。 目前,Jetlab 制備的微球囊,可控的粒徑范圍15~100 μm。研究顯示,采用該系統制備的載紫杉醇微球,對所載的紫杉醇分子本身無破壞,保證了藥物的治療效果,包封率至少可達 67 % ,且粒徑均勻,藥物釋放緩慢。研究表明,噴墨技術生產的微球持續釋放超過50天,可有效抑制和逆轉腫瘤的生長。

    • 【在溶液或介質中發生】載藥聚合物微球打印 ▲

      癌癥的治療過程中發現,許多類型的癌癥不僅對一種藥物產生反應,而是會對至少兩種細胞毒素或兩種抗癌藥物產生聯合反應,而且,藥物的綜合治療可有效降低癌癥復發的風險。但是,由于多種藥物在治療過程中對劑量的要求會有所不同,因此,與傳統的由固體聚合物微球組成的微球不同,科研人員進一步研發了一種雙層微球結構,其聚合物的核心被另一種聚合物的涂層包裹,多種負載藥物可以針對性的治療不同類型的癌細胞。此類載藥聚合物微囊,利用其可對指定組織、器官的靶向性和對藥物的緩釋特性,從而有效地降低藥物給病人帶來的副作 用并提高藥物的生物利用度。 目前,該類藥物載體的發展和研究重點體現在--開發新型微粒制備方法,提高藥物的包封率,并且在最大程度上確保芯材的完整性和活性,制備過程必須安全無毒;其次是通過對微粒殼材的修飾,使其具有良好的生物通透性,從而加強微粒的 包封性能,具有靶向性,對病變細胞或組織具有特異性的識別,讓藥物穿過人體 內的生物屏障直接作用于病變區域,提高生物利用度。 利用基于MicroFab微壓電噴頭的微噴射系統,可用于生產雙層微球。該系統由兩根遮光管組成。外管用于注入形成外殼的液體,而空氣注入內管??諝饪梢杂玫诙N流體代替,從而產生多層球體。

    • 【在溶液或介質中發生】細胞封裝(油包水) ▲

      藻類細胞固定化是廢水處理、有用代謝物生產和養殖管理的常用技術。然而,目前技術中對固定液滴的大小、微生物種群和生產率的控制需要改進。在這里,Hwa-Rim Lee所在課題組首次使用按需噴墨打印將海藻的孢子固定在海藻酸鹽微粒中。通過將藻酸鹽-孢子懸浮液打印到氯化鈣溶液中來產生帶有固定孢子的微粒。他們證明噴墨技術可以通過改變墨水中的孢子密度將噴射液滴中的孢子數量控制在0.23到1.87的范圍內。在基于打印的孢子封裝后,他們觀察到菌體的初始發芽和持續生長,直到培養45天。該研究表明,噴墨打印具有固定藻類的巨大潛力,并且控制封裝孢子數量及其微環境的能力可以促進對封裝孢子微觀相互作用的研究。 將藻類細胞固定在聚合物水凝膠中具有廣泛的應用。固定化藻細胞可用于污水處理,以去除養分、金屬和工業污染物。捕獲的藻類細胞還可用于產生代謝物、測量毒性、通過冷凍保存細胞以及管理原種培養物。該技術還能夠改善固定化藻細胞的代謝、功能和生長。在水凝膠顆粒中捕獲微生物的方法包括將細胞懸浮液常規滴入裝有硬化溶液的容器中;擠壓滴水;重力驅動滴水;懸浮噴涂。所有這些方法要么速度慢,要么無法充分控制液滴的大小、微生物含量或生產率。一種實用的方法將克服這些缺點。 按需噴墨(DOD)噴墨打印廣泛用于各種領域,如生物打印、印刷電子和3D制造。DOD壓電噴墨打印在壓電噴墨打印機的噴嘴通道中使用了一個壓電致動器。電壓脈沖會減少裝有墨水的腔室的體積,因此有些會以液滴的形式噴出。壓電噴墨打印可以在>10kHz下產生大小為1–100pL的液滴。噴射液滴的大小可以通過調整輸入電壓脈沖或選擇合適的噴嘴來控制,并且小于水凝膠中營養物質和代謝物的擴散極限(100-200μm)。小尺寸的微??梢允共东@的藻類細胞生長過程中的抑制作用最小化。由于能夠噴射少量墨水,噴墨打印已被用于封裝大分子、藥物和哺乳動物細胞。

    • 【在溶液或介質中發生】ddPCR油包水微滴 ▲

      微滴數字PCR(droplet digital PCR, ddPCR)主要是將兩種互不相溶的液體,以其中一種作為連續相(油),另一種作為分散相(水),在水/油兩相表面張力和剪切共同作用下分散相以微小體積單元的形式存在于連續中,從而成液滴。這種液滴式的反應腔室具有體積小、樣品間無擴散等優勢。 在ddPCR中,利用微液滴發生系統可以一次生成數萬乃至百萬個納升甚至皮升級別的單個油包水微滴,作為數字PCR的樣品分散載體。 上圖是使用MicroFab的Jetlab?4噴墨打印系統,以30kHz的頻率,在油槽的液面下方,噴墨打印水相溶液,形成了穩定的直徑45μm左右的油包水微滴,一致性好,排列整齊。(睿度光電2021高通量ddPCR油包水微滴打印測試)

    • 【在溶液或介質中發生】流體動力學研究 ▲

      微米級液滴的精確和有效生成是基于液滴的微流體最常見和最重要的問題之一。主動液滴生成利用額外的能量輸入來促進液滴生成的界面不穩定性。在通過有限界面振動在微流體中產生主動飛升液滴的研究中,相關研究團隊報告了一種使用受限界面振動 (CIV) 在微流體系統中主動生成飛升液滴的新技術。 CIV是在傳統噴墨噴嘴的噴口處首先通過將液體推出然后將其拉回而形成的。液滴在退出過程中被夾斷,這與當前的主動液滴生成技術不同,后者僅將液體單向推出。CIV可以在半徑為30μm的孔口處主動生成半徑范圍為約1至28μm的液滴,這與傳統的主動生成技術不同,在傳統主動生成技術中,液滴始終與孔口相當或略大。實驗結果表明,可以通過控制CIV的強度來定制液滴體積。噴墨技術(MicroFab的MJ-AT-01-60噴頭)固有的數字特性可以輕松精確地調節液滴體積,使其與數字微流體系統無縫兼容。

    • 【在基材上發生】農藥精確變量噴施研究 ▲

      ?農藥精確變量噴施技術一直是智能化植保機械的重要研究內容,一直是精細化農業領域的研究熱點。農藥精確噴施牽涉到農藥的有效利用、農產品安全、環境污染和操作者的人身安全等眾多問題。如何按照農業要求快速準確地進行噴施作業,并使其具有良好的霧化特性和均勻性是噴施的關鍵要素。 農藥霧滴在葉片表面的沉積、潤濕和粘附行為在植物保護中至關重要,因為對它們的研究能有效減少化學品浪費和環境污染。實際中數以百萬計的直接作用于植物表面的農藥霧滴會到達非目標地點,且這些農藥在降落途中可能被風吹離軌道,也可能從植被表面反彈回來。這種偏差導致施藥效果降低且施藥頻率增加,因此,將大多數液滴定位在目標表面以防止化學物質損失在農藥植保中是一個非常值得關注的問題。解決這一問題的方法包括用表面活性劑改變農藥制劑的流變性質,并對噴霧液滴進行靜電充電,以增強在葉片表面的沉積和擴散效果。表面活性劑的加入起到發泡或消泡、穩定或緩沖以及潤濕或粘附性質的作用,并降低制劑的界面張力以增強液滴的沉積。來自有機硅氧烷、聚電解質和乙氧基化合物的表面活性劑已被試驗證明有效,其效力取決于濃度水平。雖然表面活性劑農藥復合物改善了植物表面的液滴沉積,但它受到葉片方向和表面形態、液滴行為和施用系統的抑制。親水或疏水葉片表面在正面-背面部分暴露于噴霧液滴決定了沉積效率。噴射液滴的電荷疊加也增強了極性吸引和環繞沉積。高電壓施加為液滴提供了特有的負電荷,以吸引葉片結構中的正離子。在不同的各向異性的情況下,表面活性劑-農藥配方和電極荷電率的組合效應可以最大化液滴在不同葉片表面上的沉積和擴散。 江蘇大學課題組利用自己設計的藥物液滴觀測分析平臺研究了不同濃度的表面活性劑和農藥制劑在疏水性葉片正面的原位帶電單尺寸液滴行為。實驗平臺可以研究溶液電導率、液滴荷電率、表面張力、靜態接觸角、疏水性葉片表面上的沉積和潤濕面積。定制的液滴發生器與開發的感應電極噴嘴帽相結合,用于產生帶電的單一尺寸的液滴。該模型包括一個注射針頭,通過頭部泵的振蕩運動將帶電液滴流分配到葉片表面。注射器的不銹鋼針頭長度為5毫米,直徑為0.71毫米,容量為2.5毫升,可產生2至5微升的單個液滴。針頭固定在噴嘴帽內,每側有兩個30 × 10 × 3毫米的電極,并連接到容量為15千伏的高壓發生器,以在液滴破裂時將負電荷疊加到液滴上。使用平板電極在農藥噴灑的連續液滴排放區(適用于扁平扇形噴嘴)獲得高性能和最大充電強度的對稱電場。該裝置是可調節的,以在任何設置下保持針尖和測試臺之間的最大距離為50毫米。該裝置在一個封閉的實驗室內,內部有靜風以防止液滴噴射脫軌,濕度為67%,溫度為25℃,以提供模擬現場條件的理想液滴蒸發。將不同濃度的表面活性劑-農藥復合物的制劑吸入注射泵。以指定的時間間隔轉動注射器的旋鈕,以噴射帶電的液滴大小。 在葉片表面,帶電的單一大小的液滴在破裂后具有勢能,降落(沉積),膨脹獲得動能(擴散),并根據表面的各向異性粗糙度或光滑度粘附(保留)或脫落(反彈)。光譜研究了霧滴在葉片表面的沉積、滯留、擴散、反彈和接觸角等撞擊行為。由于葉片表面的形態特性是生物穩定的,因此只有配方和應用系統才能得到改善,以增強液滴撞擊行為。表面活性劑的加入改變了農藥溶液的流變特性,而電荷的疊加有助于液滴撞擊葉片表面結構。不同濃度的表面活性劑-農藥溶液的電性能和導電性從根本上影響了液滴的荷電性以及液滴在葉片表面的沉積狀態。 液滴體積大小的變化直接影響表面活性劑和農藥制劑在施用過程中的表面張力。溶液中分子內的內聚力對于較大的液滴尺寸比較小的液滴尺寸更強,因此γ值更大。在所有配方中,液滴尺寸的增加使γ值最大化。相比之下,水溶劑會產生較大的液滴,但在水溶液中混合表面活性劑和農藥會產生較小的液滴,從而產生較低的γ值。 在農藥噴灑過程中,液滴表現出撞擊、彈跳或擴散行為。配方的流變性質和葉片表面的紋理類別影響著撞擊過程,這取決于液滴夾帶的動能。由于彈跳通常在高沖擊力下發生,在本實驗中,靜電感應原理應用于表面活性劑-農藥溶液的液滴時,這種現象是不可見的。帶電液滴轟擊、固定和潤濕葉片表面的時間取決于液滴的體積。在植物的正面葉片上,不同濃度的乳油和制劑的液滴沖擊行為不同。液滴在表面的擴散隨著溶液中表面活性劑-農藥濃度的增加,達到最大平衡點。 總之,在實驗室中研究了表面活性劑-農藥復合制劑對電荷的響應性,以增強液滴在疏水性葉表面上的撞擊行為。該制劑在溶液中表現出表面活性劑和農藥作為超級分散劑的特征。除水外,表面活性劑和農藥在水溶液中的電導率隨著濃度的增加而增加,這進一步增加了液滴的電荷量。噴射液滴流中電荷的疊加降低了γ值,并且總是降低葉片疏水表面的接觸角。帶電液滴的γ值和靜態θ值的下降程度與液滴的大小和體積成正比。 在農藥噴霧應用方面,MicroFab研制的微液滴發生系統可以為研究藥物噴霧的發生和控制提供一整套研究方案。通過MicroFab的微液滴發生系統可以觀測液滴在植物葉面上的運動情況及附著狀態。該系統可以很好的應用于農藥精確噴施技術的研究。其優點:1、高精度,噴墨產生高度可重復的液滴,可通過聚集產生更大的體積;2、連續變化,從此應用的角度來看,單個滴(20-200 pL)的極小尺寸幾乎會產生總(累積)量的連續變化。

    • 【在基材上發生】液滴沉積研究 ▲

      對可印刷電子產品的興趣,特別是基于紙張和紡織品的電子產品,推動了對多孔基材上膠體液滴噴墨印刷的研究。在無孔基材上,粒子運動和溶劑蒸發的相互作用決定了蒸發膠體液滴的最終沉積形態。對于多孔基材,溶劑滲入孔隙為文獻中尚未完全闡明的沉積模式增加了一層復雜性。在多孔基材上的膠體液滴沉積:粒子運動、蒸發和滲透之間的競爭的研究中,研究團隊研究了皮升大小的含有納米和微米級顆粒的水性膠體液滴在納米多孔陽極氧化鋁基材上的沉積(按需噴墨打印系統,MicroFab MJ-Al-01噴頭),研究了多孔基材上不同液滴和粒徑、相對濕度以及孔徑、孔隙率和潤濕性。對于所考慮的情況,發現溶劑滲透比接觸線附近的蒸發和粒子運動快得多,因此當基材完全吸收溶劑時,眾所周知的“咖啡環”沉積被抑制。然而,當溶劑僅被部分吸收時,滲透完成后會存在殘留的液滴體積。對于這種情況,有兩個時間尺度很重要:由于擴散和平流而導致的粒子運動到接觸線的時間tP和殘留液滴體積的蒸發時間tEI。它們的比率tP/tEI決定了咖啡環沉積是形成 (tP/tEI<1) 還是抑制 (tP/tEI>1)。

    • 【在基材上發生】納米尺度液滴的撞擊動力學研究 ▲

      納米尺度液滴鋪展與回縮動力學研究等微流體數理研究。

    • 【在溶液或介質中發生】液滴撞擊研究 ▲

      相關研究團隊采用高速視頻成像來研究影響自由懸浮的近晶液晶薄膜的幾皮升體積的微滴(由配有MicroFab的MJ-ATP-01噴頭的微液滴發生系統生成)。根據撞擊參數,特別是液滴速度和質量,觀察到三種不同的狀態,例如捕獲、回彈和隧穿??焖僖旱瓮耆┩副∧?。在它們通過薄膜后,它們被涂上一層薄膜材料,而原始的近晶薄膜保持完整。在某個中間速度范圍內的液滴從薄膜反彈回來。撞擊后,薄膜變形并將液滴拋回,消耗大量初始動能(上圖為沖擊速度為4.8m/s的液滴和具有相同速度的衛星液滴從薄膜上彈回。衛星液滴激發初級液滴的振蕩,因此當液滴具有扁長的形狀和與薄膜的短接觸線時,它可以離開近晶薄膜。圖像是減去背景的。圖像尺寸為170μm×170μm。每幀中的時間以微秒為單位,相對于液滴與薄膜的第一次接觸。)。緩慢的液滴被捕獲并嵌入薄膜中。在沖擊和隧穿過程中,會損失大量的動能。在液滴撞擊期間以及隨后的薄膜和液滴的機械振動和振蕩期間,能量被部分耗散??梢岳酶咚僖旱蔚乃泶┻^程來制備具有明確尺寸的近晶殼,其中包含幾皮升不混溶的液體。

    • 【在空中發生】氣味發生裝置(娛樂與虛擬現實) ▲

      香氣通過給游戲玩家帶來自然的氣味來增強游戲的動作。但是,香氣的使用更加深入。研究表明,香氣可用于引發恐懼,興奮和許多其他情緒。在游戲中添加此維度將創造更逼真的游戲體驗。 MicroFab創建了代號為Pinoke的原型香氣生成系統,以演示該技術在游戲環境中的緊湊性和簡便性。Pinoke型設備可能位于顯示器旁邊,正前方,甚至可能像醫生的聽診器一樣被佩戴。寫入軟件代碼的數字信號觸發香氣發生器發出精確數量的適當香氣。Pinoke頂上的莫霍克號是一個香氣盒,當香氣材料被消耗掉時,只需將其拆下并更換。 游戲原型Pinoke中的相同技術適用于電影觀看體驗。聲音徹底改變了無聲電影,香氣也改變了現代電影。香氣生成設備還將增強虛擬現實體驗。虛擬現實頭戴式耳機中的安裝設備將以輕松的方式將香氣傳遞給受訓者或游戲玩家。將氣味納入虛擬現實訓練中將使訓練環境更接近現實生活。

    • 【在空中發生】香氣發生裝置(零售和電商)▲

      互聯網或您當地的雜貨店的下一個層面將是增加香氣。想象一下在當地雜貨店的過道上走。您經過烘烤區,特別是盒裝布朗尼蛋糕區。您的運動會觸發一個傳感器,散發出新鮮出爐的巧克力蛋糕的香氣。這會誘使您購買巧克力蛋糕嗎?甚至使您渴望巧克力蛋糕嗎?與單獨包裝相比,香氣的使用可能非常有力,甚至更具說服力。 在香水行業,市場研究可能是一項艱巨的任務。通過使用香氣生成設備,公司可以以比當前方法更實惠的成本對最終用戶進行市場研究。這些工具不僅高度適用于香水行業,而且還適用于任何希望更多地了解香氣對消費者決策產生影響的行業,如:商場、酒店等。 當放置在百貨商店中并鏈接回香水制造商時,內部裝有香水產生裝置的信息亭將是一種寶貴的工具。使用信息亭的個人可以任意組合,從不同的氣味或“香精節點”中進行選擇,并在幾秒鐘內聞到新創建的香精。然后,程序可以在記錄信息并將其通過Internet發送回制造商的過程中,始終詢問消費者對所創建香水的喜好。該應用程序還可用于市場測試機構甚至研究實驗室。

    • 【在空中發生】生物氣體傳感器(阿爾茨海默氏病早期診斷) ▲

      依據2000年的美國人口調查報告顯示,全美范圍內約有450萬人患有阿爾茨海默癥,85歲以上的老年人群體中約有一半人患有阿爾茨海默癥,而且,預計2050年患病人口數將進一步攀升至1320萬人,每年阿爾茨海默癥患者的直接和間接治療費用高達1000億美元,對社會和家庭造成嚴重的影響。阿爾茨海默癥的早診斷早干預,可有效延遲疾病的發病,降低治療費用,提升患者滿意度。在對患者的研究中發現,患病初期對氣體的識別能力顯著下降,且嗅覺信息的處理與海馬體體積之間具有很強的相關性,因此可采用生物體的氣體測試有效檢測阿爾茨海默癥的發病。氣體識別測試(UPSIT)是最常見的刮嗅測試,但是其不能量化嗅覺閾值,且不同濃度溶液的制備較為繁瑣,無法用于疾病的準確預測。 嗅覺測量技術是基于數字控制的高精度噴墨點膠技術,可精準確定人的嗅覺閾值。由于特定氣味的閾值被確定為非常高的分辨率,且噴墨微分機能夠提供納摩爾數量的氣味每一滴,因此該系統可通過可互換的墨盒來散發多種氣味。通過使用試驗中使用的氣味劑的稀釋劑,該分辨率可以延長到單滴分配。 MicroFab嗅覺檢測由壓電驅動的微分配裝置組成,將少量氣味源分配到加熱元件上,揮發油通過非常低的氣流傳遞給測試者。嗅覺計帶有一個配備微處理器的控制框、液晶顯示屏和操作按鈕,具備下載測試數據的能力。檢測時,將控制器預先編程,以對數遞增的步進下降計數,并確保測試者在試驗之間有足夠的恢復時間。 實驗選用了一種玫瑰氣味劑(苯乙醇),因為它能選擇性地刺激嗅覺腦神經而不影響鼻內三叉神經末梢。另選用檸檬氣味劑(檸檬提取物)進行實驗,因為它會刺激三叉神經。第一次試驗中,小劑量的氣體(12.06 nl)傳送至測試者的輸入氣流中。在隨后的試驗中,對數衰減的氣味量(09 nl~102.5 nl)被釋放在等量的空氣中,并且由測試者報告是否聞到另一種氣味。 實驗發現,MicroFab的嗅覺檢測針對玫瑰氣味劑(苯乙醇)和檸檬氣味劑(檸檬提取物)兩種氣味,檢測靈敏度高,且發現阿爾茨海默癥患者的嗅覺閾值(89.02 nl 和74.34 nl)明顯高于帕金森氏癥患者(23.08 nl 和74.34 nl)。

    • 【在空中發生】爆炸物探測器校準 ▲

      自2001年9月11日起,檢測非常低含量的非法物質(化學和生物制劑及炸藥)的需求已成為聯邦,州和地方政府機構的當務之急。在機場,邊境口岸,聯邦大樓,港口,使館和高度安全的區域中,需要能夠檢測微量上述物質的系統。在這樣的區域中已經部署了成千上萬的痕量檢測器。爆炸物代表一類重要的非法物質,而軍事爆炸物(例如TNT,RDX,PETN,HMX)是重要的子類,目前是各種痕量檢測方法所針對的重要子類。痕量檢測-檢測極少量的爆炸物-識別與爆炸物接觸的人或物。痕量檢測方法已在從手持和便攜式到臺式或門戶的各種儀器中實現。下面介紹一些最常用的檢測方法。 檢測方法從爆炸物散發的氣霧中識別信息。主要問題是在環境溫度下蒸氣壓或高炸藥濃度相當低。25°C空氣中爆炸性蒸氣的濃度范圍為千分之1到萬億分之一或更低。因此,檢測儀器要么必須采樣大量空氣,要么具有高靈敏度,首選后一種選擇。除了犬的痕量檢測外,檢測方法還可以分類為:分離方法(氣相色譜-GC,高效液相色譜-HPLC,毛細管電泳-CE),離子檢測方法(質譜-MS,離子遷移譜-IMS),振動光譜法(紅外吸收,拉曼散射等),紫外線/可見光法(發熒光的聚合物,顏色反應),免疫化學傳感器或電化學傳感器。單個“電子鼻”儀器中可以包含多個傳感器。從對當前市場上可用系統的分析來看,IMS跟蹤工具似乎非常常用,可以應用于廣泛的系統(從手持式到門戶)。 在所描述的各種方法中,尤其是在靈敏度的最新改進之后,氣霧檢測成為了最實用,最可取的檢測方法。產生已知爆炸物濃度的氣霧的現有系統是基于從固體炸藥中提取氣霧。這些系統相當大,幾乎沒有小型化的前景,動態范圍也很小。MicroFab的系統可以輕松減小尺寸,并可以作為模塊化組件制造,以包含在跟蹤檢測系統中,以進行定期自動校準。 通過產生已知濃度的爆炸性氣霧,氣霧發生器提供了一種手段來驗證現場系統的檢出限及其重新校準。IMS是氣霧痕量檢測中使用最廣泛的技術之一,但是它對由于天氣或海拔高度引起的壓力變化敏感。氣霧發生器可用于在各種操作/環境條件下重新校準IMS系統。 氣霧發生器的另一個應用領域是各種儀器之間的比較。當前,關于儀器靈敏度的唯一可用信息來自制造商。每個制造商使用不同的方法來確定和報告其儀器的靈敏度。為了能夠比較來自不同制造商的痕量檢測器,基準儀器和測試程序是必需的。 為了提高檢測極限而進行的持續研究和開發需要非常低濃度的氣霧源。期望這種氣霧源是便攜式的,因為在現場部署的大量氣霧痕量檢測器是固定的?,F有技術不是很精確,不能輕易小型化。NIST已使用MicroFab微型分配器的數據評估了采用噴墨微型分配器的氣霧發生器對幾種炸藥(RDX,TNT和PETN)提供的潛在范圍,并顯示濃度幾乎可以連續變化,范圍為每0到百分之一百萬億(v / v)。該范圍不僅涵蓋當前的檢測極限,而且還將涵蓋未來新開發的探測器靈敏度的提高。

    • 【在空中發生】氣溶膠噴射打印 ▲

        通過Inkjet噴墨打印技術實現氣溶膠生成。

    • 【在空中發生】DLLME ▲

      相關研究人員開發了一種使用基于噴墨的分散液-液微萃取 (DLLME) 結合超高壓液相色譜-串聯測定小麥中黃曲霉毒素 B1、B2、G1 和 G2(AFB1、AFB2、AFG1 和 AFG2)的新方法質譜。通過將提取溶劑(10μL)作為超細液滴(直徑約20μm)高頻注入樣品溶液中,使用按需噴射裝置(MJ-AT-01)在傳統的DLLME中形成混濁溶液。該方法使用小麥作為代表性基質進行了驗證,該基質用乙腈/水溶液進行了預處理。在研究范圍 (0.06–6 μg/kg) 內觀察到良好的線性,定量限 (0.06–0.18 μg/kg) 低于歐盟為谷物制定的最高水平。所有化合物都獲得了令人滿意的回收率,范圍為 83.2% 至 93.0%,相對標準偏差低于 4.6%。該方法簡便可靠,溶劑消耗低,代表了傳統DLLME技術發展的新方向。

    • 【在空中發生】氣溶膠表面張力研究 ▲

      氣溶膠是大氣的關鍵組成部分,在許多工業過程中發揮著重要作用。由于氣溶膠顆粒具有較高的表面積與體積比,因此它們的表面特性尤為重要。然而,直接測量氣溶膠顆粒的表面特性具有挑戰性。在這項工作中,相關研究人員描述了一種測量表面時效 <1 ms 的皮升體積液滴的表面張力的方法,方法是在從微液滴分配器(Microfab MJ-ABP-01 30μm)噴射后立即解決其形狀的動態振蕩。液滴形狀振蕩由高度時間分辨 (500ns) 頻閃成像監測,液滴表面張力可以在各種液滴尺寸(10-25μm半徑)和表面時效(低至100μs)范圍內準確檢索。該方法已針對含有氯化鈉、戊二酸和水的液滴進行了驗證,這些液滴的表面張力均不隨表面年齡而變化。將微滴分配器方法的實驗結果與使用全息光鑷方法和使用統計熱力學模型預測表面張力的5-10μm半徑液滴的互補表面張力測量進行比較。這些方法相結合,將允許研究各種液滴尺寸、成分和表面年齡的液滴表面張力。

    • 【在空中發生】液體氣溶膠的平衡吸濕性和水分輸送動力學的同時分析 ▲

      相關研究人員證明,通過對探針和樣品氣溶膠液滴的比較測量,可以高精度地檢索氣溶膠液滴的平衡吸濕響應以及水冷凝和蒸發的動力學,甚至接近飽和。描述的實驗方法,是基于帶有新設計的捕集室的電動平衡。通過使用由純水或已知濃度氯化鈉溶液組成的探針氣溶膠,可以準確測量氣相相對濕度 (RH),不確定度通常小于 0.005。通過快速控制進入腔室的氣流,可??以在 <0.5 s 的時間范圍內實現 RH 的階躍變化。使用這種方法,使用比較程序研究傳質動力學,并將結果與??理論質量通量預測進行比較。氯化鈉、硫酸銨、山梨糖醇和半乳糖的隨時間測量的質量通量用于計算作為液滴生長因子函數的液滴水活度,允許在幾秒鐘內檢索吸濕性生長曲線。介紹了與新的和已建立的吸濕性熱力學預測以及光鑷測量的比較,表明在實驗不確定性內具有良好的一致性。(微液滴發生器,Microfab MJ-ABP-01 30 μm)

    • 【在空中發生】燃料液滴蒸發動力學研究 ▲

      與使用純化石燃料相比,使用生物乙醇和汽油的混合物作為汽車燃料可凈減少有害排放物的產生。然而,燃料液滴蒸發動力學根據混合比而變化。相關研究人員使用單粒子操作技術來研究乙醇/汽油混合微滴(微液滴發生器,MicroFab MJ-APB-01)的蒸發動力學。電動平衡的使用可以在受控環境中測量單個液滴的蒸發,而光鑷有助于研究噴霧內液滴的行為。因此,兩種方法的結合非常適合獲得蒸發過程的完整圖像。他們研究了向汽油中添加不同量乙醇的影響,并觀察到乙醇含量較大的液滴需要更長的時間才能蒸發。此外,研究人員發現其方法足夠靈敏,可以觀察液滴中痕量水的存在。預測乙醇和汽油液滴在干燥氮氣中蒸發的理論模型用于解釋實驗結果。還對光鑷中其他氣溶膠的環境飽和度進行了理論估計。

    • 【在空中發生】液滴計量 ▲

      美國國家標準與技術研究院材料測量實驗室表面和微量分析科學部報告了對微滴進行高度可重復的重量和光學測量,從而深入了解按需 (DOD) 打印的基本原理。DOD 分配器內的基線流體壓力控制在 0.02 hPa 以內,從而實現了分配液滴質量的長期穩定性,觀察到的異丁醇變化接近 1% (RSD)。重量測量足夠靈敏,可以檢測并避免分配器內氣泡的不良影響。重量和光學速度測量能夠一致地確定控制操作變量基線行為的液滴動能。液滴噴射頻率、分配裝置內的流體壓力和一次分配的液滴數量以非線性方式影響質量和速度。

    • 【在空中發生】大氣物理水汽標定 ▲

      MicroFab的皮升級微液滴發生系統可用于大氣探測。液滴測量范圍2~50μm。

    • 【在空中發生】大氣化學研究 ▲

      MicroFab的皮升級微液滴發生系統可用于大氣微量氣體,氣溶膠,大氣放射性物,冰核,單顆粒物分析,氣溶膠-云交互作用等相關研究。

    • 【在空中發生】生物氣溶膠液滴(評估氣溶膠液滴群中細菌的空氣傳播存活率) ▲

      感染的空氣傳播依賴于病原體在宿主之間傳播時在氣溶膠運輸中存活的能力。了解決定空氣傳播微生物存活的參數對于減輕疾病爆發的影響至關重要。用于體外研究生物氣溶膠壽命的傳統技術具有系統性限制,無法準確表示這些顆粒在自然環境中會遇到的條件。相關研究團隊報告了一種新方法,可以對生物氣溶膠存活率作為相關環境條件的函數進行穩健的研究。該方法使用按需液滴技術(MicroFab的MJ-ABP-01噴頭,孔口直徑30μm)來生成具有定制化學和生物成分的生物氣溶膠液滴(每次試驗1到100個以上)。這些液滴陣列被電動陷阱捕獲并懸浮在受控環境室內。然后在所需的懸浮時間(小于5秒到大于24小時)后將液滴沉積在基板上。隨后可以通過在沉積后24小時計算菌落形成單位來確定細菌對霧化的反應。在第一項研究中,由初始半徑為27.8±0.08μm 的大腸桿菌MRE162細胞 (108ml-1) 懸浮液形成的液滴在30%的相對濕度下產生并長時間懸浮。在延長至1小時的時間段內測量存活率的時間依賴性。研究人員證明這種方法可以直接研究空氣生物學、大氣化學和氣溶膠物理學之間的界面,以確定可能影響空氣傳播病原體存活的因素,目的是為公共衛生和生物防御應用制定感染控制策略。 上圖(a)是CELEBS(受控電動懸浮和提取生物氣溶膠到基質)裝置主要組件的展開圖。(b)是CELEBS操作示意圖。(c,d)是相同生物氣溶膠群體懸浮和初始沉積的連續特寫圖像。與由施加到環形電極的交流波形驅動的液滴的振蕩運動相比,由于相機的快門速度較慢,懸浮液滴顯示為線條。

    • 【在空中發生】按需噴墨噴墨動力學研究 ▲

      滴點式(DOD)噴墨打印的新興應用,如印刷電子和生物打印,正導致具有復雜化學和流變特性的各種功能油墨的不斷發展,特別是粘彈性聚合物。以理想的速度和體積以及良好的可靠性形成液滴對成功的印刷至關重要。壓電式噴墨技術,在不同激勵波形參數下,可以用來研究粘彈性油墨DOD噴墨打印過程中液滴形成的動力學和性能。相關研究團隊根據四種不同的液滴形成機制,即無液滴形成、單個液滴、一個衛星液滴和多個衛星液滴。提出了一種與過程動力學相關的無因次數方法來構建液滴形成過程的工作相圖,量化液滴形成過程的過渡。系統地研究了雙極波形參數對液滴形成的影響,包括液滴速度和液滴直徑。此外,導電微線和微圖案的印刷是在形成良好的液滴下精確控制的。為全面了解粘彈性油墨按需噴墨打印過程中的液滴生成動力學提供依據,以指導生成理想的功能油墨液滴,提高噴墨打印器件的性能和功能。

    • 【在空中發生】氣動輸送 (PCP) 打印 ▲

      在當今時代,噴墨打印(IJP)技術在機械、電子甚至生物設備的制造中發揮著重要作用。然而,目前的IJP技術無法處理粘性油墨,這極大地阻礙了廣泛的工業應用。在“基于超疏水表面的氣力輸送打印”的研究中,相關研究團隊發現利用噴嘴端面的超疏水材料結合氣流的拖動和剪切作用,可以在相當低的噴射/擠出壓力下產生微米級的液滴。這種傳統IJP技術的變體稱為氣動輸送印刷(PCP),能夠處理粘性油墨。分別使用微型泵和微型壓電作為墨水擠出機的兩個PCP原型是自制的,以展示打印性能。對于使用微壓電的PCP,最大允許粘度約為 700 mPa s。此外,由于墨水擠出速度較慢,PCP過程中管道或墨水腔內的壓力和孔口處的剪切速率遠小于傳統 IJP。進行了實驗和模擬,以揭示所提出的PCP技術的機制。

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