Ультразвуковая насадка - Ultrasonic nozzle

Визуализация ультразвуковой насадки

Ультразвуковые насадки являются разновидностью форсунки который использует высокую частоту вибрация произведено пьезоэлектрический преобразователи воздействуют на наконечник сопла, что создает капиллярные волны в жидкой пленке. Как только амплитуда капиллярных волн достигает критической высоты (из-за уровня мощности, подаваемой генератором), они становятся слишком высокими, чтобы поддерживать себя, и крошечные капельки падают с кончика каждой волны, что приводит к атомизации.[1]

Основными факторами, влияющими на начальный размер образующейся капли, являются частота вибрации, поверхностное натяжение, и вязкость жидкости. Частоты обычно находятся в диапазоне 20–180 кГц, за пределами диапазона человеческого слуха, где самые высокие частоты дают наименьший размер капли.[2]

История

В 1962 году доктор Роберт Лэнг продолжил эту работу, по сути доказав корреляцию между размером его распыленной капли и длиной волны жидкости Рэлея.[1] Ультразвуковые форсунки были впервые коммерциализированы Dr. Харви Л. Бергер.США A 3861852, «Топливная горелка с улучшенным ультразвуковым распылителем», опубликовано 21 января 1975 г., поручено Харви Бергеру. .

Приложения

Последующее использование технологии включает покрытие пробирок для забора крови, распыление флюса на печатные платы, нанесение покрытия на имплантируемые лекарственные средства. стенты и баллоны / катетеры, Стеклянный поплавок изготовление покрытий,[3] антимикробное покрытие пищевых продуктов,[4] прецизионные полупроводниковые покрытия и покрытия из альтернативных источников энергии для производства солнечных и топливных элементов.

Стенты с лекарственным покрытием и баллоны с лекарственным покрытием

Фармацевтические препараты Такие как Сиролимус (также называемый рапамицином) и Паклитаксел используется с наполнителем или без него, наносится на поверхность стентов с лекарственным покрытием (DES) и баллонов с лекарственным покрытием (DCB). Эти устройства значительно выигрывают от ультразвуковых распылительных форсунок, поскольку они позволяют наносить покрытия практически без потерь. Медицинские устройства, такие как DES и DCB, из-за их небольшого размера требуют очень узкой формы распыления, распыления с низкой скоростью и воздуха под низким давлением.[5]

Топливные элементы

Исследования показали, что ультразвуковые насадки можно эффективно использовать для производства Топливные элементы с протонообменной мембраной. Обычно используются чернила платина -углерод суспензия, в которой платина действует как катализатор внутри элемента. Традиционные методы нанесения катализатора на протонообменная мембрана обычно включают снимок экрана или доктор-лезвия. Однако этот метод может иметь нежелательные характеристики ячейки из-за тенденции катализатора образовывать агломерации, что приводит к неравномерному потоку газа в ячейке и не позволяет катализатору полностью обнажиться, что создает риск абсорбции растворителя или жидкости-носителя. в мембрану, что снижает эффективность обмена протонов.[6] При использовании ультразвуковых форсунок распылитель можно сделать настолько сухим, насколько это необходимо, за счет небольшого и однородного размера капель, варьируя расстояние, на которое перемещаются капли, и прикладывая слабый нагрев к субстрату, чтобы капли высыхали в воздух до достижения субстрата. Инженеры-технологи лучше управляют этими типами переменных, чем другие технологии. Кроме того, поскольку ультразвуковое сопло передает энергию суспензии непосредственно перед и во время распыления, возможные агломераты в суспензии разрушаются, что приводит к однородному распределению катализатора, что приводит к более высокой эффективности катализатора и, в свою очередь, топливного элемента.[7][8]

Прозрачные проводящие пленки

Технология ультразвукового распылителя использовалась для создания пленок оксида индия и олова (ITO) при формировании прозрачных проводящих пленок (TCF).[9] ITO имеет отличную прозрачность и низкое сопротивление листа, однако это дефицитный материал, склонный к растрескиванию, что не делает его хорошим кандидатом для новых гибких TCF. С другой стороны, графен может быть превращен в гибкую пленку, обладающую высокой проводимостью и высокой прозрачностью. Сообщается, что Ag нанопроволоки (AgNW) в сочетании с графеном являются многообещающей превосходной альтернативой TCF по сравнению с ITO.[10] Предыдущие исследования были сосредоточены на методах нанесения покрытия центрифугированием и стержнем, которые не подходят для TCF большой площади. Многоступенчатый процесс с использованием ультразвукового распыления оксида графена и обычного распыления AgNW с последующим гидразин сокращение паров с последующим применением полиметилметакрилат Верхнее покрытие (PMMA) привело к отслаиванию TCF, который можно масштабировать до большого размера.[11]

Углеродные нанотрубки

Тонкие пленки УНТ используются в качестве альтернативных материалов для создания прозрачных проводящих пленок (слоев TCO).[12] для сенсорных дисплеев или других стеклянных подложек, а также активных слоев органических солнечных элементов.[13]

Аэрозоль фоторезиста на вафли mems

Микроэлектромеханические системы (МЭМ)[14] представляют собой небольшие устройства, изготовленные из микропроцессоров, которые объединяют электрические и механические компоненты. Устройства различаются по размеру от менее одного микрона до миллиметров, функционируют индивидуально или в виде массивов для обнаружения, управления и активации механических процессов в микромасштабе. Примеры включают датчики давления, акселерометры и микродвигатели. Изготовление МЭМ включает нанесение равномерного слоя фоторезиста.[15] на кремниевую пластину. Фоторезист традиционно наносился на пластины при производстве ИС с использованием метода нанесения покрытия центрифугированием.[16] В сложных устройствах MEM, которые имеют протравленные области с высоким соотношением сторон, может быть трудно добиться равномерного покрытия вдоль верхней, боковых стенок и дна глубоких канавок и канавок с помощью методов нанесения покрытия центрифугированием из-за высокой скорости вращения, необходимой для удаления излишков. жидкость. Ультразвуковые методы распыления используются для распыления однородных покрытий фоторезиста на устройства MEM с высоким соотношением сторон и могут минимизировать использование и избыточное распыление фоторезиста.[17]

Печатные платы

Незабиваемость ультразвуковых форсунок, создаваемые ими маленькие и однородные капли, а также тот факт, что факел распыления может быть сформирован с помощью жестко контролируемых устройств для формирования воздуха, делают их применение весьма успешным. пайка волной процессы. Вязкость почти всех флюсов, представленных на рынке, полностью соответствует возможностям технологии. В пайка, флюс "без очистки" является весьма предпочтительным. Но если применяется чрезмерное количество, процесс приведет к образованию коррозионных остатков на нижней части узла схемы.[18]

Солнечные батареи

Фотоэлектрические и солнечные технологии, чувствительные к красителям, требуют применения жидкостей и покрытий в процессе производства. Поскольку большинство этих веществ очень дороги, любые потери из-за чрезмерного распыления или контроля качества сводятся к минимуму с помощью ультразвуковых форсунок. Стремясь снизить производственные затраты на солнечная батарея, традиционно выполняется с использованием пакетной фосфорилхлорид или POCl3 Было показано, что использование ультразвуковых сопел для нанесения тонкой пленки на водной основе на кремниевые пластины может эффективно использоваться в качестве процесса диффузии для создания слоев N-типа с однородным поверхностным сопротивлением.[19]

Пиролиз ультразвуковым распылением

Ультразвуковой распылительный пиролиз это химическое осаждение из паровой фазы (CVD) метод, используемый при формировании различных материалов в тонкая пленка или же наночастица форма. Материалы-прекурсоры часто производятся золь-гель методы и примеры включают образование водного нитрата серебра,[20] синтез частиц диоксида циркония,[21] и изготовление твердооксидный топливный элемент Катоды ТОТЭ.[22]

Высокотемпературное ультразвуковое сопло

Распыленный спрей, производимый ультразвуковым соплом, подвергается воздействию нагретой подложки, обычно в диапазоне от 300 до 400 градусов C.[23] Из-за высоких температур распылительной камеры удлинители ультразвуковой форсунки (как показано на рисунке и обозначены - высокотемпературная ультразвуковая форсунка)[нужна цитата ] например, съемный наконечник (наконечник скрыт под кожухом вихревого воздуха, обозначенным # 2)[нужна цитата ] были разработаны, чтобы подвергаться воздействию высоких температур при одновременной защите тела (помечены # 1)[нужна цитата ] ультразвукового сопла, содержащего термочувствительный пьезоэлектрический элементы, как правило, вне распылительной камеры или с помощью других средств изоляции.[24]

Рекомендации

  1. ^ а б Ланг, Роберт (1962). «Ультразвуковое распыление жидкостей». Журнал акустического общества Америки. 34 (1): 6. Bibcode:1962 г.ASAJ ... 34 .... 6L. Дои:10.1121/1.1909020.
  2. ^ Бергер, Харви (1998). Теория и применение ультразвукового распыления жидкости. Гайд-Парк, Нью-Йорк: Издательство Партридж-Хилл. п. 44. ISBN  978-0-9637801-5-7.
  3. ^ Дэвис, Нэнси (февраль 2005 г.). «Ультразвуковой распылитель для производства стекла» (PDF). Журнал Glass.
  4. ^ ДиНаполи, Джессика (10.10.2013). «Sono-Tek нацелен на безопасность пищевых продуктов». Таймс Геральд-Рекорд.
  5. ^ Бергер, Харви. «Директор по технологиям». Европейская технология медицинского оборудования. Получено 7 февраля 2014.
  6. ^ Уиллер, Д; Свердруп, Г. (март 2008 г.). «Статус производства: топливные элементы с полимерно-электролитной мембраной (PEM)» (PDF). Технический отчет. NREL / TP-560-41655: 6. Дои:10.2172/924988.
  7. ^ Энгл, Робб (2011-08-08). «МАКСИМАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАТИНОВОГО КАТАЛИЗАТОРА С помощью УЛЬТРАЗВУКОВОГО РАСПЫЛЕНИЯ» (PDF). Труды 5-й Международной конференции по устойчивому развитию энергетики Asme 2011 и 9-й конференции по науке, технике и технологиям топливных элементов. ESFUELCELL 2011-54369: 637–644. Дои:10.1115 / FuelCell2011-54369. ISBN  978-0-7918-5469-3.
  8. ^ Миллингтон, Бен; Винсент Уиппл; Бруно Дж. Полле (2011-10-15). «Новый метод изготовления электродов топливных элементов с протонообменной мембраной методом ультразвукового напыления». Журнал источников энергии. 196 (20): 8500–8508. Bibcode:2011JPS ... 196,8500 млн. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2011.06.024.
  9. ^ З.Б. Zhoua, R.Q. Cuia, Q.J. Панга, Ю. Ванга, Ф. Менга, Т.Т. Суна, З.М. Дингб, X.B. Юб, 2001 г. "[1]," Получение пленок оксида индия и олова и пленок легированного оксида олова с помощью процесса CVD с ультразвуковым напылением, Том 172, Выпуски 3-4.
  10. ^ Ён Су Юн, До Хён Ким, Бона Ким, Хён Хо Пак, Хён-Джун Джин, 2012 г. "[2]," Прозрачные проводящие пленки на основе гибридов нанопроволок оксида графена / серебра с высокой гибкостью, Synthetic Metals, Volume 162, Issues 15–16, Pages 1364–1368
  11. ^ Ён-Хи Коа, Джу-Вон Лееб, Вон-Кук Чойк, Сон-Рён Ким, 2014 г. "[3]," Оксид графена с ультразвуковым напылением и нанопроволока Ag с воздушным напылением для получения гибких прозрачных проводящих пленок, Химическое общество Японии
  12. ^ Маджумдер, Майнак; и другие. (2010). «Понимание физики напыления пленок SWNT». Химическая инженерия. 65 (6): 2000–2008. Дои:10.1016 / j.ces.2009.11.042.
  13. ^ Steirer, K. Xerxes; и другие. (2009). «Ультразвуковое напыление для производства органических солнечных элементов». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 93 (4): 447–453. Дои:10.1016 / j.solmat.2008.10.026.
  14. ^ «Микроэлектромеханические системы (МЭМС)».
  15. ^ «Перенос по образцу».
  16. ^ «Полупроводниковая литография (фотолитография) - основной процесс».
  17. ^ «Процесс нанесения фоторезиста на подложку».
  18. ^ Ратинавелу, Умадеви. «Влияние неочищаемых остатков флюса на характеристики акрилового конформного покрытия в агрессивных средах» (PDF). IEEE.
  19. ^ Войер, Кэтрин (7 июня 2004 г.). «Оценка источников легирующей примеси и методов осаждения, подходящих для проточной диффузии в фотоэлектрической промышленности». 19-я Европейская конференция по фотоэлектрической энергии: 848.
  20. ^ Каляна К. Пингали, Дэвид А. Рокстроу и Шугуан Дэн, 2005 г. "Наночастицы серебра в результате пиролиза водного нитрата серебра с помощью ультразвукового распыления," Наука и технология аэрозолей, 39: 1010-1014
  21. ^ Ю. Л. Сонг, С. К. Цай, К. Ю. Чен, Т. К. Ценг, К. С. Цай, Дж. В. Чен и Ю. Д. Яо, 2004 г. "Ультразвуковой распылительный пиролиз для синтеза сферических частиц диоксида циркония " Журнал Американского керамического общества, Том 87, № 10
  22. ^ Хода Амани Хамедани, 2008 г., Исследование параметров осаждения при пиролизе ультразвуковым распылением для изготовления твердооксидного катода топливного элемента, Технологический институт Джорджии
  23. ^ Накарук, А; Д.С. Перера (6 ноября 2010 г.). «Влияние температуры осаждения на пленки диоксида титана, нанесенные пиролизом ультразвуковым распылением». Интернет-журнал материалов AZo.
  24. ^ Карстенс, Джеймс (1993). Электрические датчики и преобразователи. Регенты / Прентис Холл. С. 185–199. ISBN  978-0132496322.

Бергер, Харви Л. Ультразвуковое распыление жидкости: теория и применение. 2-е изд. Гайд-парк: Партридж-Хилл, 2006. 1-177.

Лефевр, Артур, Распыление и распыление, Полушарие, 1989, ISBN  0-89116-603-3

внешняя ссылка