Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Визуализация ультразвуковой насадки

Ультразвуковые сопла - это тип распылительного сопла, в котором используется высокочастотная вибрация, создаваемая пьезоэлектрическими преобразователями, воздействующими на наконечник сопла, которые создают капиллярные волны в пленке жидкости. 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 получаемой 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 [ править ]

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 доктором Харви Л. Бергером .US A 3861852 «Топливная горелка с улучшенным ультразвуковым распылителем», опубликованный 21 января 1975 года, переуступлен Харви Бергеру  .

Приложения [ править ]

Последующее использование технологии включает покрытие пробирок для забора крови, распыление флюса на печатные платы, покрытие имплантируемых стентов с лекарственным покрытием и баллонов / катетеров, покрытия для производства флоат-стекла , [3] антимикробные покрытия пищевых продуктов, [4] прецизионные полупроводниковые покрытия и покрытия для альтернативных источников энергии для производства солнечных и топливных элементов, среди прочего.

Стенты с лекарственным покрытием и баллоны с лекарственным покрытием [ править ]

Фармацевтические препараты, такие как сиролимус (также называемый рапамицином) и паклитаксел, используемые с наполнителем или без него, наносят 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 [ править ]

Исследования показали, что ультразвуковые сопла могут быть эффективно использованы для производства топливных элементов с протонообменной мембраной . Чернила обычно используемые являются платина - углерод суспензия, в которой платина действует как катализатор внутри клетки. Традиционные методы нанесения катализатора на протонообменную мембрану обычно включают трафаретную печать.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 [ править ]

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 нанопроволоки Ag (AgNW) в сочетании с графеном являются многообещающей превосходной альтернативой TCF по сравнению с ITO. [10] Предыдущие исследования сосредоточены на методах нанесения покрытий методом центрифугирования и прутков, которые не подходят для TCF большой площади. Многоступенчатый процесс с использованием ультразвукового распыления оксида графена и обычного распыления AgNW с последующим нанесением гидразина.Уменьшение паров с последующим нанесением верхнего покрытия из полиметилметакрилата (ПММА) привело к отслаиванию TCF, который можно масштабировать до большого размера. [11]

Углеродные нанотрубки [ править ]

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

Спрей фоторезиста на мем-пластинах [ править ]

Микроэлектромеханические системы (МЭМ) [14] представляют собой небольшие микропроцессорные устройства, сочетающие электрические и механические компоненты. Устройства различаются по размеру от менее одного микрона до миллиметров, функционируют индивидуально или в виде массивов для определения, управления и активации механических процессов в микромасштабе. Примеры включают датчики давления, акселерометры и микродвигатели. Изготовление МЭМ включает нанесение однородного 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 использованием методов нанесения покрытия методом центрифугирования 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 [ править ]

Благодаря тому, что ультразвуковые форсунки не засоряются, 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 в процессах пайки волной припоя весьма успешным . Вязкость почти всех флюсов, представленных на рынке, полностью соответствует возможностям технологии. При пайке весьма предпочтителен флюс без очистки. Но если применяется чрезмерное количество, процесс приведет к образованию коррозионных остатков на нижней части узла схемы. [18]

Солнечные батареи [ править ]

И фотоэлектрические, и сенсибилизированные красителями солнечные технологии 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 использованием ультразвуковых форсунок. В усилиях по снижению производственных затрат на солнечные элементы , которые традиционно выполняются с использованием периодического метода фосфорилхлорида или метода POCl 3 , было показано, что использование ультразвуковых сопел для нанесения тонкой пленки на водной основе на кремниевые пластины может эффективно использоваться в качестве процесс диффузии для создания слоев N-типа с однородным поверхностным сопротивлением. [19]

Пиролиз ультразвуковым распылением [ править ]

Ультразвуковой пиролиз распылением - это метод химического осаждения из паровой фазы (CVD), используемый для формирования различных материалов в виде тонких пленок или наночастиц . Материалы-прекурсоры часто производятся золь-гель методами, и примеры включают образование водного нитрата серебра, [20] синтез частиц диоксида циркония [21] и изготовление катодов SOFC топливных элементов на твердом оксиде . [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, удлинения ультразвукового сопла (как показано на рисунке и обозначено - High Temperature Ultrasonic) Сопло) [ необходима ссылка ], например, съемный наконечник (наконечник скрыт под кожухом вихревого воздуха, обозначенным №2) [ необходима цитата ] , были разработаны для воздействия высоких температур при одновременной защите тела (обозначено №1) [ необходима цитата ] ультразвукового сопла, содержащего термочувствительный пьезоэлектрическийэлементы, как правило, вне распылительной камеры или с помощью других средств изоляции. [24]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Ланг, Роберт (1962). «Ультразвуковое распыление жидкостей». Журнал акустического общества Америки . 34 (1): 6. Bibcode : 1962ASAJ ... 34 .... 6L . DOI : 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 (2013-10-10). «Sono-Tek нацелен на безопасность пищевых продуктов» . Таймс Геральд-Рекорд .
  5. ^ Бергер, Харви. «Директор по технологиям» . Европейская технология медицинского оборудования . Проверено 7 февраля 2014 .
  6. ^ Уиллер, D; Свердруп, Г. (март 2008 г.). «Состояние 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 энергетической устойчивости Asme 2011 и 9-й конференции по науке, технике и технологиям топливных элементов . ESFUELCELL 2011-54369: 637–644. DOI : 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 ... 196.8500M . DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2011.06.024 .
  9. ^ ZB Zhoua, RQ Cuia, QJ Panga, YD Wanga, FY Menga, TT Suna, ZM Dingb, XB Yub, 2001, " [1] ," Получение пленок оксида индия и олова и пленок легированного оксида олова с помощью процесса ультразвукового распыления CVD , Том 172, Выпуски 3-4
  10. ↑ Ён Су Юн, До Хён Ким, Бона Ким, Хён Хо Пак, Хён-Джун Джин, 2012, « [2] ,« Прозрачные проводящие пленки на основе гибридов нанопроволок оксида графена и серебра с высокой гибкостью, Синтетические металлы, Том 162, Вып. 15–16, страницы 1364–1368
  11. ↑ Young-Hui Koa, Ju-Won Leeb, Won-Kook Choic, Sung-Ryong Kim, 2014, « [3] ,« Ультразвуковое напыление оксида графена и Ag-нанопроволока для приготовления гибких прозрачных проводящих пленок », Химическое общество Японии
  12. ^ Маджумдер, Майнак; и другие. (2010). «Понимание физики напыления пленок SWNT». Химическая инженерия . 65 (6): 2000–2008. DOI : 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. DOI : 10.1016 / j.solmat.2008.10.026 .
  14. ^ "Микроэлектромеханические системы (МЭМС)" .
  15. ^ "Перенос образца" .
  16. ^ «Полупроводниковая литография (фотолитография) - основной процесс» .
  17. ^ «Процесс нанесения фоторезистивной композиции на подложку» .
  18. ^ Rathinavelu, Umadevi. «Влияние неочищенных остатков флюса на характеристики акрилового конформного покрытия в агрессивных средах» (PDF) . IEEE.
  19. ^ Voyer, Екатерина (7 июня 2004). «Оценка источников легирующих примесей и методов осаждения, подходящих для проточной диффузии в фотоэлектрической промышленности» . 19-я Европейская конференция по фотоэлектрической энергии : 848.
  20. ^ Кальян С. Пингали, Дэвид А. Rockstraw и Shuguang Дэн, 2005, « Серебряные Наночастицы от Ultrasonic Spray пиролиза водного раствора нитрата серебра ,» Аэрозоль науки и техники, 39: 1010-1014
  21. ^ YL Song, SC Tsai, CY Чен, TK Цзэн, CS Tsai, JW Chen и YD Yao, 2004, " Ультразвуковой спрей Пиролиз для синтеза сферических частиц диоксида циркония " Журнал Американского керамического общества , Vol.87, No. 10
  22. ^ Ход Амани Хамедани, 2008, Исследование параметров напыления в ультразвуковом Spray Пиролиза для изготовления ТОТЭ катода , Технологический институт Джорджии
  23. ^ Накарук, А; DS Perera (6 ноября, 2010). «Влияние температуры осаждения на пленки диоксида титана, нанесенные пиролизом ультразвукового распыления» . 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 

Внешние ссылки [ править ]

  • Дальнейшее объяснение того, как работает ультразвуковая насадка