Ультразвуковая насадка - Ultrasonic nozzle - Wikipedia
Эта статья содержит контент, который написан как Реклама.Апрель 2014 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) ( |
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
Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка.Апрель 2014 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) ( |
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]
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
- ^ 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.
- ^ Бергер, Харви (1998). Теория и применение ультразвукового распыления жидкости. Гайд-Парк, Нью-Йорк: Издательство Партридж-Хилл. п. 44. ISBN 978-0-9637801-5-7.
- ^ Дэвис, Нэнси (февраль 2005 г.). «Ультразвуковой распылитель для производства стекла» (PDF). Журнал Glass.
- ^ ДиНаполи, Джессика (10.10.2013). «Sono-Tek нацелен на безопасность пищевых продуктов». Таймс Геральд-Рекорд.
- ^ Бергер, Харви. «Директор по технологиям». Европейская технология медицинского оборудования. Получено 7 февраля 2014.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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
- ^ 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
- ^ Маджумдер, Майнак; и другие. (2010). «Понимание физики напыления пленок SWNT». Химическая инженерия. 65 (6): 2000–2008. Дои:10.1016 / j.ces.2009.11.042.
- ^ 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.
- ^ «Микроэлектромеханические системы (МЭМС)».
- ^ «Перенос по образцу».
- ^ «Полупроводниковая литография (фотолитография) - основной процесс».
- ^ «Процесс нанесения фоторезиста на подложку».
- ^ Ратинавелу, Умадеви. «Влияние неочищаемых остатков флюса на характеристики акрилового конформного покрытия в агрессивных средах» (PDF). IEEE.
- ^ 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.
- ^ 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
- ^ 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
- ^ Хода Амани Хамедани, 2008 г., Исследование параметров осаждения при пиролизе ультразвуковым распылением для изготовления твердооксидного катода топливного элемента, Технологический институт Джорджии
- ^ Накарук, А; Д.С. Перера (6 ноября 2010 г.). «Влияние температуры осаждения на пленки диоксида титана, нанесенные пиролизом ультразвуковым распылением». Интернет-журнал материалов AZo.
- ^ 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