TW200911380A - An electrostatic spraying device and a method of electrostatic spraying - Google Patents

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200911380 九 發明說明 5 10 15 20 【發明所屑之技術領織】 本發明有關靜電嘴霧裝置及靜電喷霧方去 t先前技術:J 在傳統靜電霧化或電噴霧技術中， 本上傳導性大於W，為以―施加電^液體表面，基 約l〇6V/m的狀況。當在流體表面上之靜電基本上在 張力時，產生«。最安定之謂方體表面 其中在靜電及表面張力間的平衡造喷射模式， 形’由其頂端發射出-液體噴射 j %(Tayi〇r)錐 生在-財寵夕”， 之錐形噴射僅發 在特疋祀圍之液體流動速率及施加電壓。 =速率為低於安定錐形·喷射所需者，則產生1他喷霧= 式’包括滴落、電滴落及纺錄模式。 、 廣泛用於電噴霧離子源質譜分析之特定電喷 如述於Int. J. Mass Spectr〇m 丨 〆 P m· I〇n processes 1994 » 136 > -180，已知為奈米電 率可霧4電儒的特性為流動速 千J糟由施加電璧及瞢缒/ .成何形狀說明，特別是出口直徑。 此具有的優點為電嘖霰可+土 液體至出口 料或閥下由—儲器驅動 . p 方法以控制噴出或沉積小體積流體的 :二由 J.A_〇1Sci2〇〇7,38 3 流體圖案化表_可期待技術。 者^緣流體的靜電嘴霧中，具有傳導性小於的加 者，其固有的傳導性A_ 體觀察到之傳統電於如前述的較高傳導性之流 噴霧特性的方式中，在施加之電壓下不 5 200911380 足以產生一足夠大的表面電荷。然而，已顯示若使用一特 定之電極幾何，例如使用一削尖的針為一浸入流體中的電 極，則可能注入電荷至絕緣流體中以允許液體進行噴霧及 噴射，如述於j. Appl. Phys.，1976，47，5，1964-1969。在 此方式中，可以相似於傳統電噴霧觀察到之模式可發展足 夠的表面m霧介電質液體。此電荷注人機制未限制 於-高電壓電源且包括但未限制為摩擦電產生之電荷及壓 電式裝置。 10 由 j· APpl. Phys. 1998，64，4278_4284亦已知對於絕緣 流體’當電壓為低於產生—安定錐形·噴射型模式所需要者 時，液體液錐可在半安㈣形_傭及_變形液滴間經歷振 盪。此導致在一由液體表面間歇發射之流體小滴的脈衝喷 霧。脈衝的產生需要一恒定之流體流動速率，其由一泵戋 一加壓流體提供。 15 在其他已知之靜電霧化或電喷霧技術，當電壓或充電 電流施加至被噴霧之液體時，電喷霧持續發生。可㈣霧 之液體體積的控制因此相對限制，因為任何在電壓哎\ 電流施加之時間的變化可直接影響喷霧液體的體積:、充電 絕緣流體靜電噴霧的已知方法具有的缺點在於為 2〇始及停止喷霧，需要開始及停止泵之方法。此不可:料 控制泉的開始及停止。在此U中， 流關閉，此泵將持續傳逆^ X充電電 * ’得送液體至官出口或噴霧 滴落。此意職體噴叙精密㈣為不可能的。-導致 明内】 200911380 本發明第一態樣提供一靜電噴霧裝置，其用於在脈衝中 分配一控制體積之實質非傳導之液體，此裝置包含一具有 一噴霧區域的發射器，由該喷霧區域可喷霧液體。一用以 將電荷注入液體的裝置，故在使用時，液體藉靜電力傳送 5 至噴霧區域且當注入電荷時在至少一脈衝發生靜電喷霧， 且此裝置較佳未包括一機械泵或任何加壓液體之其他裝 置。 此具有的優點為靜電喷霧裝置提供可信賴之喷霧非傳 導液體小滴脈衝，其可精確的開始及停止。 10 本發明第二態樣提供一靜電噴霧之方法，該方法包含 提供一發射器以容納一實質非傳導液體。此發射器具有一 喷霧區域並注入電荷至該液體中，由該處液體可被喷霧， 故此液體可藉由靜電力傳送至喷霧區域而未使用一機械泵 或加壓液體的裝置，且其中在施加電場或充電電流時，選 15 定在脈衝中引起靜電喷霧之電場強度或充電電流、液體黏 度及電極幾何學與發射器幾何學。 不論正或負電荷可注入液體或流體中。 可選擇地，注入電荷至液體或流體的裝置為一尖點導 體如一金屬針或梢，具有一錐化或削尖之尖點。此幫助電 20 荷注入作用，特別是對非傳導流體或液體。 可選擇地，此尖點可完全浸潰入液體中。此尖點亦可 位於發射器中。此尖點因此不會由發射器之孔洞突出。此 發射器可為一具有孔洞或開口之穴部或毛細管。此尖點亦 可位於穴内側且因此未延長通過穴之孔洞，亦即在孔洞 7 200911380 前。此改良電荷注入作用，故改良脈衝或發射出之液滴的 規則性與可靠性且亦可減少喷射或液滴破裂為較小及較不 規則的小滴之發生。此可能對於非傳導流體或液體特別重 要。 5 依本發明第三態樣，其提供一電噴霧裝置，其包含： 一發射器以容納液體，該發射器具有一喷霧區域，由該區 域可喷霧液體；用於施加隨時間變化之電場或充電電流至 液體的裝置；其中，在電場或充電電流施加時，當隨時間 變化之電場或充電電流的強度大於一閥值強度時，電喷霧 10 以脈衝發生；且其中當電喷霧發生時，液體由靜電力拉回 至喷霧區域；及其中，在使用時，該隨時間變化之電場或 充電電流強度為非〇。 此具有的優點為靜電喷霧裝置提供喷霧液體小滴的可 靠脈衝以形成精準控制體積之喷霧液體。 15 較佳地，隨時間變化之電場或充電電流的強度可變化， 故一或更多之電噴霧脈衝可在第一時間週期期間發射，及 一或更多之電喷霧脈衝可在第二時間週期期間發射；其中 第一時間週期中脈衝發射速率為不同於第二時間週期中脈 衝發射速率。 20 較佳地，第一時間週期的長度為實質相同於第二時間 週期的長度。 較佳地，提供一變化時間長度的裝置，電場或充電電 流強度為高於閥值強度。 較佳地，電場或充電電流強度當高於閥值強度時，為 200911380 實質恒定。 依本發明之第四態樣，其提供一電喷霧之方法，其包 含：提供一發射器以容納液體，該發射器具有一噴霧區域， 液體可由該區域噴出；提供液體至該發射器；對該液體施 5 加一隨時間變化之電場或充電電流；其中該隨時間變化之 電場或充電電流強度造成電喷霧在脈衝中發生，同時電場 或充電電流為大於一閥值強度；且其中當電喷霧發生時， 液體藉靜電力拉至喷霧區域；及 其中，在使用中，該隨時間變化之電場或充電電流強 10 度為非-〇。 可選擇地，該方法亦可用於傳導執道的製造。 有利地，隨時間變化之電場或充電電流的強度可變 化，故一或更多之電喷霧脈衝可在第一時間週期期間發 射，及一或更多之電喷霧脈衝可在第二時間週期期間發 15 射；其中第一時間週期中之脈衝發射速率為不同於第二時 間週期中之脈衝發射速率。 可選擇地，本發明方法包含在恒定週期週率中變化電 場或充電電流強度，當強度大於閥值值時，工作週率為可 變的。 20 圖式簡單說明 本發明之實施例將配合圖式說明，其中： 第1圖為依本發明之第一態樣的裝置之側剖面示意圖； 第2A圖為依本發明第一態樣在液體靜電噴霧期間一拉 伸玻璃喷嘴的側視圖； 9 200911380 第2B圖為依本發明第一態樣之一基材在接受液體靜電 喷霧後的平面圖； 第3圖顯示使用本發明第一態樣在一特定注入電極及 喷嘴幾何學，液滴發射頻率與施加的電壓的關係圖； 5 第4圖顯示依本發明第一態樣當噴霧時，以不同喷嘴大 小而獲得之液滴發射頻率範圍之圖； 第5圖為本發明第二實施例之裝置的側視剖面示意圖； 第6A、6B及6C圖為本發明第三實施例之裝置的側視剖 面示意圖； 10 第7圖為使用本發明第三實施例之裝置產生之液體靜 電喷霧圖像； 第8圖為本發明第四實施例之裝置的側視剖面示意圖； 第9圖為本發明第五實施例之裝置的側視剖面示意圖； 第10圖為本發明第六實施例之裝置的側視剖面示意 15 圖； 第11圖為本發明第七實施例之裝置的側視剖面示意 圖， 第12圖為本發明第八實施例之裝置的側視剖面示意 圖， 20 第13圖顯示一系列喷霧小滴，其說明由相同的喷嘴發 射器幾何以不同的施加電場或或充電電流得到的發射液滴 體積之變化； 第14圖為本發明第九實施例之裝置的側視剖面示意 圖， 10 200911380 第lb圖為本發明第十實施例之側視剖面示意圖，僅用 以例示說明用； 第3a及3b圖顯示在第一模式中電流(說明電喷霧脈衝） 相對時間之圖； 5 第15圖顯示在第一模式中電流（說明電噴霧脈衝)相對 時間之圖； 第16圖顯示在第一模式中電流（說明電喷霧脈衝)相對 時間之圖； 第17圖顯示在第二模式中電流（說明電喷霧脈衝)相對 10 時間之圖； 第7a、7b及7c圖顯示在第三模式中電流(說明電喷霧脈 衝)相對時間之圖； 第18圖顯示本發明具有一整合電極之第11實施例； 第19圖顯示液滴沉積於一紙基材的相片； 15 第20圖顯示液滴沉積於一乙酸醋基材的相片；及 第21圖顯示液滴沉積於一石夕基材的相片。 【實施方式3 第1圖顯示一靜電喷霧裝置1。一發射器管2能容納被電 喷霧之液體3。此管2具有一圓形孔洞或開口 29，液體3可由 20 該孔洞或開口 29喷霧。管2做為液體3之液體儲器。液體3為 一低傳導性或實質非傳導液體，亦即實質絕緣液體。可替 代地，液體3亦可為一傳導液體。然而，下文提供之實施例 為討論實質非傳導液體的使用。 一發射器管2容納被電喷霧之液體3。此管2具有一孔洞 11 200911380 或開29液體3可由該孔洞或開口 29喷霧。此孔洞較佳為 圓升V。官2做為液體3之液體儲器。液體3為一低傳導性或奋 貝非傳導液體，亦即實質絕緣液體。 此貫質非傳導液體較佳具有少於l(T8S/m之傳導性，且 5可具有一小於l0-6s/m之料性。液體3可為一介電質液 體實貝非傳導及絕緣等詞為意指具有低於傳導性 的液體，或可選擇地，為低於1〇-8—。 為針4形式之電極與被喷霧之液體3接觸。此針4具有 大端4a錐化至_尖點。此尖^4a在管中相鄰於開口 μ。 1〇針4與管2之縱轴對準，且尖端如在開口 29的中心。此針4較 佳由2屬製成。當-電麼施加至針4時，尖端如可發射正或 2電何至液體3中。此電荷可為電子（負電荷）或由捕捉電子 1成(正電荷）。電荷注入至液體3可被視為一充電電流。 -基材電極10於距發射之開口 29的適# 15置，基本上等級。此基材電極厚之2cm X 2cm尺寸之固態方形塊，其對準發射器管2之縱轴。基材 電極10為接地的。 20 间電壓電源5’能供應任—極性之電壓，為連接至金 屬電極4。此高電Μ電源5可提供恒定電维即叫至該液 體。提供之電壓依一選定值不同。 集基材9由發射器 集基材9及基材電 一集基材9置於基材電極10之上部 管2接受脈衝電喷霧小滴。 —電碯化之高精密移動平台υ支撑 極〗〇,且可在垂直喷霧方向移動電極1〇。 12 200911380 基材表面可以粒子或分子之預組成單層塗覆，及/或以 粒子或分子的預組成之次單層塗覆。此基材可為—絕緣 體、一半導體或一導體。此基材可特別是矽。 發射器管2、基材電極10及集基材9可容納於一接地之 不鏽鋼真空室中以允許變化周圍的氣體壓力，且尤其是降 液錐可為延伸至開：= 10 15 20 液體液錐及靜電產生的小滴二:顯振盪 叹細相機7觀察到，由一冷光源6照明。、電也裝置 流監_置12.^7體的里可精由—連接至發射器管2的電 J裝置12測置，以經由液體測量電流。 時，^霧9裝置1為—未加壓的系統，意指當此裝置使用 產生且：發。此靜電力藉由在流體内注入的電荷 2自由電荷，電場在流體表面及在流體本身内呈現。 -或2嘴霧裝置1構造為在不連續的脈衝中喷霧液體3, 當之液體3脈衝在電壓施加至針4時的週期内嗔霧。 時1霧脈衝自動發生。^開始及停止施加電壓 何以喷霧發生選擇液體黏度、電極及發射器幾 出液體近最小安定之嘴霧流速的流速下靜電果 何選揮。亦綠㈣w、電㈣發射器幾 擇此電拥度或充《流。_電_如使靜電嘴 13 200911380 霧以脈衝發生，而無一恒定電暈放電。對於特定之發射器 孔洞直徑或液壓阻力下，對於一高液體黏度，電場強度或 注入電荷速率可較高。對一較低液體黏度，可使用一較低 充電電流。對於較小之發射器孔洞直徑或較低液壓阻力 5 下，電場強度或注入的電荷量對於特定黏度則需較高，或 此黏度對於一特定電埸強度或注入電荷電流需較低。此些 關係可應用至所有描述的實施例。 在靜電噴霧裝置1中可使用許多不同液體。室温傳導性 可在一微小的傳導性至高至l(T6S/m範圍間。亦可使用低傳 10 導性冷凍液體如液態氮，液態氨、液態氫或液態氧。可使 用lxl(T4至100 Pa.s之黏度。 此靜電噴霧裝置1可用於做為一印表機，以喷霧一墨水 或列印於晶片或基材上。 此靜電喷霧裝置具有特別的優點為液體脈衝的開始及 15 停止可非常精準的控制。此係因為當電荷被注入流體3内 時，液體僅由毛細管出口流出並由管1發射。 電荷可以數種方式注入低-傳導性或絕緣流體中，包括 但未限制為由一尖銳金屬電極在高電壓注入，由一壓電式 電荷注入裝置或摩擦電之充電機制注入。電荷注入製程的 20 開始及停止可非常精確的控制。 此些不同充電機制可用於任何描述之實施例中。 當施加一恒定，亦即非-脈衝之充電電流或電場時，產 生喷出流體之不連續的脈衝。每一喷霧脈衝之液體量與施 加電場或充電電流之時間無關。當不連續的脈衝需喷射出 14 200911380 時，且當電場或充電電流 霧脈衝可開啟及關閉恒 才裝置1發射-連串靜電噴 或充電電流的開啟或關門太^場或充電電流以控制。電場 當施加-恒定電場或充;電=直:二。此裝置構造為 的模式。靜電喷霧脈衝的形T自勒產生脈衝 電場或充電電流㈣裝置〜、…任何機械控制裝置或 噴霧之流體脈衝，亦即、小滴此提供非常一致且均一的靜電 10 15 20 連續::!霧=更二有:點為每 *管及被喷霧之表面間相預=之液體。若 -連串不連續的點，其 、!以表面將接收到 印或其他應用。此較::隔。提供連串的點可利於列 但亦可藉由編娜面而達成， 電場裝置可產生-脈衝電場或充電電流。每一 罨％或充電電流脈衝可— 电抓母 此靜電噴霧脈衝通常,φ3 s夕之喷霧流體的脈衝。 始，且通常當電場或充電電場,或充電電流脈衝開始時未開 衝為無關於施加電場或充結束時未結束。喷霧脈 衝或脈衝發射之體積因此依在;場度。靜電喷霧脈 的靜電讀脈衝數而〜 錢充電電流脈衝t發生 脈衝的長度。此疋且未直接有關於電場或充電電流 度，一長度一 例如，若希曾I、> 體積，在脈衝中可於设噴霧—相等於靜電喷霧脈衝體積之 ^加電場或充電電流至針4。當電場或充 15 200911380 電電流施加時，靜雷嗆哼户 ^ 静電賀務在-預定頻率之 ^不會立即開始，亦即該裝置未在電場或充電電，I啟動時 ::卩自動喷霧。電場或充電電流每-脈衝的== 允。午-料脈衝被發射.該 八 5 10 15 靜電嘴霧脈衝發射出。當施加電場或·^需要數量之） 電極及/或基材，以施…“：電電流時，可移動 置。任何數目的液體脈衝的不J 進-步脈衝前被喷霧。增加充電電=力充電電流以抑止 許液體沉義進—步㈣。办脈衝頻率，允 =的使用將配合⑴圖描述。相同的方法亦可施加至 8圖之裝置。施加一電位至液體 :管:Γ噴霧8。噴霧〜。移動平:= 定= 方向二動集基材9及基材電極ι。。此平台可保留穩 允卉或夕數個喷霧8脈衝在相同尖點衝擊基材9。 卜此系統1不具有分離開發射器管的儲器。此管2本身儲 子被噴霧之液體3。實施例9藉由供應源5的正確施加電位而 允許液體3沉積在基材9上。 可替代地，液體可儲存於與發射器管流體相連之储器 中。 11 在土材9與發射器2間的距離可變化以使沉積區域較小 或車乂大依在噴霧小滴上的電荷量，喷霧小滴8可分散出如 ^發射器2行#_，故在基材9及發射H丨_較大距離可 提供:較大的沉積區域。電極1〇及/或集基材9較佳置於移 動平口 U上’其可由電腦控制。此移動平台11提供在電极 16 200911380 1 〇及/或基材9與喷霧小滴8間的相對移動以使喷霧小滴8可 沉積遍及基材9的選定區域。 在參考第1圖之例示裝置中，發射器管2由一外直徑為 2mm與内直徑為〇_86mm的未塗層矽酸硼玻璃毛細管形 5成’其錐化至一42μιη直徑之開口 29。此電喷霧裝置(使用 為炭負載油系墨水之流體做為被喷霧之液體3，其具有約 l〇-12S/m傳導性及10mPa s黏度。 選擇在針4之端部與管2之開α 29的適當雜，在此例 中使用4mm距離，且在管開口 29與基材材料9間的距離基本 1〇上為lmm級。使用之集基材9為高品質相片紙，其置於-為 接地電位的鋼基材電極1〇上。 在未把加電壓至金屬針4或其他電荷注入裝置時，無液 體墨水自毛細官中產生。當電壓施加至針4(或其他裝置）由0 心加至900 V電壓，此小滴墨水由毛細管在一穩定頻率於低 15的數百赫錄圍下發射。當電壓增加至高於卿v，則小滴 發射的頻率及液體由毛細管出口流動速率增加。當裝置的 所有其他參料恒^時，小滴健_率在—恒定電壓（亦 即電荷注入之恒定速率)為恒定。 藉由在已知的恒定速度在脈衝喷霧8下使用電腦控 2〇制之移動平口 11移動集基材9，小滴發射的頻率由基材之後 沉積圖像而決定。 系田出口 口杏. 、、' 賓出之脈衝墨水噴霧的例示圖像顯示於 第2Α圖。顯示一4 + 承夕】在不同發射頻率沉積的墨水點線條之 集基材9的例不微圖像係顯示於第犯圖。基材移動的速度 17 200911380 使用電腦控制之移動平台11選定為50 mm/s。發射液體脈衝 的頻率為藉由改變至金屬注入器電極4的施加電壓而變化。 發現小滴發射頻率由在900V約300Hz至在4力…施加 電壓約80kHz，如顯示於第3圖的圖中。在9〇〇至4〇〇〇乂範 5圍，觀察到噴霧脈衝及小滴發射的頻率持續增加與無安定 的錐形-喷射喷霧方式。在電壓高過4.〇kV，開始產生週期 火花放電。 使用已知之相片紙基材上產生的殘餘點大小與最初沉 積之脈衝體積間的關係，在每一靜電喷霧脈衝發射出的液 10 體體積計算為1-3皮升等級。 第4圖顯示不同發射器/噴嘴大小在因施加電場的改變 可得之液滴發射頻率範圍的影響。由圖式，其顯示當使用 較大的發射器/噴嘴出口直徑時，最小及|大的液滴發射頻 率為較低。此液體為相同於前述之碳負載油系墨水，包括 15由比前述討論之42微米的喷嘴大的噴霧而得的數據。 第5圖顯示本發明顯示於第丨圖之靜電喷霧裝置實施例 的潤飾。顯示於第5圖之電噴霧裝置21包含二發射器管 13a、13b，每一管13a、13b實質相同於前述之管2。亦可替 換使用任何數目之發射器。第-管13a含有-被噴霧之第一 20液體15a。第二發射器管13b含有—被喷霧之第二液體祝。 一第-尖點電極4b位於第-發射器管13_，且與管&之 吹轴對背。—第二尖點電極4€位於第·^管13b内，且與第二 發射s 13b之㈣對齊。—電源連接至第—電極处。相同 之電源14或—不同之電源連接至第二電極4c。 18 200911380 電噴霧裝置21更包含一基材9a，液體15a、15b可喷霧 在其上。基材9a放置在電極1〇&上，其在接地電位。電極1〇a 可連接至该或各自電源。基材9a及接地電極1〇a可放置在一 移動平台11a上，以在由發射器管13a、13b的恒定距離移動 5基材9a。發射器管13a' 13b各自具有一開口，經此開口液 體15a、15b可被喷霧。一第二電源14連接一電極1〇及浸入 之金屬電極4b間。第5圖之其餘特徵為如第丨圖所述者。當 一電位靶加至與在各發射器管13a、13b中之流體接觸的第 一及7或第二金屬電極時，一脈衝靜電喷霧由各自管13a、13b 10 產生。 第5圖顯示二發射器管，然而可一起使用超過二管。此 管可以一二元陣列配置。 第6A、6B、6C圖顯示本發明靜電噴霧裝置之再一實施 例。一發射器管18以一毛細管形式連接至—絕緣流體儲器 15 Μ，其包含被噴霧的液體。一摩擦電之電荷17傳送至毛細 管18以啟動流體的喷霧。流體噴霧持續時間及喷霧脈衝的 性質依注入的電荷量而定。 喷霧之液體為Dow Corning FS1265石夕酮油。在毛細管 18提供一開口，經該開口可產生電噴霧。相反於第1圖之實 2〇施例，在毛細管18中不存在尖點電極。此整個系統由一絕 緣支座39支撐，在支座下為一可選擇之絕緣基材22。接著 使用一橡膠部份17以傳送摩擦電之電荷至氧化矽毛細管 18。一旦電荷傳送至氧化矽毛細管，一錐形19及噴霧20如 顯不於第6C圖之毛細管發散。喷霧的性質及持續期間依傳 19 200911380 迟至毛、、’田&的電荷量而定且在任何一點上將持續5至3〇秒 間，並呈現脈動及持續之錐形-喷射模式噴霧。其之例示顯 不於第7圖，其呈現-在氧化石夕毛細管失端的石夕酮油之錐形 -噴射噴霧影像。 5 在摩擦電之電荷應用期間或之後喷霧小滴的頻率可依 逸散的電荷改變。 第8圖顯示本發明靜電喷霧裝置之再一實施例，其中發 射1§管30為毛細管形式，其連接至含有被喷霧之液體的流 體儲器24。充電電流藉由壓電式充電裝置26以壓電式傳送 10至一金屬注入器電極28，其至少部份浸入至被喷霧的流體 中。因壓電式產生的電荷在針尖32產生的電場可造成流體 流動及以流體脈衝噴霧方式排出毛細管3〇。相對電極34可 為一接文流體的基材或可包括一開孔以允許流體排出毛細 管以被喷霧至周圍的氣體氛圍或真空中。 15 參考第8圖，喷霧之液體為Dow Coming FS1265矽晴 油。此液體為保存於絕緣儲器24中，其較佳為未加壓。連 接至儲器24者為一乳化石夕毛細管3〇形式的發射器管。毛細 管由一絕緣支座支撐。 一具有尖銳之尖點幾何部份32之電極28延伸入毛細管 20 30且至少部份浸潰於被喷霧的流體中。一壓電式充電带置 (PCD)26電連接至電極28。當壓電式裝置％活化時，電荷經 電極28被傳送至流體導致喷霧35的脈衝。 此實施例可包含一具有孔洞34的電極，喷霧35由孔洞 34喷出。當藉由PCD26傳送至流體的充電電流為足夠的 20 200911380 高，一穩定之流體錐形-嘴射噴霧可由毛細管30發射出。 可替代的，可使用顯示於第8圖之配置以傳送流體至一 位於發射器管30之孔洞的另一側之基材（未顯示於第8圖）。 例如，此配置可用於沉積墨水於紙或其他可列印材料上而 5不需要一電極位於其下側，亦即對於放置於發射器管30及 電極34間之可列印材料無要求。 第9圖顯示本發明之又一實施例，實質如有關第丨圖之 描述。使用一如於第8圖描述之pCD26提供電荷。 第10圖顯示本發明顯示於第8圖之靜電喷霧裝置潤 飾，其中该電％注入電極為在毛細管38之外表面的金屬塗 層40的形式，該毛細管含有被喷霧的液體。充電電流藉由 壓電式充電裝置26以壓電式傳送至一金屬注入器電極4〇, 其至少部份在被噴霧的液體中流體相通。因壓電式注入電 荷產生的電場可造成流體流動及以電荷液體喷霧方式排出 15毛細管38。集基材9及基材電極1G可放置在—電腦控制的移 動平台11上以允許在集基材表面及液體噴霧間的相對移 動。 第11圖顯示本發明顯示於第！圖或第5圖之靜電噴霧裝 置實施例之潤飾。在第U圖中，發射器不為毛細管形式， 2〇但由任何可界定—儲器以儲存液體46之材料形成。在儲器 形成-孔口’由該孔口液體可被喷霧。此實施例可微製造。 —高電壓電源48可連接至材料42或位於儲器中之央化之金 屬電極44以注入電荷至流體46中。第U圖之實施例以相同 苐1及5圖的方式作動。 21 200911380 材 何實施例在真空室中可至少具《射器及基 由其空氧可實質排空。 5 管示本發明電喷霧裝置之再-實施例。發射器 1第5=第Γ點電極4及電源5為實質相同於顯示在第1圖 亦如前述者。1圖中者。基材9、接地電極1◦及移動平台11 勺圍:Γ與⑽發射㈣2共她置，發㈣㈣之開口 =梅2之開口。㈣W_4，故管2之 開口為位於第 10發生電噴霧體54中，經由管2之開口可由發射器管2 =體54不同於靜電噴霧液體。此第二流體54可為 5 體’且包含在容器52内 連接至一流體儲器。 “ 了錢或 15 噴霧較佳與被靜電噴霧之流體不混溶，但與被 嘴務之流體可部份混溶。笛- 冷k流體54可為靜態或流動。 第二流體52較佳與被靜電喷霧之流體不混溶，但盘被 喷霧之流體可部份混溶。第二流體52可為靜態或流動。 20 經第二流體喷霧允許第1體之液滴在第二流體56之 塗層或膜内產生。此可允許封包之流體霧化至氣體、液體 或真空輯或封包之液體液滴沉積在接收的基材材料9。 第13圖說明一石炭負載系墨水之發射液滴體積的變化， 其係歸因於在相似於顯示在第（圖之配置於施加電場至注 入電極的改變。在增加施加之電壓至金屬針，小滴發射頻 率及母-小滴體積係顯示的電絲圍而增加。 22 200911380 第14圖顯示本發明之又一實施例。一發射器管60有一 被電喷霧之第一液體61。此管60具有一連接至電源68的尖 點電極，實質如第1圖所述。發射器管60具有一開口 65，經 此開口發射液體61之電喷霧脈衝。此開口 65位於容器62 5 内。容器62含有一不同於靜電喷霧液體之第二流體64。第 二流體64可為一液體或一液體。此容器可密封或連接至一 流體儲器。 第二流體64較佳與被靜電喷霧之流體不混溶，但與被 噴霧之流體61可部份混溶。第二流體64可為靜態或流動。 10 如先前描述之一基材及接地電極，及/或移動平台亦可 位於容器62内。 經由第二流體的喷霧允許靜電喷霧之液體液滴為可控 制的分配於第二流體中。此允許一乳狀液的形成，例如一 油/水乳狀液或一奈米乳狀液。其亦提供用於包含在第二液 15 體的固化外殼中的具有靜電喷霧液體之粒子形。此外，一 揮發性液體亦可在一非揮發第二液體中喷霧。 建構所有描述之實施以產生電噴霧脈衝，同時電荷注 入被電喷霧之實質非傳導或傳導液體或流體。此脈衝並不 直接經由電荷注入之開始及停止而造成，但為在建構的系 20 統中固有產生。 第1B圖顯示本發明之電喷霧裝置的再一實施例。此裝 置建構為喷霧一傳導液體。 一毛細管發射器管70含有被喷霧之液體74。一高電壓 電源79為連接至一萃取電極78及發射器管70間。可經由一 23 200911380 傳導配件72施加-電位至發射㈣之傳導表面。此高電壓 電源79提供-在電極78及發射器％間之電位差。 5 此萃取電極78固持於由發射器尖端的一適當距離。在 電極78面對發射器㈣之側表面上可放置-標的基材77。 基材可以—粒子或分子之預組成單層塗覆，及/或以- 粒子或分子的触叙次單層塗覆。此基材可為一絕緣 體、一半導體或一導體。 在使用時，一電位由電源79產生，故液體由管7〇以一 脈衝之噴射或喷霧76噴出。此喷霧％衝擊在基材77上。一 10電腦化高精密之移動平台8〇支樓基材77及電極78，且可在 垂直於噴霧76之方向移動電極78。 第18圖顯示本發明顯示於第丨及比圖之電噴霧裝置的 不同實施例之例示。在第18圖中，發射器不為毛細管形式， Η但由任何可界定一緒器以儲存液體％之材料μ形成。在儲 15器形成-孔口，由該孔口液體可被電噴霧。此實施例可微 20 —材料層87炎在材料85及-層89間。材料層87、89在 圍繞孔口界定1處。材料85、89較佳為電料的，或具 有嵌入之導電元件。材料87較佳為非_電傳導的。 ” —南電Μ電源79連接至材料85 ’且較佳亦連接至 89 °此高電Μ電源79之建構為可使電場在㈣㈣產生， 以造成如前述之電喷霧脈衝。此說明—整合電__。 使用第Hb或關之裝置以使脈衝噴霧發生選· 體黏度、電極及發射H幾何錢在麵最小安定喷霧流速 24 200911380 / t心體所㈣力不會太大。亦基於液體黏 =電極及發射ϋ幾何敎電場強度或充電電流。選定之 _強度可使靜電対以脈衝料，而無恒定電暈放電。 t較大液體黏度，特定之發”孔洞直徑或液壓阻力， 度或注人電荷速率可較高。對-較低液體黏度，可 使用—較低充電電流。對一較小之發射器孔洞直徑，錄 2壓阻力1對於-特定液體減，電場強度或注入電 :率可較尚’或對於一特定電場強度或注入電荷電流， 10 15 20 =度需較低。此些關射應用至所有描述的實施例，尤 〃疋傳導及非傳導液體的電喷霧。 當充電電流或電場在超過電噴霧脈衝發生之電壓範圍 之部份增加，則在每滴中的液體體積增加。例如，已發現

液滴體積依«增加而增加發生在施加介於_ν與删V 間、。増加充電電流或電場因此可增加發射小滴頻率及每一 小滴中的液體體積。 前述描述可基於使用第blb_圖農置運用至傳導及 非傳導液體的電喷霧。基於第丨、㈣ 數個發射器，其可轉财式㈣1 與軸㈣相通。置。可提供-分離的㈣， 健存2器可不為毛細管形式，但由任何可界定1器以 赫液體之材料形成。讀器形成_孔口，由該孔口 可被噴霧。此實施例可職造。—高轉電源或其他 注入裝置可連接至材料或位於儲器中之尖化之 ^ 以注入電荷至流體t。 €極44 25 200911380 液體之發射液滴體積$同，此係歸因於在用至注射 電極的電場之改變。當增加掩加電壓或充電電流至金屬針 或其他裝置以改變注入時，小滴發射頻率及每—小滴體積 增加，超過電噴霧發生之範圍的部份。每一液滴之體積可 逹到峰，且然後減少。夜滴的體積與施加電壓的關係 可依液體性質及發射器幾何學而定。 ’、 電噴霧脈衝可使用第1 15! u ^ 用弟1圖、第lb或18圖之裝置精密控 制。可要求在相同尖點上沉積 積〜液滴或一預疋數目液滴在 基材上。因此在停止電噴霧前 10積以允許移動平台的移動。 ^之液體體 Γ替代地，其可需要控制在一 移動或靜止之移動平台上發生電喷霧的速率。 形式^主要電喷霧控制形式為如下描述(雖然可使用其他 1)變化用於控制在一預定卩士日日々 15 * ^ 預疋％間發射之液滴數之電壓或 充電電流，如將描述之第一& 飞 114、15、16及17圖;及〜式且如顯示於料、 時η2)=Τ或充電電流施加電壓或充電電流的 時間，如將描述之第三模式且如顯示於第％^圖。 26 200911380 至㈣1電壓在二輕或 · > 換，勒1社％ a . — 電电流間施加交 曰 ，"、稷5kHZ之週率。二電壓之每〜者可施加集 置的時間，在此例中為〇·0001秒十電壓者了細加一專 另一者較長的時間週期。 成一電屢之-可施加比 5 10 15 20 發射屬在週期110期間施加。選擇第一電魏於被 間無脈衝發射。-例示之電壓為3鮮。Μ —週期110期 第二!:週期112中，施加之電壓為轉至-較高電堡。此 円电壓在整個第二仙U2為恒定 喷霧由—恒定頻率發射出一例示之第二•^成6小滴電 «接著轉換回至第1壓’並重複频mQ—v°& :::之電壓或充電電流當施加以形成一方形波時： 式:各自實質地恒定’或可替代為錫齒或三角或正弦波形 第3b圖顯示第一週期11〇及第二時 圖。電喷霧脈衝由峰⑽示。注意顯示的飽和成直= 之正及負電流並不表示電喷霧之發射脈衝，且僅 之電壓所造成的改變。週期削、112長度為不同的，把加 "啟動/脈衝發射”週期112的長度為長於”關閉：其， 替代地，週期UG、112的長度可為相同的。 。可 第U圖顯示本發明之第一態樣的變化。施加 第一電壓及第二電壓間在頻率5他週率。第電壓於 120期間施加。選擇第—電壓以致無電噴霧脈衝發=週期 電壓在第—週期122施力σ°第3圖顯示電壓的選擇將女卜/ 27 200911380 響發射小滴的頻率。選擇第二電壓以致一電噴霧脈衝124在 此時間122發射。接著重複此週率，在第一及第二電壓間文 替。 第16圖顯示如前述在二電壓間轉換。在一第一週期130 5 中，施加一第一電壓，以致無電喷霧小滴發射出。在一第 二週期132中，施加一第二電壓。選擇該第二電壓以引起電 噴霧在一可導致於週期132期間發射三電噴霧小滴134的頻 率發生。 當無電喷霧被發射出時，電場或充電電流降底至非-〇 10 強度。當由一電喷霧被發射之週期移動至一當電喷霧未發 射之週期時，電壓可降低至少於100V，且較佳於20至50V 間。可替代地，當電喷霧未發射時，此電場或充電電流可 實質為〇。 隨時間變化之電場或充電電流在所有實施例可藉由一 15 d.c.(或恒定）電場或充電電流組份產生。亦產生一通常較小 的隨時間變化之組份，且重加至恒定組件上。 此隨時間變化之電場或充電電流己描述為一方形波， 其中該電場或充電電流強度在二值間交替。交替值二者較 佳為非-0，即使其中之一無電喷霧發射出。任何實施例的 20 波形可替代為一不規則形，或不為在波形之一致部份上的 恒定。尤其，此波形可為正弦波、鋸齒或三角形波。 第17圖顯示本發明第二態樣。在第一時間週期140期 間，施加一恒定第一電壓至液體。選擇該第一電壓，故小 滴在一可導致在第一時間週期140發射二小滴的頻率發 28 200911380 :該=換至一第二電壓’其在第，週期142期間 週期_:壓=：^在第二時間 、H友 &直#及第〜電壓在5ΚΗζ速率 此第—及第二時間週期為等長，各自為咖i秒。 2率猎由在第三週期148中重複第1壓而持續，在該期 曰發射-電喷霧脈衝。脈衝發射的速率，依施加之電壓或 充電電流，因此在第一及第二週期不同。 第一及第二時間週期如前述已顯示為相等的時間長 X可替代地’第-及第二時間週期可為不同的時間長度。 %加於母時間週期及時間長度的電壓可自由的變化以在 需要的速率傳送需要的液體體積，或以預定的時間週期無 電噴霧。 此裝置可經由二、三或以上之時間週期週率，每一週 期具有不同的施加電壓。 15 第7a、7b及7c圖顯示本發明之第三態樣，其提供一可

替代之控制裝置至第一及第二態樣。在第三態樣中’電壓 施加至液體的啟動-時間可不同。施加一恒定電壓以發射電 噴霧脈衝。施加一特定時間長度的電壓或充電電流以允許 需要數量的脈衝被發射出。接著降低電壓，故無更多的電 20 喷霧脈衝被發射出。此電壓可接著再次轉換，且重複週率。 降低電壓至剛好低於最小閥值值，故無電噴霧被發射 出’或可降低至0。較佳地，當無電喷霧被發射出時，此電 場或充電電流降低至一非-0強度。此電壓可降低至低於 100V，且較佳在20至50V間。 29 200911380 第7a圖顯示電壓因時間週期150而轉換為開啟。選定時 間週期150，故僅有發射一脈衝151的時間。此電壓接著因 剩餘的週率而降低，故無更多的脈衝被發射出。 第7b圖顯示電壓因時間週期152而轉換為開啟。時間週 5 期152為足以允許三脈衝153被發射出。 第7c圖顯示電壓因時間週期154而轉換為開啟，足以讓 14個小滴155被發射出。 在此態樣中的電壓依電噴霧之使用而選定，為了在爷 應用中得到一合理速率之喷霧，其可精準的控制。 1〇 ㈣可在第三模式中於-週率中操作：此週率可具 有-恒定週期’其可選擇為比電喷霧所需要被發射之預期 的最長時間長度更長。當電場或充電電流強度為高於閱值 強度時’將發生電噴霧脈衝。電場或充電電流強度高於間 值強度的時間長度為可變的。一波形的工作週率可視為波 恪為间或進行’之週率比例，且因此波形的工作週率將依 電喷霧發生之時間長度而變化，係與無電噴霧脈衝發射相 比較。 β卜旦疋週期之週率中變化電場或充電電流強度之裝置可 提供一可變的工作週率。 又月裝置可在—模式操作，其中電壓、及施加電壓 之時間長度皆可變化以控制電噴霧小滴的發射。 何私述的特徵可與任何其他描述的特徵組合。依前 迷之任何實施例的 〜田，八 務有S午多用途。現將描述部份的可 月"地’及電噴霧如何依用途而最佳化 。此些用途及使用 30 200911380 方法可應用至所有實施例。 傳導勒,_ 10 15 20 電子電路依傳導軌道的Ik以電連接组件。本發明可 用於做為一列印機，如一直接寫印方法之例示。喷霧之液 體可為一金奈米粒子的懸浮液，或可為基於硝酸銀之傳導 墨水。可替代地，可使用一金屬〜有機分解墨水，例如包 έ ;谷解於甲苯之新丁基癸酸g曰。此基材可為石夕、醋酸醋、 玻璃、塑膠、紙或其他材料。此傳導墨水可具有約1〇cp黏 度。本發明裝置較佳使用一 10至50jum的喷嘴直徑。其他螢 幕可列印墨水具有一大於100CP黏度，其可與大於1〇(Him喷 嘴直徑用於本發明。

塑膠H 用於電子的塑膠基材允許在可撓性塑膠基材上電路的 產生。一塑膠基材呈現的問題為其具有粗糙表面一低熔 點。此些問題可藉由溶液處理而解決，即需要將材料在— 合理温度以溶液形式被列印在塑膠上。此技術能列印此應 用所需要的材料。傳導軌道可如前述列印在塑膠基材上。 基二氣某心^ 導聚合物。 此些材料可混合於水或—介電質液體中。可依被電喷 霧的傳導性使用前述的合宜襄置，亦即其可考量不論是傳 導或非傳導。可選擇喷嘴直經以符合需要的線寬大小及溶 液黏度。嘴嘴直徑可為5或10帅用於小線寬及一相似於水 的黏度。 31 200911380 顯示器螢％ 本發明裝置可用於列印薄膜電晶體(TFT)螢幕。使用的 基材可為坡璃，及可電噴霧一傳導液體。可使用一整合電 極，如顯示於第18圖中。 的敢4可利用無遮罩微影、傳導軌道或塑膠電子 所述的任何特徵。 組織工裎 本發明裝置及方法可用於組織工程的目的，例如藉由 喷霧在水溶液形式的蛋白質。此蛋白質可由簡單之胺基酸 10至大型共價鍵結之巨分子範圍，如蛋白質體。蛋白質的質 量可擴大至約lMda，且此亦允許某些病毒被電噴霧。可使 用水為/谷4，因為其具有合適的黏度。可使用一廣範圍的 噴嘴直徑’且較佳可使用由1〇至3〇|1111之喷嘴直徑。 此基材可為一以可生物降解之聚合物（例如PLGA)製成 15之具有一規模約1(^m之支架。此裝置可使用一整合電極。 喷霧的蛋白質可為一機能性蛋白質如纖維粘連蛋白、血清 蛋白或膠原蛋白。此允許細胞生長及移動控制支架上的微 量規模。 本發明裳置可用於產生脂質雙-層，或蛋白質的支架。 20此使用本裳置以精確控制液體的分散，例如，用於藥物發 現的目的。 喷霧器 本發明裝置可用於取代喷霧器，例如蒸氣化一液體藥 物或含有生物活化劑的液體以產生較佳在0_4至6微米範圍 32 200911380 的小滴。此在霧狀形成的蒸氣化之液體接著可由一使用者 吸入。 經皮吸收注入 本發明裝置可用於蒸氣化一液體藥物或或含有生物活 5化劑的液體。此蒸氣可接著用於局部或經皮給藥予一患者。 分散作用 本發明裝置亦可與質譜儀組合使用。本發明裝置適於 分散非常小量的分子，例如至質譜儀中。此基材可為玻璃 或塑膠。此裝置可構形為分散費特升(femt〇litre)體積至高皮 10升體積之水溶性溶液。此溶液可含有被測試的分子。 本發明裝置及方法亦可用於在一實驗室的晶片上之噴 霧分析。本發明裝置可用於快速成型，用於生物微陣列的 製造。本方法亦可胁微較毅，或產生微陣列。 本發明襄置亦可用於電噴霧蛋白質或在一生物感測器 15 上的其他分析。 無遮罩徼影 本發明裝置可用於傳遞一圖案於一表面上。光微影可 使用㈣遮罩，其通f由—稱為光阻的聚合物製成，並 中圖案由曝光產生。 八 本發明可產生钱刻遮罩，其係藉由直接印刷所期待的 圖案之钱刻阻劑材料在表面，或印刷触刻劑或光阻顯影劑 在表面上以移除不需要的钱刻阻劑或不欲之有用膜。 印刷钱刻阻劑材料可使用聚合物或腊為被電喷霧的液 體。此液體可能為介電質（亦即非傳導），故可使用基於^ 33 200911380 圖之裝置可使用—大於喷嘴直徑。此基材 矽，或可為任何其他材料。触刻劑或顯影劑可能為·、、 黏度的有機溶劑。 >、有低 轺材料 5超材料為人工生產之材料，其具有通常稱為”超曰 或-”光子結晶"之週期或胞體結構。胞體的週期曰= 交互作用的光之波長度為可比較的。對於可見光，需要其 於1微米波長度。本發明的技術可用於達成在此等級的^ 刷。 10 糸學裝置 光學裝置可由具有為微米等級特徵之聚合物製造。、 導及鏡組件的微製造可使用如前述之微影材沉積及飾刻攻 法而達成。被電喷霧之液體較佳為—聚合物，於―石夕二方 璃基材上。 2破 15 本發明裝置可用於製造光學裝置，如光柵或全像把 本發明裝置可用於製造含有有機發光二極體 Liquavista (RTM)螢幕之螢幕。 或 本發明裝置亦可用於感應器製造，或可料 像，使用墨水或任何其他做為被噴霧之液體的液體对 明可用於在製造圖案化或製造電子件時做為定: ㈣喷霧裝置亦可用於做為印表機，為了噴霧 ： 刷於晶片或基材上。 描述之使用及應用可施加至任何利用固有脈衝 霧的裝置或方法’且並未限制為描化操作的例示裳^ 34 200911380 方法。例如，使用及應用可施加當電場或充電電流強度降 低至〇(或至非-〇值）時以暫停電噴霧。 可使用本發明裝置及方法以在基材上於—尖點喷霧多 數個小滴，並接著在基材及發射器間提供相對移動以持^ 5在基材上的不同尖點喷霧。當電喷霧藉由降低電場強以 一閥值量之下時，相對移動可發生。本發明裝置及方2亦 可用在基材上的尖點僅噴霧-小滴，其可藉由基材持續相 〆

對移動或在-時間僅發射-小滴而達成，且接著當電喷霧 藉由降低電場強度至-閥值量之下時電噴霧暫停:移動基 10 材。 如熟於此技人士可瞭解，前述實施例的細節可在未偏 離本發明範訂，如後㈣請翻範圍之界定而變化。 15 例如，基材可為紙、石夕、半導體、絕緣體、導體、卡 片、食物、包裝、塑膠及皮膚。第19-21圖顯示在不同例干 基材上小滴沉積結果，以照片顯示。此些圖提供用於產生 不同結果包括小滴體積及頻率的參數（電壓、毛細管紗) 至少當使用非傳導液體時，電壓可實質無關於 發射器出口直徑。 、/ 頻率的發射且尤其是最大發射頻率可依喷嘴或發射器 出口直徑而定。因此’可使用變化此直徑以變化此參數。 第19_21圖提供其關係的例示。 〆 前述實施例特徵的許多組合、淵銘七抖綠达^ 凋飾或改變為熟於此技 人士易於顯見的，且亦屬於本發明之部分。 35 200911380 【圖式簡單說明3 第1圖為依本發明之第一態樣的裝置之側剖面示意圖； 第2A圖為依本發明第一態樣在液體靜電噴霧期間一拉 伸玻璃噴嘴的側視圖； 5 第2B圖為依本發明第一態樣之一基材在接受液體靜電 噴霧後的平面圖； 第3圖顯示使用本發明第一態樣在一特定注入電極及 喷嘴幾何學，液滴發射頻率與施加的電壓的關係圖； 第4圖顯示依本發明第一態樣當喷霧時，以不同喷嘴大 10 小而獲得之液滴發射頻率範圍之圖； 第5圖為本發明第二實施例之裝置的側視剖面示意圖； 第6A、6B及6C圖為本發明第三實施例之裝置的側視剖 面示意圖； 第7圖為使用本發明第三實施例之裝置產生之液體靜 15 電喷霧圖像； 第8圖為本發明第四實施例之裝置的側視剖面示意圖； 第9圖為本發明第五實施例之裝置的側視剖面示意圖； 第10圖為本發明第六實施例之裝置的側視剖面示意 圖， 20 第11圖為本發明第七實施例之裝置的側視剖面示意 圖， 第12圖為本發明第八實施例之裝置的側視剖面示意 圖； 第13圖顯示一系列喷霧小滴，其說明由相同的喷嘴發 36 200911380 射器幾何以不同的施加電場或或充電電流得到的發射液滴 體積之變化； 第14圖為本發明第九實施例之裝置的側視剖面示意 圖， 5 第lb圖為本發明第十實施例之側視剖面示意圖，僅用 ' 以例示說明用； - 第3a及3b圖顯示在第一模式中電流(說明電喷霧脈衝） 相對時間之圖； :第15圖顯示在第一模式中電流（說明電喷霧脈衝）相對 10 時間之圖； 第16圖顯示在第一模式中電流（說明電喷霧脈衝)相對 時間之圖； 第17圖顯示在第二模式中電流（說明電喷霧脈衝)相對 時間之圖； — 15 第7a、7b及7c圖顯示在第三模式中電流(說明電喷霧脈 衝)相對時間之圖； r ' i 第18圖顯示本發明具有一整合電極之第11實施例； 第19圖顯示液滴沉積於一紙基材的相片； 第20圖顯示液滴沉積於一乙酸酯基材的相片；及 20 第21圖顯示液滴沉積於一石夕基材的相片。 【主要元件符號說明】 1、21...靜電喷霧裝置 3、15a、15b、46、54、56、61、 2'13a'13b Ί8 >30'60'70... 64、74、86···液體 發射器管 4、4b、4c...針 37 200911380 4a、32...尖端 5、14、48、68、79...高電壓電源 6.. .冷光源 7.. .高速電荷耦合裝置照相機 8、 20、35、76...喷霧 9、 9a···集基材 10、 10a...基材電極 11、 11a、80...高精密移動平台 12.. .電流監測裝置 16、24…流體儲器 17…電荷 19.. .錐形 22…絕緣紐 26.. .壓電式充電裝置 28、34、40、44、78...電極 29、65...開口 38.. .毛細管 39···絕緣支座 42、85...材料 50…管 52、62...容器 72.. .傳導配件 77.. .標的基材 87、89…材料層 110、112、120、122、130、132 140、142、148、150、152、154. 週期 114".峰 124、15卜 153、155·.•脈衝 38

Claims (1)

1. 200911380 十、申請專利範圍： 1. 一種用於在脈衝中分配一控制體積之實質非傳導液體 之靜電噴霧裝置，該裝置包含： 一發射器，其具有一喷霧區域，由該喷霧區域可喷 5 霧液體， 一用以將電荷注入液體的裝置，故在使用時，液體 藉靜電力傳送至喷霧區域且當注入電荷時在一或更多 脈衝發生靜電喷霧。 2. 如申請專利範圍第1項之靜電喷霧裝置，其中該發射器 10 包含一容納液體的穴部，且該喷霧區域為與穴部流體相 通的孔洞。 3. 如申請專利範圍第2項之靜電喷霧裝置，其中該發射器 為一管。 4. 如申請專利範圍第1項之靜電喷霧裝置，其中該發射器 15 為一具有升起尖點之表面，且該噴霧區域位於該一或更 多之升起尖點上。 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之靜電喷霧裝置，其 中該注入電荷之裝置包含一具有與被喷霧液體銜接之 尖點部份的電極以及一連接至電極之電壓電源。 20 6·如申請專利範圍第5項之靜電喷霧裝置，其中該電極尖 點部份為實質浸入在使用中的液體。 7. 如申請專利範圍第5或6項之靜電喷霧裝置，其中該電極 尖點部份為位於發射器内。 8. 如申請專利範圍第7項之靜電喷霧裝置，當其依附於申 39 200911380 請專利範圍第2或3項時，其中該電極延伸朝向孔洞。 9. 如申請專利範圍第5項之靜電喷霧裝置，其中該電壓電 源為一壓電式充電裝置。 10. 如申請專利範圍第5至9項中任一項之靜電噴霧裝置，其 5 中該裝置被構形成可使當電荷注入速率為恒定時，電喷 霧脈衝在一恒定頻率發生。 11. 如申請專利範圍第5至9項中任一項之靜電喷霧裝置，其 中該電極與該噴霧區域間隔並對準。 12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之靜電喷霧裝置，其 10 中該注入電子的裝置為一材料，該材料可為摩擦電之電 荷且可導引與發射器接觸。 13. 如申請專利範圍第2或3項之靜電喷霧裝置，其更包含一 含有液體的儲器，該儲器以一通道連接至穴部。 14. 如申請專利範圍第13項之靜電喷霧裝置，其中由儲器流 15 至發射器之液體藉由一流體測量裝置監測，較佳地，該 裝置測量在一對空間間隔之壓力感測器間的壓力液滴。 15. 如申請專利範圍第2或3項之靜電喷霧裝置，其中該孔洞 具有一在0.1及ΙΟΟΟμπι間之直徑。 16. 如申請專利範圍第2或3項之靜電喷霧裝置，其中該孔洞 20 具有一在0.1及50μηι間之直徑。 17. 如申請專利範圍第1至16項中任一項之靜電喷霧裝置， 其中在喷霧區域空間間隔下提供一基材，故喷霧液體可 沉積在基材表面上，因而在其上形成一特徵。 18. 如申請專利範圍第17項之靜電喷霧裝置，其中該基材為 40 200911380 石夕。 19. 如申請專利範圍第17或18項之靜電喷霧裝置，其包含提 供在基材及喷霧區域間相對移動之裝置。 20. 如申請專利範圍第19項之靜電噴霧裝置，其中可變化該 5 基材與該喷霧區域間的距離，以使在基材上形成的特徵 大小可變化。 21. 如申請專利範圍第19或20項之靜電喷霧裝置，其中該在 基材及噴霧區域間的相對移動係在一平行於基材平面 的平面上。 10 22.如申請專利範圍第17項之靜電喷霧裝置，其中該基材以 粒子或分子之預組成單層塗覆，及/或該基材以一粒子 或分子的預組成之次單層塗覆。 23.如申請專利範圍第15項之靜電喷霧裝置，其中該基材為 一絕緣體、或一半導體或一導體。 15 24.如申請專利範圍第16至22項中任一項之靜電噴霧裝 置，其中該液體含有一表面改質材料，其能改變基基材 之濕潤性質。 25.如申請專利範圍第17項之靜電喷霧裝置，其中該基材表 面為多孔或無孔洞。 20 26_如申請專利範圍第1至25項中任一項之靜電喷霧裝置， 其中該由單一脈衝喷出之液體體積在0.1費特升 (femtoliter)和1費特升間，或在1費特升和1皮升間，或在 1皮升和至100皮升間，或在100皮升和10奈米升間，或 在10奈米升和至1微升間。 41 200911380 27.如申請專利範圍第1至26項中任—項之靜電喷霧穿置 其中§亥由多脈衝連續喷出之沉積液體總體積在〇1費特 升(femtolker)和0.1皮升間，或在〇 }皮升和丨奈米升間， 或在1奈米升和1微升間。 5 28.如申s青專利蛇圍第1至27項_任一'項之靜電噴霧穿置 其中該噴霧發生在1kHz和10kHz之頻率間，或在〗出和 100Hz之頻率間，或在i〇kHz和l〇〇kHz之頻率間，戋在 100Hz和1000Hz之頻率間或在l〇〇kHZ和1MHz之頻率 間。 10 29·如申請專利範圍第1至28項中任一項之靜電喷霧裝置， 其中該裝置被構形為去執行列印。 3〇·如申請專利範圍第1至29項中任一項之靜電噴霧裝置， 其中該裝置被構形成去使用__4水作為被対的液體。 31·如申請專利範圍第U3〇項中任一項之靜電喷霧裝置， 15 其中該裝置被構形為去使用一具有少於l〇-6s/m傳導 性’且較佳為少於l〇_8s/m的液體。 32·如申請專利範圍第1至31項中任一項之靜電嘴霧裝置， 其中該噴霧區域位於—第二流_，該第二流體與被靜 電喷務之液體為不互溶或部份互溶。 2〇 33·如申3月專利範圍第27項之靜電噴霧裝置，其中二去 體為靜態或為一流動相。 、^ 一机 34·如申請專利範圍第m項中任一項之靜電嘴霧裝置， :中=區域位於一殼體内，該殼體含有任何氣體環 k，其包括但未限制為空氣、升壓氣體、真空、二氧化 42 200911380 碳、氬或氮。 35.如申請專利範圍第1至34項中任一項之靜電噴霧裝置， 其包含多數個發射器，每一發射器具有施加電場或充電 電流至相鄰於喷霧區域之液體的裝置。 5 36.如申請專利範圍第33項之靜電噴霧裝置，其中該發射器 為以陣列配置。 37.如申請專利範圍第33或34項之靜電喷霧裝置，其中該施 加電場或充電電流的裝置可在每一喷霧區域獨立地控 制電場或充電電流。 10 38.如申請專利範圍第1至37項中任一項之靜電噴霧裝置， 其更包含一連接至該施加一電場或充電電流之快速開 闢，以使電壓或充電電流可藉由該快速開關關閉或開啟 而精準控制靜電喷霧裝置噴出液體的。 39. 如申請專利範圍第1至38項中任一項之靜電喷霧裝置， 15 其在使用時液體為未加壓的。 40. 如申請專利範圍第1至39項中任一項之靜電喷霧裝置， 其中該裝置不包括一機械泵或任何其他加壓液體的裝 置。 41. 一種靜電噴霧方法，該方法包含： 20 提供一發射器以容納一實質非傳導液體，該發射器 具有一噴霧區域，由該處液體可被喷霧， 注入電何至該液體中， 藉此該實質非傳導液體可藉由靜電力傳送至喷霧 區域’及 43 200911380 其中在施加電場或充電電流時選定在脈衝中引起 靜電喷霧之電場強度或充電電流、液體黏度及電極幾何 學與發射器幾何學。 42. 如申請專利範圍第41項之靜電噴霧方法，其中該發射器 5 包含一穴部以容納該液體，且該喷霧區域為一與穴部流 體相通的孔洞。 43. 如申請專利範圍第42項之靜電喷霧方法，其中該發射器 為一管。 44. 如申請專利範圍第41項之靜電喷霧方法，其中該發射器 10 為一具有升起尖_點的表面，且該喷霧區域為位於一或更 多之升起尖點上。 45. 如申請專利範圍第41至44項中任一項之靜電喷霧方 法，其中提供多數個發射器，且施加至每一發射器之電 場或充電電流為獨立控制地。 15 46.如申請專利範圍第41至45項中任一項之靜電喷霧方 法，其中在噴霧區域空間間隔下提供一基材，該基材接 受喷霧液體，故可在基材上形成特徵。 47.如申請專利範圍第46項之靜電喷霧方法，其中該液體含 有一表面改質材料，其能改變基材表面的濕潤性質。 20 48.如申請專利範圍第41項之靜電噴霧方法，其中在特徵形 成於基材上後，流體由特徵上蒸發以允許表面-改質材 料在特徵的局部位置改變基材表面的濕潤性質。 49.如申請專利範圍第46至48項中任一項之靜電喷霧方 法，其中在基材及喷霧區域間的相對移動係在一平行於 44 200911380 基材平面的平面上。 50.如申請專利範圍第36至49項中任一項之靜電喷霧方 法，其中在基材及喷霧區域間有相對移動，故在基材及 喷霧區域間的距離為可變化的。 5 51·如申請專利範圍第41至50項中任一項之靜電喷霧方 法，其中該方法包含藉由噴霧一墨水的列印。 52.如申請專利範圍第41至51項中任一項之靜電喷霧方 法，其中該電荷以一電壓供應源、壓電式充電裝置或一 摩擦電之電荷裝置注入。 10 53.如申請專利範圍第41至52項中任一項之靜電喷霧方 法，其中該液體具有少於ΗΓ6 s/m傳導性，且較佳為少 於 10_8 s/m。 54.如申請專利範圍第41至53項中任一項之靜電喷霧方 法，其中該電喷霧脈衝由一恒定頻率發射。 15 55.如申請專利範圍第36至54項中任一項之靜電喷霧方 法，其中該液體為未加壓。 56. —種電喷霧裝置，其包含： 一發射器，其用於容納液體，該發射器具有一喷霧 區域，由該區域可喷霧液體； 20 用於施加隨時間變化之電場或充電電流至液體的 裝置； 其中，在電場或充電電流施加時，當隨時間變化之 電場或充電電流的強度大於一閥值強度時，電喷霧以脈 衝發生；及 45 200911380 其中當電噴霧發生時，液體由靜電力拉回至喷霧區 域；及 其中，在使用時，該隨時間變化之電場或充電電流 強度為非〇。 5 57.如申請專利範圍第56項之電喷霧裝置，其中可變化該隨 時間變化之電場或充電電流的強度，故一或更多之電喷 霧的脈衝在第一時間週期期間發射，且在第二時間週期 期間無電喷霧發射。 58.如申請專利範圍第56項之電噴霧裝置，其中可變化該隨 10 時間變化之電場或充電電流的強度，故一或更多之電喷 霧的脈衝在第一時間週期期間發射，且一或更多之電喷 霧的脈衝在第二時間週期期間發射； 其中該第一時間週期中的脈衝發射速率不同該第 二時間週期中的脈衝發射速率。 15 59.如申請專利範圍第2項或第58項之電喷霧裝置，其中該 第一時間週期長度為實質相同於第二時間週期長度。 60.如申請專利範圍第56至59項中任一項之電喷霧裝置，其 中該隨時間變化之電場或充電電流具有一為方形-波、 正弦波形式-波、鋸齒或三角-波形式的波形。 20 61.如申請專利範圍第56至60項中任一項之電噴霧裝置，其 中該施加之電場或充電電流在一週率中操作。 62.如申請專利範圍第56至61項中任一項之電喷霧裝置，其 中該用於施加隨時間變化之電場或充電電流至液體的 裝置包含： 46 200911380 一產生一恒定補償電場或充電電流組件的裝置，及 一產生隨時間變化之組件的裝置，及 一用於組合恒定組件及隨時間變化之組件的裝置。 63. 如申請專利範圍第56至62項中任一項之電噴霧裝置，其 5 包含用於變化時間長度之裝置，該電場或充電電流強度 為高於閥值強度。 64. 如申請專利範圍第63項之電喷霧裝置，其中該電場或充 電電流強度當高於閥值強度時，為實質恒定。 65. 如申請專利範圍第63或64項中之電喷霧裝置，其包含在 10 一恒定週期之週率中變化電場或充電電流強度之裝 置，故工作週率為可變的。 66. 如申請專利範圍第56至65項中任一項之電喷霧裝置，其 包含一施加一電場至液體的裝置以電喷霧一具有傳導 性大於10_6s/m的傳導液體，或一施加一充電電流至液體 15 的裝置以電喷霧一具有傳導性小於10_6s/m的實質非傳 導液體。 67. 如申請專利範圍第56至66項中任一項之電喷霧裝置，其 包含一與喷霧區域間隔的基材，故噴霧之液體沉積於基 材表面上，藉此在其上形成特徵。 20 68.如申請專利範圍第67項之電喷霧裝置，其包含在基材及 喷霧區域間提供相對移動之裝置。 69. 如申請專利範圍第56至68項中任一項之電喷霧裝置，其 構形為用於傳導軌道的製造。 70. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 47 200911380 構形為用於顯示器螢幕的製造。 71. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 構形為用於發射電喷霧脈衝至質譜儀或一基材上。 72. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電噴霧裝置，其 5 構形為用於列印影像。 73. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 構形為用於電喷霧一含有一或更多之蛋白質的液體。 74. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 構形為用於電喷霧在一塑膠基材上，且較佳為一可撓性 10 塑膠基材。 75. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電噴霧裝置，其 構形為用於電喷霧一含有一或更多之發光聚合物或一 或更多之傳導聚合物的液體。 76. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 15 構形為用於組織工程目的之電喷霧。 77. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 構形為用於一喷霧器或做為皮膚吸收注入器。 78. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 構形為一分配器，用於分配液體於一實驗室之晶片或生 20 物感測器上。 79. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 構形為用於無遮罩微影術。 80. 如申請專利範圍第56至69項中任一項之電喷霧裝置，其 構形為用於超材料或光學裝置的製造，較佳為光栅或全 48 200911380 像術。 81. —種電喷霧方法，其包含： 提供一發射器以容納液體，該發射器具有一噴霧區 域，由該區域可喷霧液體； 5 提供液體至該發射器； 施加一隨時間變化之電場或充電電流至液體； 其中當電場或充電電流為大於一閥值強度時，該隨 時間變化之電場或充電電流強度造成脈衝中之電噴霧 發生；及 10 其中當電喷霧發生時，液體由靜電力拉回至喷霧區 域；及 其中，在使用時，該隨時間變化之電場或充電電流 強度為非0。 82. 如申請專利範圍第81項之電喷霧方法，其中變化該隨時 15 間變化之電場或充電電流強度，故一或更多之脈衝在第 一時間週期期間電喷霧，而在第二時間週期期間無電喷 霧發射。 83. 如申請專利範圍第81項之電喷霧方法，其中變化該隨時 間變化之電場或充電電流強度，故一或更多之電喷霧脈 20 衝可在第一時間週期期間發射，及一或更多之電噴霧脈 衝可在第二時間週期期間發射； 其中第一時間週期中脈衝發射速率為不同於第二 時間週期中脈衝發射速率。 84. 如申請專利範圍第82或83項之電喷霧方法，其中該第一 49 200911380 時間週期的長度為實質相同於該第二時間週期的長度。 85.如申請專利範圍第81至84項中任一項之電喷霧方法，其 包含變化時間長度5該電場或充電電流強度為南於閥值 強度。 5 86.如申請專利範圍第81至85項中任一項之電噴霧方法，其 中該電場或充電電流強度當高於閥值強度時，為實質恒 定。 87. 如申請專利範圍第81至86項中任一項之電噴霧方法，其 包含在一恒定週期週率變化電場或充電電流之強度，當 10 強度大於閥值值時，工作週率為可變的。 88. 如申請專利範圍第81至87項中任一項之電噴霧方法，其 用於傳導軌道的製造。 89. 如申請專利範圍第81至87項中任一項之電喷霧方法，其 用於顯示器螢幕的製造。 15 90.如申請專利範圍第81至87項中任一項之電噴霧方法，其 用於發射電喷霧脈衝至質譜儀。 91. 如申請專利範圍第81至87項中任一項之電喷霧方法，其 用於列印影像。 92. 如申請專利範圍第81至87項中任一項之電喷霧方法，其 20 中該被電喷霧之液體含有一或更多之蛋白質。 93. 如申請專利範圍第81至87項中任一項之電喷霧方法，其 用於電噴霧在一塑膠基材上，且較佳為一可撓性塑膠基 材。 94. 如申請專利範圍第81至87項中任一項之電噴霧方法，其 50 200911380 用於電噴霧-含有-或更多之發光聚合物或—或更多 之傳導聚合物的液體。 95,如申請專利範圍第81至87項中任一項之電喷霧方法其 用於組織工程目的。 96_如申请專利範圍第81至87項中任一項之電噴霧方法，其 用於一噴霧器或做為皮膚吸收注入器。 97.如申請專利範圍第81至87項中任一項之電喷霧方法，其 用於分配液體於一實驗室之晶片或生物感測器上。 〇 98.如申請專利範圍第81至87項中任一項之電喷霧方法，其 用於無遮罩微影術。 99.如申請專利範圍第81至87項中任一項之電噴霧方法，其 用於超材料或光學裝置的製造，較佳為光栅或全像術。 51