一种气流辅助静电喷雾设备、制备方法及应用

本发明涉及静电喷雾，尤其涉及一种气流辅助静电喷雾设备、制备方法及应用。

背景技术：

1、静电喷雾技术的原理研究始于20世纪初，70年代研制出静电喷雾机后，开始在市场中应用。其工作原理为在喷头与接收装置之间建立一个高压静电场，带电液滴在外加高压静电场的作用下，会在液滴内部形成静电场力，同时液滴也受到一个与电场力相反的表面张力的作用。随着电场强度逐渐增大，电场力克服表面张力，使得带电液滴发生不稳定爆裂，形成微米级或纳米级的带电液滴。在工业生产中，静电喷雾技术在多个领域有广泛应用，包括农业植保、工业喷涂、生物医学等领域。

2、现有静电喷雾技术喷雾速度慢，且受荷电效果稳定性影响较大，导致喷雾时液滴分散不均匀、喷雾不稳定等问题。静电喷雾技术在燃料电池领域的应用推广较为困难，因此有必要提供一种更高效的静电喷雾设备。

3、现有公开号为cn217094113u的中国专利，该专利技术提供了一种静电喷雾设备，静电喷雾设备，该静电喷雾设备包括:壳体，包括液体出射口、储液器，用于储存液体介质；喷头结构，位于壳体内且连通储液器和液体出射口；超声雾化片等。该技术在一定程度上极大改善雾滴对目标物体的吸附效果，但存在喷雾效率低的问题。

4、现有公开号为cn108441972a的中国专利，该专利技术公开了一种气流辅助手持便携式静电纺丝设备及其应用，该设备包括绝缘外壳、大容量二次电池、充电插孔、高压导线、高压静电发生单元、高压静电发生开关、气流导管连接器、气流导管、注射器固定支架、一次性注射器、针头固定支架、不锈钢针头、气流定向罩。该设备采用大容量二次电池作为电源，通过高压静电发生单元产生高压静电通过气流导管连接器外接气流发生器，不锈钢针头通过固定与气流导管位于同一中轴线上，在气流辅助下进行静电纺丝。该设备在一定程度上通过改造可实现喷雾效果，但该设备使用电池作为电源，废弃电池存在一定污染环境的风险，且该设备由于是手持式设备，不能实现均匀的喷涂效果。在静电喷涂过程中，由于外加电场会对小液滴施加相同的电荷，而带有相同电荷的小液滴间存在电荷排斥作用，会造成喷雾液滴在接收目标位置上无序分布。

5、现有公开号为cn104225738的中国专利，该专利技术公开了一种气流引导式定向原位热溶静电喷涂装置及其应用，该装置包括控制箱、贮液器、温控系统、加压系统、电动搅拌系统、进液管、喷枪手柄、喷头、气流导管和高压导线，该装置在气流引导的作用下可以实现药液及医用生物材料直接在目标处定点、定向、原位精确喷涂，但该装置结构集成度不高、体积较大。

技术实现思路

1、为了克服或缓解以上一个或多个技术问题，本发明目的是提供一种气流辅助静电喷雾设备、制备方法及应用，可应用在燃料电池领域，将催化剂均匀分散在溶液中，通过气流辅助静电喷雾将催化剂分散液均匀的喷涂在质子交换膜、碳纸或碳布上，高效完成催化剂的涂覆。

2、本发明提供了如下的技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种气流辅助静电喷雾设备，其包括用于输送液体物料的物料组件、同轴针以及能进行三轴向移动的三轴位移机构，所述物料组件连接于所述同轴针的外针，其还包括气源组件，所述气源组件用于向所述同轴针的内针输送可调压的高压气体；所述同轴针的外壳连接于静电发生器，所述同轴针通过针头固定支架与所述三轴位移机构的滑块连接固定。

4、根据一些实施方式，所述气源组件包括依次连接的高压气流源、气相色谱干燥管、可调式压力表、导管和导管连接器，所述导管连接器连接于所述同轴针的气源输入端。

5、根据一些实施方式，所述高压气流源选自空气压缩机或高压气瓶。

6、根据一些实施方式，制造所述导管和导管连接器的材料为绝缘材料。

7、根据一些实施方式，所述针头固定支架为塑料材质的静电纺丝喷头支架，所述针头固定支架通过螺杆与所述三轴位移机构的滑块连接固定。

8、根据一些实施方式，所述静电发生器通过高压导线夹与同轴针的外壳相连。

9、根据一些实施方式，所述物料组件包括物料输送器和物料储存器，所述物料输送器选自蠕动泵或微量注射泵。

10、根据一些实施方式，所述同轴针为可拆卸式或固定式，其通过鲁尔接头与针头固定支架连接。

11、第二方面，本发明还提供一种上述气流辅助静电喷雾设备的制备方法，包括以下步骤：

12、s1:先将溶液通过所述导管与所述物料输送器连接，并与所述同轴针的外针头连接；

13、s2:然后通过所述导管将所述高压气流源与所述同轴针的内针头连接；

14、s3:再将所述静电发生器与所述同轴针的外壳连接，启动所述静电发生器、所述物料输送器和所述高压气流源；

15、s4:通过所述三轴位移机构调整所述同轴针的位置，前端垂直指向收集端；

16、s5:调整静电电压和液体物料流速并利用可调式压力表调整气压，使溶液从所述同轴针的内针头中流出，在高压电场和气流的作用下形成均匀小液滴，并定向、稳定地落到收集端上；

17、s6:完成喷雾后，断开所述静电发生器开关，断开所述物料输送器开关，断开所述高压气流源，结束喷雾。

18、第三方面，本发明还提供了上述气流辅助静电喷雾设备的应用，所述气流辅助静电喷雾设备在微球制备、喷涂涂膜或乳液制备的应用。

19、相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：

20、(1)与无气流辅助的静电喷雾相比，本发明采用气源组件输送高压气体，可高效快速喷雾，适用于低黏度液体及非均相液体的精细喷涂。

21、(2)与无静电的机械喷雾相比，得到的微球的球形度显著提高，粒径更小、更均匀，喷雾过程中雾污染大面积减少。

22、(3)该设备整体集成化程度高，可实现长时间连续喷雾。

23、(4)该设备应用范围广，如可用微球，涂膜和乳液的制备。例如用于燃料电池领域，将催化剂分散液均匀的喷涂在质子交换膜、碳纸或碳布上，高效完成催化剂的涂覆。

技术特征：

1.一种气流辅助静电喷雾设备，其包括用于输送液体物料的物料组件、同轴针以及进行三轴向移动的三轴位移机构，所述物料组件连接于所述同轴针的外针，其特征在于：还包括气源组件，所述气源组件用于向所述同轴针的内针输送可调压的高压气体；所述同轴针的外壳连接于静电发生器，所述同轴针通过针头固定支架与所述三轴位移机构的滑块连接固定。

2.根据权利要求1所述气流辅助静电喷雾设备，其特征在于：所述气源组件包括依次连接的高压气流源、气相色谱干燥管、可调式压力表、导管和导管连接器，所述导管连接器连接于所述同轴针的气源输入端。

3.根据权利要求2所述气流辅助静电喷雾设备，其特征在于：所述高压气流源选自空气压缩机或高压气瓶。

4.根据权利要求2所述气流辅助静电喷雾设备，其特征在于：制造所述导管和导管连接器的材料为绝缘材料。

5.根据权利要求1所述气流辅助静电喷雾设备，其特征在于：所述针头固定支架为塑料材质的静电纺丝喷头支架，所述针头固定支架通过螺杆与所述三轴位移机构的滑块连接固定。

6.根据权利要求1所述气流辅助静电喷雾设备，其特征在于：所述静电发生器通过高压导线夹与同轴针的外壳相连。

7.根据权利要求1所述气流辅助静电喷雾设备，其特征在于：所述物料组件包括物料输送器和物料储存器，所述物料输送器选自蠕动泵或微量注射泵。

8.根据权利要求1所述气流辅助静电喷雾设备，其特征在于：所述同轴针为可拆卸式或固定式，其通过鲁尔接头与针头固定支架连接。

9.一种根据权利要求2所述气流辅助静电喷雾设备的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

10.根据权利要求1～8任一所述气流辅助静电喷雾设备的应用，其特征在于：所述气流辅助静电喷雾设备在微球制备、喷涂涂膜或乳液制备的应用。

技术总结
本发明涉及静电喷雾技术领域，其公开了一种气流辅助静电喷雾设备、制备方法及应用，该设备包括用于输送液体物料的物料组件、同轴针以及能进行三轴向移动的三轴位移机构，所述物料组件连接于所述同轴针的外针，其还包括气源组件，所述气源组件用于向所述同轴针的内针输送可调压的高压气体；所述同轴针的外壳连接于静电发生器，所述同轴针通过针头固定支架与所述三轴位移机构的滑块连接固定。与无气流辅助的静电喷雾相比，本发明采用气源组件输送高压气体，可高效快速喷雾，适用于低黏度液体及非均相液体的精细喷涂；与无静电的机械喷雾相比，得到的微球的球形度显著提高，粒径更小、更均匀，喷雾过程中雾污染大面积减少。

技术研发人员：夏和生,刘杰,蔡易凡,田志帅,黄博文,卢锡立,王占华
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20