本发明公开了一种微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，包括脉冲惯性力驱动装置、超声驻波场发生装置、微喷嘴和显微摄像系统，所述脉冲惯性力驱动装置包括机架、堆栈式压电陶瓷驱动器和压电驱动信号源，所述超声驻波场发生装置包括超声电源、超声换能器、变蝠杆和声波反射端，所述脉冲惯性力驱动装置在粉体内部产生脉冲惯性力并使粉体沿微喷嘴轴线向喷嘴出口运动；超声驻波场发生装置在声源和声波反射端产生稳定的超声驻波场并将微喷嘴出口部分及其内部粉体置于驻波场的节点位置，微喷嘴出口位置粉体在声辐射力的作用下处于悬浮状态，并与其上方密集态粉体和微喷嘴内壁脱离。本发明消除了粉体在微喷嘴内的堵塞现象，具有输送过程稳定、精度高等优点。
1.微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，其特征在于：包括脉冲惯性力驱动装置、超声驻波场发生装置、微喷嘴和显微摄像系统，所述脉冲惯性力驱动装置包括机架、堆栈式压电陶瓷驱动器和压电驱动信号源，所述超声驻波场发生装置包括超声电源、超声换能器、变蝠杆和声波反射端，所述脉冲惯性力驱动装置在粉体内部产生脉冲惯性力并使粉体沿微喷嘴轴线向喷嘴出口运动，粉体在数个脉冲惯性力的作用下充满整个锥形微喷嘴；压电驱动信号源电压在0～120V范围内可调，频率在1～256Hz可调，信号波形为方波、三角波或1/4周期正弦波；超声驻波场发生装置在声源和声波反射端产生稳定的超声驻波场并将微喷嘴出口部分及其内部粉体置于驻波场的节点位置，微喷嘴出口位置粉体在声辐射力的作用下处于悬浮状态，并与其上方密集态粉体和微喷嘴内壁脱离，微喷嘴出口部分的粉体将在惯性力、声辐射力和自身重力的综合扰动下输送出微喷嘴。
2.根据权利要求1所述的微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，其特征在于：所述堆栈式压电陶瓷驱动器上端面通过连接件A与所述机架固定连接。
3.根据权利要求1所述的微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，其特征在于：所述堆栈式压电陶瓷驱动器下端面通过连接件B与所述微喷嘴固定连接。
4.根据权利要求1所述的微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，其特征在于：所述超声驻波场发生装置的变蝠杆左端面和声波反射端平面平行，且两者距离为声源发射声波半波长的整数倍。
5.根据权利要求1所述的微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，其特征在于：所述微喷嘴出口部分位于超声驻波场节点，且微喷嘴轴线与声波传播方向垂直。
6.根据权利要求1或5所述的微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，其特征在于：所述微喷嘴沿轴线方向的内孔截面由大到小逐渐收缩。
7.根据权利要求1或5所述的微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，其特征在于：所述微喷嘴截面形状为圆形、方形或三角形。
8.微纳米黏性粉体微量稳定输送方法，采用权利要求1—7任一项所述的微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，其特征在于：包括以下步骤：(1)从微喷嘴大端入口装载微纳米粉体；
(2)沿微喷嘴轴线方向施加脉冲惯性力，使粉体在惯性力作用下向微喷嘴小端出口脉冲运动；(3)当粉体充满整个喷嘴时，在喷嘴小端出口施加超声驻波场，使粉体在声辐射力、脉冲惯性力和自身重力综合扰动下输送出喷嘴。
微纳米黏性粉体微量稳定输送装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种微纳米黏性粉体微量稳定输送装置及方法。
背景技术
[0002] 微纳米粉体的高精度稳定微量输送是三维打印和高效原料药(HPAPI)研究和制备等领域的关键技术。在大量粉体输送方面，目前研究较多的有气力输送、载气式同轴输送和超声振动送粉等多种粉体输送方法，气力送粉和同轴送粉仅适用于大量粉体的宏观输送，难以实现100mg/s以下的微量输送。超声振动微量送粉装置利用超声产生的高频机械振动(通常几十kHz)使粉体从毛细管喷嘴中流出。然而，由于微纳米的粉体在输送过程中颗粒间存在较大的黏性力和粉体和毛细管内壁间的摩擦力，粉体在微输送过程中密实度增大，堵塞喷嘴，因此输送过程不稳定，输送精度很难控制。
发明内容
[0003] 本发明要解决的问题是提供一种微纳米黏性粉体微量稳定输送装置及方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0005] 微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，包括脉冲惯性力驱动装置、超声驻波场发生装置、微喷嘴和显微摄像系统，所述脉冲惯性力驱动装置包括机架、堆栈式压电陶瓷驱动器 和压电驱动信号源，所述超声驻波场发生装置包括超声电源、超声换能器、变蝠杆和声波反射端，所述脉冲惯性力驱动装置在粉体内部产生脉冲惯性力并使粉体沿微喷嘴轴线向喷嘴出口运动；超声驻波场发生装置在声源和声波反射端产生稳定的超声驻波场并将微喷嘴出口部分及其内部粉体置于驻波场的节点位置，微喷嘴出口位置粉体在声辐射力的作用下处于悬浮状态，并与其上方密集态粉体和微喷嘴内壁脱离。
[0006] 所述堆栈式压电陶瓷驱动器上端面通过连接件A与所述机架固定连接。
[0007] 所述堆栈式压电陶瓷驱动器下端面通过连接件B与所述微喷嘴固定连接。
[0008] 所述脉冲惯性力驱动装置的压电驱动信号源电压在0～120V范围内可调，频率在1～256Hz可调，信号波形为方波、三角波或1/4周期正弦波。
[0009] 所述超声驻波场发生装置的变蝠杆左端面和声波反射端平面平行，且两者距离为声源发射声波半波长的整数倍。
[0010] 所述微喷嘴出口部分位于超声驻波场节点，且微喷嘴轴线与声波传播方向垂直。
[0011] 所述微喷嘴沿轴线方向的内孔截面由大到小逐渐收缩。
[0012] 所述微喷嘴截面形状为圆形、方形或三角形。
[0013] 所述微喷嘴材料为玻璃、金属和非金属。
[0014] 微纳米黏性粉体微量稳定输送方法，包括以下步骤：(1)从微喷嘴大端入口装载微纳米粉体；(2)沿微喷嘴轴线方向施加脉冲惯性力，使粉体在惯性力作用下向微喷嘴小端出口脉冲运动；(3)当粉体充满整个喷嘴时，在喷嘴小端出口施加超声驻波场，使粉体在声辐射力、脉冲惯性力和自身重力综合扰动下输送出喷嘴。
[0015] 本发明消除了粉体在微喷嘴内的堵塞现象，具有输送过程稳定、精度高等优点。
附图说明
[0016] 图1微纳米黏性粉体微量稳定输送装置基本结构示意图
[0017] 图2脉冲惯性力驱动下粉体沿微喷嘴轴线运动示意图
[0018] 图3超声驻波场中声辐射力驱动粉体运动示意图。
具体实施方式
[0019] 实施例1：
[0020] 如图1所示，本实施例的微纳米黏性粉体微量稳定输送装置包括脉冲惯性力驱动 装置1～7、超声驻波场发生装置9～12、锥形微喷嘴8和显微摄像系统13～14。与超声振动微量给粉装置相比，消除了粉体在微喷嘴内的堵塞现象，具有输送过程稳定、精度高等优点。
[0021] 脉冲惯性力驱动装置包括机架1、堆栈式压电陶瓷驱动器3、压电驱动信号源5、功 率放大器5、A连接件2和B连接件4、和紧固螺栓7等。堆栈式压电陶瓷驱动器3上端面通过A连接件2与机架1固定连。堆栈式压电陶瓷驱动器3下端面通过B连接件4与锥形微喷嘴8固定连接，在安装过程中确保堆栈式压电陶瓷驱动器3伸缩方向与锥形微喷嘴8轴线方向一致。压电驱动信号源6电压在0～120V范围内可调、频率在1～256Hz可调，信号波形为方波、三角波或1/4周期正弦波。以方波为例，当在堆栈式压电陶瓷驱动器3上施加一定频率的方波时，在电压信号从0到U(电压幅值)变化过程中，驱动器3连同B连接件4、锥形微喷嘴8和粉体一起向下运动；当电压信号从U到0变化过程中，驱动器3连同B连接件4和锥形微喷嘴8沿驱动器3一起收缩(即向上运动)，微喷嘴8内粉体在惯性力自身重力作用下将沿微喷嘴轴线向微喷嘴出口部分运动一段距离，且电压越大，运动位移越大。在数个脉冲惯性力作用下，粉体将充满整个锥形微喷嘴8。脉冲惯性力作用能够吓，粉体在微喷嘴8内运动示意图如图2所示。
[0022] 超声驻波场发生装置包括超声电源9、超声换能器10、蝙蝠杆11和反射端12等。变幅杆1断面与反射端12平面平行，两者之间的距离为一定频率声波波长的一半。锥形微喷嘴位于变幅杆1断面与反射端12平面中点位置，即超声驻波场的节点位置。且锥形微喷嘴轴线与声波传播方向垂直。
[0023] 锥形微喷嘴8沿微喷嘴轴线方向喷嘴截面由大到小逐渐收缩，截面形状为圆形、方形或三角形等。
[0024] 如图3所示，微喷嘴8出口内粉体在超声驻波场声辐射力的作用下将向节点方向运动，运动的结果是：多个粉体在宏观上表现为悬浮状态，与其上方密集态粉体和微喷嘴内壁脱离，在微观上表现为粉体的高速不规则的剧烈运动。最终的结果是微喷嘴出口部分的粉体将在惯性力、声辐射力和自身重力的综合扰动下输送出微喷嘴。
[0025] 实验表明，以平均当量粒径为71.0μm的α-乳糖(型号RespitoseSV003)黏性粉末为 输送介质，当微喷嘴出口内径为100μm，堆栈式压电陶瓷驱动器3电压幅值60V、频率为1Hz，超声换能器10频率30kHz、功率300W时，粉体的平均输送量为0.4mg/s，相对标准偏差(RSD)小于0.12，远小于现有超声振动微量给粉装置。
[0026] 实施例2：
[0027] 本实施例与实施例1的不同之处在于：声源与反射端的距离为某特定频率声波半波长的2倍及以上，微喷嘴出口部分仍需置于驻波节点上，产生的不同效果是，相同条件下，由于声辐射力减小将使粉体的微输送能力略有下降。其它结构和输送方法参照实施例1[0028] 实施例3：
[0029] A连接件2沿机架1旋转一定角度使微喷嘴向下与竖直方向成0～45°夹角，也可在一定程度上提高输送精度和稳定性。其它结构和输送方法参照实施例1。
