专利名称：微小颗粒制造系统及工艺的制作方法
技术领域：
本发明有关一种微小颗粒制造系统及工艺，尤指一种利用喷墨技术制造微小颗粒的系统及工艺。
背景技术：
现行制造微小颗粒的方式主要分为两种，第一种为利用机械研磨(mechanicalcomminution)加上过滤的方式，第二种则为喷雾干燥(spray drying)的方式，然而这些传统制造微小颗粒的方法皆有相当的缺点存在。
首先，以机械研磨加上过滤的方式为例，其是利用微粉粉碎机以高能球磨或气流磨的方法，通过物料与磨料间的相互研磨与冲击，将物料粉碎为颗粒。采用这种方式虽然设备简单、操作容易、成本较低且可得到尺寸微小的颗粒，甚至可以达到纳米级(nanometer scale)的颗粒，但是由于制造过程中的机械碰撞易产生污染，且研磨及其产生的热量会分别造成微小颗粒表面的磨损及物性的破坏。此外，机械研磨的方式亦有粒径分布不均的问题，且并非所有纳米材料皆能适用机械研磨制得。
而使用喷雾干燥的方式虽然可以大量制造微小颗粒，且较无污染的情况，但由于喷雾干燥所产生的颗粒尺寸较大且不均匀，所以不易达到纳米级的需求。
近来，喷墨技术被应用在制造微小颗粒的用途上，其主要的原理是将预计制备的物质溶解在特定溶剂中，以形成一种溶液，然后再将该溶液利用喷墨的方式喷出形成微小液滴，最后将液滴干燥使溶剂蒸发，便可析出微小颗粒的溶质，但是现有技术在干燥的过程中，需要通以高温气体来加速溶剂蒸发的速度，然而在此高温、高浓度溶剂、以及高密度粉尘的环境下，极易产生爆炸的危险。
有鉴于此，如何发展一种简便的微小颗粒制造系统及工艺，以解决上述缺失并制造颗粒尺寸均匀的微小颗粒，实为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种制造微小颗粒的系统及工艺，其是于一腔体内利用喷墨技术来控制液滴喷出装置喷出尺寸微小且均匀的液滴，再借助承接装置承接液滴并将液滴滴入溶剂中，利用液滴的溶质在二种溶剂中的溶解度不同而析出微小颗粒，整个制造过程可在常温或低温下进行，所析出的微小颗粒亦不会成为粉尘，可大幅降低爆炸的危险性，可解决现有技术所制造的微小颗粒尺寸不均一、制作过程容易污染、适用材料种类有限、制作过程冗长及设备要求较高等缺失。
本发明的另一目的为提供一种微小颗粒制造流程，其是于一腔体内以一喷墨技术将主要由第一溶剂与溶质混合形成的液体喷出成微小的液滴，并将液滴滴入第二溶剂中可将液滴内部的溶质析出以形成微小颗粒，可简化微小颗粒的工艺。
为达上述目的，本发明的一方面提供一种微小颗粒制造系统，其包含一腔体；一供液装置，用以容置一主要由第一溶剂与溶质混合形成的液体；一液滴喷出装置，其设置于该腔体内且与该供液装置相连通，并具有复数个致动器及复数个喷孔，该致动器是借助一喷墨技术驱动该液体，使该液体自相对应的该喷孔喷出，以形成复数个液滴；以及一承接装置，其置于该腔体内且与该液滴喷出装置的该复数个喷孔相对应设置，用以容置一第二溶剂，且使该复数个液滴滴落至该第二溶剂中以析出复数个微小颗粒。
根据本发明的构想，其中该喷墨技术是一热汽泡式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成该复数个液滴。
根据本发明的构想，其中该喷墨技术是一压电式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成复数个液滴。
根据本发明的构想，其中该喷墨技术是一机械式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成复数个液滴。
根据本发明的构想，其中该微小颗粒制造系统还包含一电控装置，其与该液滴喷出装置的该致动器连接，用以控制该致动器运作以形成该复数个液滴。
根据本发明的构想，其中该电控装置是用以控制该致动器作动时的电压、电流、频率及操作时间等复数个参数。
根据本发明的构想，其中该承接装置还包含一温控介质元件，用以使该承接装置所容置的该溶剂的温度达于该液滴的溶质的溶解度为0的温度。
根据本发明的构想，其中该微小颗粒制造系统还包含一温度控制装置，其与该承接装置连接，用以控制致动该温控介质元件，使该承接装置内所容置的第二溶剂的温度控制于使该液滴的溶质的溶解度为0的温度。
根据本发明的构想，其中该微小颗粒制造系统还包含一压力调节装置，其设置于该腔体上，用以调节该腔体内部的压力。
根据本发明的构想，其中该供液装置具有一压力调节功能以防止该液体泄漏。
根据本发明的构想，其中该液滴的体积可由5兆分之一公升(picoliter)至35兆分之一公升(picoliter)。
根据本发明的构想，其中该液体的溶质浓度为0.01％至20％。
为达上述目的，本发明另一方面提供一种微小颗粒制造的工艺，其是于一腔体内制造复数个微小颗粒，包含下列步骤利用一喷墨技术将一主要由第一溶剂与溶质混合形成的液体喷出，以形成复数个液滴；以及将该复数个液滴滴至一内部盛装第二溶剂的承接装置中以析出复数个微小颗粒。
图1是本发明较佳实施例的微小颗粒制造系统的结构示意图。
图2是图1所示的承接装置的部分结构放大示意图。
图3是本发明制造微小颗粒的制作流程图。
具体实施例方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
请参阅图1，其是本发明较佳实施例的微小颗粒制造系统的结构示意图。如图所示，本发明的微小颗粒制造系统1主要由供液装置11、液滴喷出装置12、电控装置13、承接装置15、温度控制装置16以及腔体18所构成，其中液滴喷出装置12及承接装置15可设置于腔体18内，而供液装置11、电控装置13及温度控制装置16则设置于腔体18外。
于本实施例中，供液装置11内部包含有一容置空间，主要用来容纳预定喷出的液体，而液体主要由第一溶剂与溶质混合所形成，且该溶质与第一溶剂基本上是完全互溶的状态，亦即第一溶剂相对于该溶质而言为好溶剂(goodsolvent)。此外，供液装置11本身具备压力调节的功能，主要提供一背压以防止预定喷出的液体由液滴喷出装置12的喷孔12泄漏所造成物料浪费的问题。而供液装置11是利用一管线111与液滴喷出装置12相连通，因此预定喷出的液体得以自供液装置11经由管线111而流至液滴喷出装置12中。
液滴喷出装置12具有复数个致动器122及复数个喷孔121，每一致动器122是对应至一喷孔121，而液滴喷出装置12除了通过管线111接收来自供液装置11的液体123外，尚通过致动器122与电控装置13电性连接，电控装置13主要用来控制液滴喷出装置12的致动器122作动时的电压、电流、频率、操作时间等的参数。另外，设置于液滴喷出装置12的底部表面的喷孔121，可使容置于液滴喷出装置12中的液体123因液滴喷出装置12的致动器122受到电控装置13的触发而驱动液体123经由喷孔121喷出，以形成复数个微小的液滴14(如图1所示，但液滴及微小颗粒大小未依实际比例图示)。
本发明的液滴喷出装置12主要利用喷墨技术(inkjet technology)来形成液滴14，所使用的喷墨技术可为热汽泡式喷墨(bubble inkjet)技术，其是利用加热的方法使液体产生气泡，再通过气泡的推挤，将液体123自喷孔121推挤而出。此外，本发明亦可利用压电式喷墨(piezoelectronic inkjet)技术，使液滴喷出装置12产生固定的震荡频率，借此液滴喷出装置12将液体123自喷孔121推出，或是利用机械式喷墨技术(mechanical inkjet)直接将液体123自喷孔121喷出。当然，本发明可适用的喷墨技术并不局限于上述的方式，任何可达到使液体123由喷孔121中喷出，以形成复数个液滴14的喷墨技术，均为本发明所保护的范围。
请再参阅图1，本发明的承接装置15是相对应于液滴喷出装置12的复数个喷孔121的位置设置，主要用来承接液滴喷出装置12经由复数个喷孔121所喷出的液滴14。而承接装置15的内部盛有第二溶剂151，第二溶剂151相对于上述溶质而言为坏溶剂(poor solvent)，即当液滴14滴落在第二溶剂151当中时，由于上述溶质在第二溶剂151中的溶解度不同，因此将瞬间形成过饱和状态而析出微小颗粒17(如图2所示)，而微小颗粒17后续可利用过滤加干燥的方式加以收集。
承接装置15借助外部设定，例如连接一温度控制装置16来控制，以及内部包含有温控介质元件(未图示)，促使内部盛装的第二溶剂151的温度可由内部温控介质元件受温度控制装置16所致能控制来产生温度变化，，如此第二溶剂151的温度可控制于液滴14内部的溶质在第二溶剂151当中其溶解度趋近于0的温度，故当液滴14滴落于承接装置15的第二溶剂151中时，液滴14中的溶质得以借助其在第一溶剂与第二溶剂151中的解析度不同而析出形成复数个微小颗粒17。
请再参阅图1，本实施例的压力调节装置181设置于腔体18上，当腔体18内部的压力过高时，压力调节装置181可向腔体18外部释放压力，以调节腔体18的压力，进而防止腔体18因内部压力过高而发生爆炸。
由于本发明的微小颗粒制造系统1将液滴喷出装置12及承接装置15容置于腔体18内部以与外界环境隔绝，可使腔体18内维持洁净且干燥的状态，因此可避免于液滴喷出装置12喷出液滴14以及液滴14滴落至承接装置15的第二溶剂151中而使液滴14内部的溶质析出以制成微小颗粒17的过程中遭到污染，也可以避免外界其它污染物质掉落至承接装置15的第二溶剂151。当然，供液装置11、电控装置13及温度控制装置16亦可一并容置于腔体18内部，以借助腔体18与外界环境隔离来防止制造微小颗粒17过程中任何可能遭到外界环境污染的状况。
另外，本发明所使用的微小颗粒制造技术，主要是应用喷墨技术(InkjetTechnology)将液体123经由喷孔121喷出成为液滴14，再将液滴14滴入另外一种溶剂中，利用溶质在二种不同溶剂中的溶解度不同的特性来析出微小颗粒17，整个制造过程可在常温或低温下进行，所析出的微小颗粒17亦不会成为粉尘，可大幅降低爆炸的危险性。
请参阅图3并配合图1，其中图3是本发明制造微小颗粒的制作流程图，首先，利用供液装置11将液体经由管线111供应至液滴喷出装置12(步骤S11)，再利用电控装置13控制液滴喷出装置12的致动器122的电压、电流、频率、操作时间等的参数，借助致动器122驱动容置于液滴喷出装置12内部的液体123，使液体123自喷孔121喷出形成复数个液滴14(步骤S12)，接着以承接装置15承接经由喷孔121喷出的液滴14，同时利用温度控制装置16控制承接装置15内部的温控介质元件(未图示)，使承接装置15内部盛装第二溶剂151的温度可控制于液滴14内部的溶质在第二溶剂151当中其溶解度趋近于0的温度，接着将液滴14滴落于承接装置15的第二溶剂151中，使液滴14中的溶质得以借助其在第一溶剂与第二溶剂151中的解析度不同而析出形成复数个微小颗粒17(步骤S13)。最后可利用过滤加干燥的方式来收集已制成的微小颗粒17(步骤S14)。
于本实施例中，为了避免工艺中外界环境对微小颗粒造成的污染，步骤S12-S14是于一腔体18中进行，并以腔体18上的压力调节装置181控制压力，以防止工艺中腔体18压力过大而发生爆炸。
当然，为了适应各种需求，本发明亦可借助改变液滴喷出装置12的电压、电流、频率、操作时间等参数或喷孔121的尺寸来调节喷出液滴14的大小，或是改变容置于供液装置11中的液体的溶质浓度来制造不同尺寸的微小颗粒17。举例而言，当喷出的液滴14体积较大或液体中的溶质浓度较高时，所制造出的微小颗粒17的尺寸将较大；反之，当液滴14尺寸较小或液体中的溶质浓度较低时，所制造出的微小颗粒17尺寸便较小，根据实验溶质浓度可由0.01％至20％。此外，本发明是以喷墨技术来形成液滴14并制造微小颗粒17，而由于目前喷墨技术所能喷出的液滴14的体积大小已经可到达10pl(picoliter，兆分之一公升)以下，因此当液滴14滴落至承接装置15的第二溶剂151中，将可析出纳米级的微小颗粒17，依据实验其液滴体积可由5pl至35pl(picoliter，兆分之一公升)均可。
本发明所使用的微小颗粒制造及其工艺，主要是应用喷墨技术(InkjetTechnology)将液体123经由喷孔121喷出成为液滴14，再将液滴14滴入另外一种溶剂中，利用溶质在二种溶剂中的溶解度不同而析出微小颗粒17，整个制造过程可在常温或低温下进行，所析出的微小颗粒17亦不会成为粉尘，可大幅降低爆炸的危险性。
综上所述，本发明的微小颗粒制造系统及工艺，其液滴喷出装置的致动器是利用喷墨技术使喷孔喷出复数个液滴，并使液滴滴落于承接装置的第二溶剂中上，利用溶质在二种不同溶剂中的溶解度不同的特性来析出微小颗粒，整个制造过程可在常温或低温下进行，所析出的微小颗粒亦不会成为粉尘，可大幅降低爆炸的危险性。
此外，由于本发明的液滴喷出装置及承接装置设置于腔体中，因此使用本发明的技术所制造的微小颗粒是于洁净干燥的腔体中完成，且利用喷墨技术制造微小颗粒并无机械性的碰撞及磨损，故无污染的虞。
再者，本发明可直接借助调整液滴的大小或液体的浓度以得到不同尺寸的微小颗粒，且使用喷墨技术可使微小颗粒的尺寸达到纳米级，相较于其他现有制造纳米微粒的技术，本发明不仅可制成尺寸均匀的纳米级微小颗粒，且使用的设备结构简单、制造方式简便，可大幅简化工艺。因此本发明极具产业的价值。
以上对本发明的较佳实施例进行了详细描述，应予以理解的是熟悉本技术的普通技术人员根据本发明的精神还可作出种种的等同的变化或替换，这些等同的变化或替换均应包含在所附的本申请的权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种微小颗粒制造系统，其包含一腔体；一供液装置，用以容置一主要由第一溶剂与溶质混合形成的液体；一液滴喷出装置，其设置于该腔体内且与该供液装置相连通，并具有复数个致动器及复数个喷孔，该致动器是借助一喷墨技术驱动该液体，使该液体自相对应的该喷孔喷出，以形成复数个液滴；以及一第二溶剂，促使该复数个液滴滴落至第二溶剂中以析出复数个微小颗粒。
2.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该喷墨技术是一热汽泡式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成该复数个液滴。
3.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该喷墨技术是一压电式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成复数个液滴。
4.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该喷墨技术是一机械式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成复数个液滴。
5.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该微小颗粒制造系统还包含一电控装置，其与该液滴喷出装置的该致动器连接，用以控制该致动器运作以形成该复数个液滴。
6.如权利要求5所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该电控装置是用以控制该致动器作动时的电压、电流、频率及操作时间等复数个参数。
7.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该第二溶剂的温度达于该液滴的溶质的溶解度为0的温度。
8.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该微小颗粒制造系统还包含一压力调节装置，其设置于该腔体上，用以调节该腔体内部的压力。
9.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该供液装置具有一压力调节功能以防止该液体泄漏。
10.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该液滴的体积可由5兆分之一公升至35兆分之一公升。
11.如权利要求1所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该液体的溶质浓度为0.01％至20％。
12.一种微小颗粒制造系统，其包含一腔体；一供液装置，用以容置一主要由第一溶剂与溶质混合形成的液体；一液滴喷出装置，其设置于该腔体内且与该供液装置相连通，并具有复数个致动器及复数个喷孔，该致动器是借助一喷墨技术驱动该液体，使该液体自相对应的该喷孔喷出，以形成复数个液滴；以及一承接装置，其置于该腔体内且与该液滴喷出装置的该复数个喷孔相对应设置，用以容置一第二溶剂，且使该复数个液滴滴落至第二溶剂中以析出复数个微小颗粒。
13.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该喷墨技术是一热汽泡式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成该复数个液滴。
14.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该喷墨技术是一压电式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成复数个液滴。
15.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该喷墨技术是一机械式喷墨技术，借助该致动器的驱动将该液体自该喷孔喷出，以形成复数个液滴。
16.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该微小颗粒制造系统还包含一电控装置，其与该液滴喷出装置的该致动器连接，用以控制该致动器运作以形成该复数个液滴。
17.如权利要求16所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该电控装置是用以控制该致动器作动时的电压、电流、频率及操作时间等复数个参数。
18.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该承接装置还包含一温控介质元件用以控制该承接装置所容置的第二溶剂的温度达于该液滴的溶质的溶解度为0的温度。
19.如权利要求18所述的微小颗粒制造系统，其特征在于还包含一温度控制装置，其与该承接装置连接，用以控制致动该温控介质元件，使该承接装置内所容置的第二溶剂的温度控制于使该液滴的溶质的溶解度为0的温度。
20.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该微小颗粒制造系统还包含一压力调节装置，其设置于该腔体上，用以调节该腔体内部的压力。
21.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该供液装置具有一压力调节功能以防止该液体泄漏。
22.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该液滴的体积可由5兆分之一公升至35兆分之一公升。
23.如权利要求12所述的微小颗粒制造系统，其特征在于该液体的溶质浓度为0.01％至20％。
24.一种微小颗粒制造的工艺，其是于一腔体内制造复数个微小颗粒，包含下列步骤利用一喷墨技术将一主要由第一溶剂与溶质混合形成的液体喷出，以形成复数个液滴；以及将该复数个液滴滴至一内部盛装第二溶剂的承接装置中以析出复数个微小颗粒。
25.如权利要求24所述的微小颗粒工艺，其特征在于该喷墨技术为一热汽泡式喷墨技术、一压电式喷墨技术或一机械式喷墨技术。
26.如权利要求24所述的微小颗粒工艺，其特征在于该液体是由一液滴喷出装置的复数个喷孔喷出。
27.如权利要求26所述的微小颗粒工艺，其特征在于该液滴喷出装置是受一电控装置控制。
28.如权利要求26所述的微小颗粒工艺，其特征在于该液滴喷出装置的该液体是由一供液装置供应。
29.如权利要求24所述的微小颗粒工艺，其特征在于该该承接装置还包含一温控介质元件，用以控制该承接装置的温度达于该液滴的溶剂与溶质分离所需的温度。
30.如权利要求29所述的微小颗粒工艺，其特征在于该温控介质元件是由一温度控制装置控制致动，使该承接装置的温度控制于该液体的沸点。
31.如权利要求24所述的微小颗粒工艺，其特征在于该腔体上设有一压力调节装置，用以调节该腔体内部的压力。
32.如权利要求24所述的微小颗粒工艺，其特征在于该液滴的体积可由5兆分之一公升至35兆分之一公升。
33.如权利要求24所述的微小颗粒工艺，其特征在于该液体的溶质浓度为0.01％至20％。
全文摘要
本发明是一种微小颗粒制造系统，其包含一腔体；一供液装置，用以容置一主要由第一溶剂与溶质混合形成的液体；一液滴喷出装置，其设置于该腔体内且与该供液装置相连通，并具有复数个致动器及复数个喷孔，该致动器是借助一喷墨技术驱动该液体，使该液体自相对应的该喷孔喷出，以形成复数个液滴；以及一承接装置，其置于该腔体内且与该液滴喷出装置的该复数个喷孔相对应设置，用以容置一第二溶剂，且使该复数个液滴滴落至该第二溶剂中以析出复数个微小颗粒。
文档编号B01J2/02GK101062470SQ200610077829
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月29日 优先权日2006年4月29日
发明者张英伦, 薛达伟, 薛洁筠 申请人:研能科技股份有限公司