一种液态金属液滴形成装置的制作方法

本实用新型涉及液态金属技术领域，尤其涉及一种液态金属液滴形成装置。

背景技术：

将液态金属分散到另一相不相溶的液体或气体中，便会形成液滴。我们将分散成液滴的液态金属称为分散相，另一相液体或者气体称为连续相。液态金属液滴普遍存在于现实生活中。例如，在化学工程中，工程师们利用基于液态金属液滴技术来实现化工过程步骤，如液态金属防氧化、液态金属制氢技术等。液态金属液滴还能取代传统的容器作为微反应器，在液滴中进行多种反应，如液态金属包吞效应；在制造业中，液态金属通过改变液滴的大小来实现在基底上书写，形成线条粗细不同的图案；在散热领域，液态金属液滴还能运输和释放能量；在生活中，液态金属通过形成不同粒径的液滴，来产生视觉冲击效果更为直观的工艺品，如液态金属滴漏。传统的液态金属液滴形成方法是通过手工或者机械搅动产生的剪切力或者冲击力来将液态金属分散成液滴。这样的方法简单有效，但产生的液态金属液滴非常不均匀、且对液态金属液滴的尺寸和分布不能进行精准控制，过程的可重复性也低。

综上所述，液态金属液滴具有强大的应用潜力，而要让液态金属液滴真正发挥其潜在的应用机制，其先决条件是要能够稳定地产生非常均匀、尺寸和结构精准可控的液态金属液滴。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种液态金属液滴形成装置，其能够能对液态金属液滴的尺寸和分布进行精确控制，使所形成的液态金属液滴尺寸均匀。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种液态金属液滴形成装置，其包括液态金属液滴发生器和第一微量注射泵；所述液态金属液滴发生器包括发生块，用于容纳液态金属的第一管道，以及用于容纳连续相的第二管道；所述发生块内部开设有通孔，所述第一管道的第一端和所述第二管道的第一端分别自所述通孔的两端伸入所述通孔内，且所述第一管道的第一端和所述第二管道的第一端同轴且相对设置；所述第一微量注射泵的输出端连接所述第一管道的第二端，以向所述第一管道内输入液态金属，并将所述液态金属自所述第二管道的第一端推入所述第二管道内。

进一步地，所述第一管道的第一端与所述第二管道的第一端对齐，或者，所述第一管道的第一端自所述第二管道的第一端插入所述第二管道内。

进一步地，所述第一管道的第一端的孔径小于所述第二管道的第一端的孔径。

进一步地，所述第一管道的第二端的孔径大于所述第一管道的第一端的孔径，所述第二管道的第二端的孔径大于所述第二管道的第二端的孔径。

进一步地，所述液态金属液滴形成装置还包括第一注射针头和第二微量注射泵，所述第一管道、第二管道的管体均与所述通孔的孔壁之间存在间隙，所述第一注射针头的第一端穿透所述通孔的孔壁，并与所述通孔相连通；所述第二微量注射泵的输出端连接所述第一注射针头的第二端，以通过所述第一注射针头向所述通孔内输入连续相。所述连续相可自所述第二管道的第一端进入所述第二管道，进而将所述第二管道填满，从而便于液态金属液滴的形成。

优选的，所述发生块的侧壁开设有供所述第一注射针头的第一端穿过的穿孔。

进一步地，所述通孔的两端在与所述第一管道和第二管道的间隙内分别填充有密封胶。

优选的，所述密封胶为环氧胶水。

进一步地，所述液态金属液滴形成装置还包括液态金属液滴收集器，所述液态金属液滴收集器的输入端与所述第二管道的第二端相连通。

进一步地，所述液态金属液滴收集器内设有多个喇叭孔，多个所述喇叭孔平行设置，其中一个所述喇叭孔的孔口为所述液态金属液滴收集器的输入端。

进一步地，所述液态金属液滴收集器的输入端通过第一橡胶管与所述第二管道的第二端相连通，所述第一橡胶管上设有流速调节器，以调节所述第一橡胶管内液体的流速。

进一步地，所述连续相为氢氧化钠溶液；

和/或，所述发生块、第一管道和第二管道的材质均为透明玻璃。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：

本实用新型提供的液态金属液滴形成装置，其第一管道的第一端和所述第二管道的第一端分别自通孔的两端伸入通孔内，且第一管道的第一端和第二管道的第一端同轴且相对设置，使用时通过第一微量注射泵将第一管道内的液态金属自第二管道的第一端推入第二管道内，液态金属受到第二管道内连续相的剪切力而形成液态金属液滴；由于第一微量注射泵可控制液态金属的移动速度，从而能够精确控制第二管道内液态金属的进液量和液态金属的流速，进而能够能对液态金属液滴的尺寸和分布进行精确控制，使所形成的液态金属液滴尺寸均匀。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述液态金属液滴形成装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述液态金属液滴发生器的结构示意图；

图3为图2中C部的放大图；

图4为本实用新型实施例所述液态金属液滴收集器的俯视图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为本实用新型实施例所述流速调节器的俯视图；

图7为图6的B-B剖视图；

其中，1、控制器；2、执行机构；3、注射推杆；4、活塞；5、注射针筒；6、第二注射针头；71、第一橡胶管；72、第二橡胶管；8、玻璃基底；91、第一管道；92、第二管道；10、发生块；11、第一注射针头；12、液态金属液滴发生器；13、流速调节器；14、液态金属液滴收集器；15、密封胶；16、通孔；17、穿孔；18、连续相；19、液态金属液滴；20、液态金属；21、喇叭孔；22、滚轮；23、滚轮固定轴；24、滚轮滑道；25、滚轮壳体；26、第一微量注射泵；27、第二微量注射泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～图7所示，本实施例提供了一种液态金属液滴形成装置，其包括液态金属液滴发生器12、液态金属液滴收集器14和第一微量注射泵26；液态金属液滴发生器12包括玻璃基底8，设于玻璃基底8上的发生块10，用于容纳液态金属20的第一管道91，以及用于容纳连续相18的第二管道92；发生块10内部开设有通孔16，第一管道91的第一端和第二管道92的第一端分别自通孔16的两端伸入通孔16内，且第一管道91的第一端和第二管道92的第一端同轴且相对设置；第一微量注射泵26的输出端连接第一管道91的第二端，以向第一管道91内输入液态金属20，并将液态金属20自第二管道92的第一端推入第二管道92内；液态金属液滴收集器14的输入端与第二管道92的第二端相连通。

具体而言：

参见图2和图3，第一管道91的第一端与第二管道92的第一端对齐，或者，第一管道91的第一端自第二管道92的第一端插入第二管道92内。第一管道91的第一端的孔径小于第二管道92的第一端的孔径。第一管道91的第二端的孔径大于第一管道91的第一端的孔径，第二管道92的第二端的孔径大于第二管道92的第二端的孔径。该液态金属液滴形成装置还包括第一注射针头11和第二微量注射泵27，第一管道91、第二管道92的管体均与通孔16的孔壁之间存在间隙，第一注射针头11的第一端自外而内穿透通孔16的孔壁，并与通孔16相连通；第二微量注射泵27的输出端连接第一注射针头11的第二端，以通过第一注射针头11向通孔16内输入连续相18。连续相18可自第二管道92的第一端进入第二管道92，进而将第二管道92填满，从而便于液态金属液滴19的形成。

为便于第一注射针头11的穿入，发生块10的侧壁开设有供第一注射针头11的第一端穿过的穿孔17。为确保密封性，第一注射针头11与穿孔17的间隙内填充密封胶15。为防止通孔16内的连续相18流出，通孔16的两端在与第一管道91和第二管道92的间隙内分别填充有密封胶15。本实施例的密封胶15为环氧胶水。

参见图4和图5，液态金属液滴收集器14内设有多个互相平行的喇叭孔21，其中一个喇叭孔21的孔口为液态金属液滴收集器14的输入端。喇叭孔21的孔径与所需液态金属液滴19大小相匹配，喇叭孔21内盛有少量氢氧化钠溶液。液态金属液滴收集器14的输入端通过第一橡胶管71与第二管道92的第二端相连通，第一橡胶管71上设有流速调节器13，以调节第一橡胶管71内液体的流速。

本实施例的流速调节器13可选用医用输液器上的流速调节器13，其在第一橡胶管71上的安装方式为常规技术手段，参见图6和图7，该流速调节器13包括滚轮壳体25，滚轮壳体25内设有滚轮固定轴23，固定在滚轮固定轴23上的滚轮22，以及两条与滚轮固定轴23相匹配的滚轮滑道24；两条滚轮滑道24沿滚轮22的运动方向相对设置；滚轮22通过滚轮固定轴23沿滚轮滑道24滑动，以此来控制第一橡胶管71管径的大小，进而控制第一橡胶管71内液态金属液滴19与连续相18的混合液体的流速。

为便于观察，发生块10、第一管道91和第二管道92的材质均为透明玻璃。液态金属液滴收集器14为透明亚克力腔体。第一管道91和第二管道92为等径的圆形玻璃毛细管，二者与发生块10的通孔16同轴，且二者相对的一端均通过拉管机拉伸成尖嘴状。本实施例中，通孔16孔径可为1.05mm，第一管道91和第二管道92的管体孔径可为1mm，尖嘴状部分的平均孔径可为0.58mm。第一注射针头11优选平头第一注射针头11，且第一注射针头11可为两个；两个第一注射针头11间隔设置，在使用时，可轮流与第二微量注射泵27相连接。

本实施例的连续相18优选为氢氧化钠溶液，但是只要能够防止液态金属20氧化，且与液态金属20不相溶的溶液都能作为连续相18。当将氢氧化钠溶液作为连续相18时，用于容纳该连续相18的第二管道92和第一橡胶管71在装配前，需要通过三甲氧基甲硅烷处理第二管道92和第一橡胶管71的内壁，改善内壁的疏水性，这对形成均匀的液态金属液滴19至关重要。

第一微量注射泵26和第二微量注射泵27的输出端分别通过第二橡胶管72与第一管道91的第二端和第一注射针头11的第二端相连接。本实施例的第一微量注射泵26和第二微量注射泵27均可选用现有的微量注射泵，其可将少量流体精确、微量、均匀、持续地输出；参见图1，该微量注射泵包括控制器1、执行机构2和注射器；控制器1包括输入模块和输出模块，输入模块又包括启动键、停止键、功能菜单和传感系统等，输出模块又包括LED数码管和LED液晶块等；执行机构2固定于控制器1上，执行机构2包括步进电机及其驱动器、减速机构、丝杠、齿轮和螺母等；注射器包括注射针筒5、注射推杆3、活塞4和第二注射针头6，第二注射针头6用于通过第二橡胶管72与第一管道91的第二端或第一注射针头11的第二端连接；执行机构2通过控制注射推杆3的推进速度来控制活塞4的运动速度，从而精确控制进液量和液体流速。

综上所述，本实用新型提供的液态金属液滴形成装置，其第一管道的第一端和所述第二管道的第一端分别自通孔的两端伸入通孔内，且第一管道的第一端和第二管道的第一端同轴且相对设置。使用时，通过第二微量注射泵将连续相泵入通孔内，连续相再自第二管道的第一端进入第二管道内，通过第一微量注射泵向第一管道内输入液态金属，并将第一管道内的液态金属自第二管道的第一端推入第二管道内，液态金属受到第二管道内连续相的剪切力而形成液态金属液滴；由于第一微量注射泵可控制液态金属的移动速度，从而能够精确控制第二管道内液态金属的进液量和液态金属的流速，进而能够能对液态金属液滴的尺寸和分布进行精确控制，使所形成的液态金属液滴尺寸均匀。第二管道内形成的液态金属液滴随连续相一起经第二管道的第二端流入液态金属液滴收集器内。

本实用新型的实施例是为了示例和描述而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。