CN1635933A

CN1635933A - 超细流体喷射设备

Info

Publication number: CN1635933A
Application number: CNA038042878A
Authority: CN
Inventors: 村田和广
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Sij Co ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: KR100625015B1; WO2003070381A1; EP1477230A4; EP1477230B1; US7434912B2; CN1330429C; EP1477230A1; TWI224029B; US20050116069A1; JP2004165587A; AU2003211392A1; TW200307577A; KR20040086420A; JP3975272B2

Abstract

一种超细流体喷射设备，包括配置在超细直径喷嘴末端附近的一基片，向喷嘴提供溶液，并向喷嘴中的溶液施加可选波形电压，以便向基片表面喷射超细直径的流体液滴；其中喷嘴末端的附近的电场强度根据喷嘴直径的降低，充分大于喷嘴与基片之间作用的电场；且其中使用麦克斯韦尔应力及电湿作用，通过降低喷嘴直径等降低电导率，并改进通过电压控制的喷射速率的可控制性；且其中通过使用带电液滴适度的蒸发并通过电场对液滴的加速，指数地改进着陆精确性。

Description

超细流体喷射设备

技术领域

本发明涉及超细液滴喷射设备，通过在超细直径的液体喷射开口附近施加电压，向基片上喷射超细液体，并更具体涉及这样的超细液体喷射设备，其能够用于圆点形成，通过金属微粒电路图案形成，铁电陶瓷模式形成，导电聚合物调准形成等。

背景技术

作为传统的喷墨记录系统，通过超声振动总是压力喷洒墨液作为来自喷嘴的小滴的连续系统(例如，参见JP-B-41-16973(“JP-B”意思是已审日本专利公开))，对飞溅的墨滴增压，并通过一电场使墨滴极化，以便连续地记录图象。作为用于适时飞溅墨滴的按需要滴落的系统等，已知有电流体力学系统(例如参见JP-B-36-13768和JP-A-2001-88306(“JP-A”意思是未审并公开的日本专利申请))，该系统跨越墨液喷射部分与记录纸页之间施加电压，并通过静电力从墨液喷射端口吸引墨滴，以引起墨滴附着到记录纸页上；压电转换系统，或热转换系统(例如参见JP-B-61-59911)，诸如泡沫喷射系统(热系统)。

作为传统喷墨设备的绘图系统，已使用光栅扫描系统，用于通过使用扫描线显示一个图象。

然而，传统的喷墨记录系统有以下的问题。

(1)超细滴的喷射的困难

当前，在实际上普遍使用的喷墨系统(压电系统或热系统)中，不易喷射小于1pl微小量液体。这是因为喷射所需的压力随更细的喷嘴直径的降低而增加。

例如在电流体力学系统中，JP-B-36-13768中描述的喷嘴内径为0.127mm，而JP-A-2001-8306中描述的喷嘴的开口直径为50到2000μm，最好为100至1000μm。因而已考虑到尺寸50μm或更小的超细液滴是不可能喷射的。

如以下所描述，在电流体力学系统中，要求特别精确的控制驱动电压以释放细液滴。

(2)缺乏着陆的精确性(触地的精确性)

给予从喷嘴喷射的液滴的动能与液滴的半径立方成比例降低。因此，细液滴不能有足以抵挡空气阻力的动能，因而因为空气对流等而不能预期有精确的着陆。此外，在液滴变细时，表面张力效应增加，这使得液滴蒸汽压力变高，因而剧烈增加了蒸发量。由于这种情形，大量飞溅的细液滴有相当的损失，并甚至在着陆时液滴的形状几乎不能保持。

如以上所述，液滴的小型化和精确性与其着陆位置的精确性是不相容的主题，因而两者不易同时实现。

着陆位置的不精确性不仅破坏了打印质量，而且产生了相当大的问题，特别是当使用导电墨液绘制电路图案时，诸如使用喷墨技术。更具体来说，位置不良的精确性不仅使其不能绘制具有所需宽度的线路，而且可能引起断路和短路。

(3)降低驱动电压的困难

当使用根据电流体力学系统(例如JP-B-36-13768)的喷墨技术时，这是不同于压电系统或热系统的喷射系统，不能通过施加电场给予动能。然而，由于设备由超过1000V的高压驱动，限制了设备尺寸的降低。虽然JP-A-2001-88306中所述设备描述使用的是1到7KV的电压，但在其中一例子中施加的是5KV电压。为了喷射超细液滴并实现高处理量，引入多头和头的高密度排布是重要的因素。然而，由于传统的电流体力学的喷墨系统中驱动电压很高，即1000V或更高，因为喷嘴之间电流的泄漏及喷嘴之间的干扰，降低尺寸并增加密度是困难的，驱动电压的降低是待解决的一个问题。此外，使用高于1000V高电压的功率半导体一般是昂贵的，并有不良的频率响应性。这种情形下，驱动电压是施加到喷嘴电极的总电压，以及偏压和信号电压之和(这本说明书中，除非有其他注明，驱动电压意思是指总的施加电压)。在传统技术中，增加偏压以降低信号电压。然而这种情形下，墨溶液中的溶解物可能由于偏压在喷嘴表面累积。例如由于墨液与电极之间的电化学反应使墨液凝固，并不良地发生喷嘴堵塞或电极损耗。

(4)可使用的基片与电极的布局的限制

在传统的电流体力学的喷墨系统中(例如JP-B-36-13768)，假设纸页是作为记录介质，在打印介质的后表面需要有导电电极。有报告说可使用导电基片作为打印介质进行打印，然而这产生了以下的问题。当通过喷墨设备使用导电墨液形成电路模式时，如果打印只能在导电基片表面进行，则电路模式不能直接用作为互连，且应用受到相当的限制。因此，需要一种在诸如玻璃和塑料等绝缘基片上也能进行打印的技术。此外，有报道某些传统的技术，其中使用诸如玻璃等绝缘基片。然而要在绝缘基片上形成导电膜，或在有降低了绝缘基片厚度的绝缘基片后表面排布反向电极，这使得可用的基片或电极的布局受到限制。

(5)喷射控制的不稳定性

在传统的按需要滴落的电流体力学的喷墨系统中(例如JP-B-36-13768)，使用通过接通/断开施加的电压进行喷射控制的一种系统，或使用通过施加某种程度的DC偏压并在其上叠加信号电压进行喷射控制的调幅系统。然而，由于总的施加电压高，即1000V或更高，要使用的功率半导体装置必定是昂贵的，且频率响应不良。此外，常常使用施加不足以启动喷射的预定偏压并在偏压上叠加信号电压的方法，进行喷射控制。然而，当偏压高时，在喷射暂停时有色墨液使用中墨液颗粒的堆积增加；喷嘴易于由电极与墨液之间的电化学反应而被堵塞，或易于发生其他现象。这样，存在这样的问题，即喷射重新启动的时间响应不良，以及在喷射暂停之后液量不稳定的缺陷。

(6)结构的复杂性

按传统喷墨技术实现的结构是复杂的，且制造成本高昂。特别地，工业上的喷墨系统是非常昂贵的。

传统电流体力学的喷墨的重要设计因素，特别是按需要电流体力学的喷墨，是墨溶液的导电性(例如电阻率10⁶到10¹¹Ωcm)，表面张力(例如30到40dyn/cm)，凝滞性(例如11到15cp)，以及作为施加的电压(电场)，施加到喷嘴的电压，及喷嘴与反向电极之间的距离。例如，在以上传统的技术(JP-A-2001-8306)中，为了形成稳定的弯液面以进行最佳的打印，基片与喷嘴之间的距离最好设置为0.1mm到10mm，更好是0.2mm到2mm。小于0.1mm的距离是不佳的，因为不能形成稳定的弯液面。

喷嘴的直径与要产生的液滴直径的关系不清楚。这主要是因为由电流体力学系统吸引的液滴从静电力形成的液体半月顶部(称为泰勒锥)被吸引，并形成直径小于喷嘴直径的液体射流。因此，大到某种程度的喷嘴直径允许降低喷嘴的堵塞(例如，JP-A-10-315478，JP-A-10-34967，JP-A-2000-127410，JP-A-2001-88306等)。

传统的电流体力学的喷墨系统使用电流体力学的不稳定性。图1(a)作为示意图示出这一方式。这时，作为电场，设置电场E₀，它当电压V施加到配置在离喷嘴101距离为h的反向电极102时产生。当导电液体100a静止在均匀的电场中时，作用在导电液体表面上的静电力使表面不稳定，从而促使泰勒锥100b生长(泰勒锥现象)。这时设置的生长波长λC在物理上可推导出来，并由以下方程式表示(例如GAZOU DENSHI JYOHOU GAKKAI，Vol.17，No.4，1988，pp.185-193)：

λ_{C} = \frac{2 πγ}{ϵ_{0}} {E_{0}}^{- 2} \cdot \cdot \cdot (1)

其中γ是表面张力(N/m)，ε是真空介电常数(F/m)，以及E₀是电场强度(V/m)。标号d标记喷嘴直径(m)。生长波长λc意思是在由作用于液体表面的静电力产生的波中，可能生长的波的最短波长。

如图1(b)所示，当喷嘴直径d(m)小于λc/2(m)时，生长不发生。更具体来说，

d > \frac{λ_{C}}{2} = \frac{πγ}{ϵ_{0} {E_{0}}^{2}} \cdot \cdot \cdot (2)

是喷射的一个条件。

这种情形下，E₀标记假设使用平行扁平板所获得的电场强度(V/m)。然后，获得以下的方程式，由h(m)表示喷嘴与反向电极之间的距离，并由V表示施加到喷嘴的电压。

E_{0} = \frac{V}{h} \cdot \cdot \cdot (3)

因而推导出

d > \frac{πγ h^{2}}{ϵ_{0} V^{2}} \cdot \cdot \cdot (4)

当表面张力由γ＝20mN/m及γ＝72mN/m给出时，基于传统方法的想法喷射所需的电场强度E是参照喷嘴距离d设计的。结果如图2所示。根据传统方法的想法，电场强度由施加到喷嘴的电压、及喷嘴与反向电极之间的距离确定。因此，喷嘴直径的降低要求喷射所需的电场强度增加。在传统的电流体力学的喷墨中，当计算典型操作状态下的生长波长λc时，即表面张力γ为20mN/m电场强度E为10⁷V/m，获得140μm的值。因而，作为极限喷嘴直径，获得70μm的值。就是说，在以上条件下，即使使用10⁷V/m的电场强度E，当喷嘴直径为70μm或更小时，墨液也不生长，除非进行施加反向压力以强制形成弯月面，并认为电流体力学的喷墨没有建立。更具体来说，细喷嘴和驱动电压的降低被认为是不相容的主题。因此，作为降低电压的一个传统措施，采用了为实现电压降低的一种方法，通过配置反向电极刚好在喷嘴之前，以缩短喷嘴与反向电极之间的距离。

发明内容

本发明中，认识到在电流体力学的喷墨系统中实现的喷嘴的作用。在由以下给出的区域中，

d < \frac{λ_{C}}{2} \cdot \cdot \cdot (5)

即

d < \frac{πγ h^{2}}{ϵ_{0} V^{2}} \cdot \cdot \cdot (6)

或

V < h \sqrt{\frac{πγ}{ϵ_{0} d}} \cdot \cdot \cdot (7)

以及因为认为喷射不可能而迄今未曾测试的区域中，在本发明中通过施加麦克斯韦力等能够形成细液滴。

更具体来说，本发明提供了一种超细流体喷射设备，包括作为要素元件的喷嘴，其中喷嘴末端的附近的电场强度随喷嘴直径的降低而变化，其强度充分大于喷嘴与基片之间作用的电场强度，并使用麦克斯韦尔应力及电湿效应。

本发明中，随喷嘴直径的降低试图降低驱动电压。

根据本发明，通过降低喷嘴的直径增加流路的阻力，以获得低的导电率10^-10m³/s，并通过电压改进喷射量的控制性。

根据本发明，通过使用带电液滴适度的蒸发并通过电场对液滴的加速，显著改进了着陆精确性(触地精确性)。

根据本发明，通过使用考虑电介适度的响应获得的优化波形，控制喷嘴末端面的弯月形，使得电场的集中效果更为明显，从而试图改进喷射的控制性。

本发明提供了一种超细流体喷射设备，通过废弃反向电极实现了向绝缘基片等的喷射。

从以下参照附图的描述，本发明的其他和进一步的特性和优点将更为充分地显现。

附图说明

图1(a)是一示意图，简要示出传统的电流体力学的喷墨系统中，由电流体力学的不稳定性引起泰勒锥现象的生长原理。图1(b)是一示意图，简要示出不发生泰勒锥现象的情形。

图2表示基于对传统的喷墨技术的设计指导思想，对于喷嘴直径计算的喷射所需的电场强度。

图3是一示意图，表示根据本发明喷嘴电场强度的计算。

图4是一曲线图，表示根据本发明表面张力压力与静电压力对喷嘴直径的依赖关系的一例。

图5是一曲线图，表示根据本发明喷射压力对喷嘴直径的依赖关系的一例。

图6是一曲线图，表示根据本发明喷射极限电压对喷嘴直径依赖关系的一例。

图7是一曲线图，示例表示根据本发明作用在带电液滴与基片之间的象力，与喷嘴基片之间距离之间的相关性。

图8是一曲线图，示例表示根据本发明从喷嘴流出的墨液的流速与施加的电压之间的相关性。

图9是根据本发明的一实施例超细流体喷射设备的示意图。

图10是根据本发明的另一实施例超细流体喷射设备的示意图。

图11是一曲线图，表示根据本发明的一实施例喷射启动电压对喷嘴直径的依赖关系。

图12是一曲线图，表示根据本发明一实施例打印点直径对施加的电压的依赖关系。

图13是一曲线图，表示根据本发明一实施例打印点直径的喷嘴直径依赖性的相关。

图14的图示表示在根据本发明一实施例的超细流体喷射设备中，通过距离-电压关系获得的喷射条件。

图15的图示表示在根据本发明一实施例的超细流体喷射设备中，通过距离控制获得的喷射条件。

图16是一曲线图，表示根据本发明的一实施例喷射启动电压对喷嘴-基片之间距离的依赖关系。

图17的图示表示通过根据本发明的一实施例的超细流体喷射设备中距离-频率关系获得的喷射条件。

图18是根据本发明的一实施例的超细流体喷射设备中AC电压控制模式图。

图19是一曲线图，表示根据本发明的一实施例，喷射启动电压对于频率的依赖关系。

图20是一曲线图，表示根据本发明的一实施例，喷射启动对于对于脉冲宽度的依赖关系。

图21是一照片，表示由根据本发明的超细流体喷射设备进行的超细点形成的一例。

图22是一照片，表示通过根据本发明的超细流体喷射设备获得的，电路图案的绘制一例。

图23是一照片，表示通过根据本发明的超细流体喷射设备获得的，使用金属超细颗粒电路图案的形成的一例。

图24包括一些照片，表示碳毫微管，其前体，以及催化队列的一例，它们是通过根据本发明的超细流体喷射设备获得的。

图25是一照片，表示铁电陶瓷及其前体的成形的一例，它们是通过根据本发明的超细流体喷射设备获得的。

图26是一照片，表示聚合物及其前体的高阶队列的一例，它们是通过根据本发明的超细流体喷射设备获得的。

图27(a)到27(b)是聚合物及其前体高阶队列示意图，它们是根据本发明的超细流体喷射设备获得的。

图28是通过根据本发明的超细流体喷射设备进行的区域精化的示意图。

图29是通过根据本发明的超细流体喷射设备进行的微珠处理的示意图。

图30(a)到30(g)是使用根据本发明的超细流体喷射设备的主动出液(tap)设备的示意图。

图31是一照片，表示通过使用根据本发明的超细流体喷射设备的主动出液设备进行的三维结构形成的一例。

图32(a)到32(c)是使用根据本发明的超细流体喷射设备的半接触打印设备的示意图。

具体实施方式

根据本发明提供了以下装置：

(1)一种超细流体喷射设备，包括一个基片，配置在超细直径喷嘴的末端附近，对喷嘴提供溶液，向喷嘴中的溶液施加可选波形的电压，以便向基片表面喷射超细直径的流体液滴；其中喷嘴的内径设置在0.01μm到25μm，以便增加喷嘴末端的集中电场强度，降低施加的电压。

(2)条款(1)中所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴由电绝缘体制成，电极的配置使其浸入喷嘴中的溶液，或电极通过电镀、蒸汽沉积在喷嘴中形成。

(3)条款(1)中所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴由电绝缘体制成，一个电极插入到喷嘴中或通过电镀形成，且一个电极装设在喷嘴之外。

(4)条款(1)到(3)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴是玻璃的细毛细管。

(5)条款(1)到(4)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中低电导率的流路连接到喷嘴，或喷嘴本身具有低电导率的形状。

(6)条款(1)到(5)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中基片由导电材料或绝缘材料制成。

(7)条款(1)到(6)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴与基片之间的距离为500μm或更小。

(8)条款(1)到(5)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中基片放置在导电或绝缘基片台上。

(9)条款(1)到(8)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中压力施加到喷嘴中的溶液。

(10)条款(1)到(9)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中施加的电压设置在1000V或更小。

(11)条款(2)到(10)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中可选的波形电压施加到喷嘴中的电极或喷嘴之外的电极。

(12)条款(11)中所述的超细流体喷射设备，其中提供可选波形的电压产生装置，用于产生施加的可选波形电压。

(13)条款(11)或(12)中所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压是DC电压。

(14)条款(11)或(12)中所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压是脉冲波形。

(15)条款(11)或(12)中所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压是AC电压。

(16)条款(1)到(15)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中施加到喷嘴的可选波形电压V(伏特)在一个区域中由以下公式给出：

h \sqrt{\frac{γπ}{ϵ_{0} d}} > V > \sqrt{\frac{γkd}{2 ϵ_{0}}} \cdot \cdot \cdot (15)

且其中γ是流体的表面张力(N/m)，ε₀是真空介电常数(F/m)，d是喷嘴直径(m)，h是喷嘴与基片之间的距离(m)，以及k是与喷嘴形状有关的比例常数(1.5＜k＜8.5)。

(17)条款(1)到(16)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压为700V或更小。

(18)条款(1)到(16)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压为500V或更小。

(19)条款(1)到(18)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中使喷嘴与基片之间的距离为常数，且控制施加的可选波形电压以便控制流体液滴的喷射。

(20)条款(1)到(18)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压为常数，且控制喷嘴与基片之间的距离以便控制流体液滴的喷射。

(21)条款(1)到(18)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中控制喷嘴与基片之间的距离及施加的可选波形电压，以便控制流体液滴的喷射。

(22)条款(15)中所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压是AC电压，并通过控制AC电压的频率控制喷嘴端面上流体的弯月面形状，以便控制流体液滴的喷射。

(23)条款(1)到(22)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中当控制喷射时使用的工作频率通过频率f(Hz)调制，它们夹着一个频率，且该频率由以下公式表示：

f＝σ/2πε

以进行接通-断开喷射控制，

且其中σ是流体的介电常数(S·m^-1)，且ε是流体的特定电容率。

(24)条款(1)到(22)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中当由单脉冲进行喷射时，施加由：

τ = \frac{ϵ}{σ} \cdot \cdot \cdot (20)

所确定的具有时间常数τ或更大的脉宽Δt，

且其中ε是流体的电容率，σ是流体的电导率(S·m^-1)。

(25)条款(1)到(22)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中当圆柱流路中的流速Q由以下公式

Q = \frac{4 π d^{3}}{ηL} (\frac{2 ϵ_{0} V^{2}}{kd} - γ) \cdot \cdot \cdot (19)

表示时，施加驱动电压时每单位时间的流速设置为10^-10m³/s或更小，且其中d是流路的直径(m)，η流体的凝滞系数(Pa·s)，L是流路的长度(m)，ε₀是真空介电常数(F·m^-1)，V是施加的电压(V)，γ是流体的表面张力(N·m^-1)，而k是与喷嘴形状相关的比例常数(1.5＜k＜8.5)。

(26)条款(1)到(25)任何之一所述的超细流体喷射设备，其用于电路图案的形成。

(27)条款(1)到(25)任何之一所述的超细流体喷射设备，其使用金属超细颗粒用于电路图案的形成。

(28)条款(1)到(25)任何之一所述的超细流体喷射设备，其用于碳毫微管，其前体及催化结构的形成。

(29)条款(1)到(25)任何之一所述的超细流体喷射设备，其用于铁电陶瓷图案形成及其前体形成。

(30)条款(1)到(25)任何之一所述的超细流体喷射设备，其用于聚合物及其前体的高级构成。

(31)条款(1)到(25)任何之一所述的超细流体喷射设备，其用于区域精炼。

(32)条款(1)到(25)任何之一所述的超细流体喷射设备，其用于微珠处理。

(33)条款(1)到(32)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴是对基片主动出液的。

(34)条款(33)中所述的超细流体喷射设备，其用于三维结构的形成。

(35)条款(1)到(32)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴相对基片是倾斜配置的。

(36)条款(1)到(35)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中采用向量扫描系统。

(37)条款(1)到(35)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中采用光栅扫描系统。

(38)条款(1)到(37)任何之一所述的超细流体喷射设备，其中聚乙烯苯酚(PVP)乙醇溶液旋转涂敷到基片上以修改基片的表面。

根据本发明的超细流体喷射设备的喷嘴内径为0.01到25μm，最好为0.01到8μm。“超细流体直径流体液滴”是直径一般为100μm或更小，最好为10μm或更小的液滴。更具体来说，液滴直径为0.0001μm到10μm，或最好为0.001μm到5μm。

本发明中，“可选波形电压”是指DC电压，AC电压，单极单脉冲，单极多脉冲，双极多脉冲串，或它们的组合。

当电压直接施加到绝缘喷嘴中的液体时，产生与喷嘴形状相关的电场。这时产生的电场强度概念上由从喷嘴到基片的电力线密度表示。本发明中，“聚焦在喷嘴的末端”是指，这时在喷嘴末端电力线密度变高，以便局部增加喷嘴末端的电场强度。

“聚焦的电场强度”是指由于电力线密度增加的结果局部增加的电场强度。

“聚焦的电场强度的增加”是指作为最低电场强度，由喷嘴形状引起的分量(E_loc)，取决于喷嘴基片之间距离的分量(E₀)，或这些分量的组合，被设置在电场强度最好为1×10⁵V/m或更大，更好为1×10⁶V/m或更大。

本发明中，“电压的降低”具体是指，电压设置在低于1000V的电压。这电压最好为700V或更低，更好为500V或更低，又更好为300V或更低。

将进一步详细说明本发明。

(降低驱动电压及实现微量喷射的方法)

在反复进行各种实验和考虑之后，推导出用于近似表示实现降低驱动电压并实现微量喷射的喷射条件等的方程式。以下说明该方程式。

图3简要示出向直径d的喷嘴(本说明书中如无另外注明，直径指喷嘴末端内径)注入导电墨液的方式，使导电墨液处于无限平面导体之上高度为h的位置。现在考虑一反向电极或导电基片。喷嘴配置在反向电极或导电基片之上高度h处。假设基片面积充分大于喷嘴与基片之间的距离。这时，基片可近似为无限平面导体。图3中，标号r标记平行于无限平面导体的方向，且标号Z标记Z-轴(高度)方向。标号L标记流路的长度，且标号ρ标记曲率半径。

这时，假设在喷嘴末端引起的电荷聚焦在喷嘴末端半球部分上。该电荷可近似由以下方程式表示：

Q＝2πε₀αVd …(8)

其中Q是在喷嘴末端感应的电荷(C)，ε₀是真空的介电常数(Fm^-1)，d是喷嘴的直径(m)，而V是施加到喷嘴的总电压(V)。标号α标记与喷嘴形状等相关的一比例常数，其表现的值在1到1.5。具体来说，当满足d＜＜h时，比例常数大约为1。注意，标号h标记喷嘴基片相互的距离(m)。

此外，当使用导电基片时，考虑在基片对称位置感应出符号相反的镜像电荷Q’。当基片为绝缘基片时，类似地在由介电常数确定的对称位置感应出符号相反的镜像电荷Q’。

假设曲率半径由ρ表示。这种情形下，在喷嘴末端聚焦的电场强度E_loc由以下公式给出：

E_{loc} = \frac{V}{kρ} \cdot \cdot \cdot (9)

其中k是比例常数。比例常数k依赖于喷嘴形状等而变化，表现的值大约为1.5到8.5。在许多情形下，考虑该值为大约为5(P.J.Birdseye and D.A.Smith，Surface Science，23(1970)see pp.198-210)。

为了叙述的方便，假设ρ＝d/2。这对应于这样的状态，其中导电墨液上升到由表面张力形成的曲率半径等于喷嘴末端的喷嘴直径d的半球形。

将考虑作用于喷嘴末端液体的压力的平衡。当喷嘴末端液体面积由S(m²)表示时，静电压力Pe(Pa)由以下方程式表示。

P_{e} = \frac{Q}{S} E_{loc} = \frac{Q}{{πd}^{2} / 2} E_{loc} \cdot \cdot \cdot (10)

当α＝1时，从方程式(8)，(9)和(10)获得以下方程式。

P_{e} = \frac{4 ϵ_{0} V}{d} \frac{2 V}{kd} = \frac{8 ϵ_{0} V^{2}}{k d^{2}} \cdot \cdot \cdot (11)

另一方面，当通过喷嘴末端的液体的表面张力获得的压力由Ps(Pa)表示时，建立以下方程式：

P_{s} = \frac{4 γ}{d} \cdot \cdot \cdot (12)

其中γ是表面张力(N/m)。

由于液体由静电力喷射的条件是其中静电力比表面张力强的条件，故成立以下条件。

P_e＞P_s …(13)

图4示出，当给定一定直径的喷嘴时通过表面张力获得的压力与静电压力之间的关系。作为表面张力，示出与水相关的表面张力(γ＝72mN/m)。假设施加到喷嘴的电压设置为700V。这种情形下，当喷嘴直径d为25μm或更小时，表明静电力比表面张力强。

当从这一关系表达式获得了V与d之间的关系时，用于喷射的最小电压由以下公式给出。

V > \sqrt{\frac{γkd}{2 ϵ_{0}}} \cdot \cdot \cdot (14)

更具体来说，从方程式(7)和方程式(14)，本发明的操作电压V满足以下条件。

h \sqrt{\frac{γπ}{ϵ_{0} d}} > V > \sqrt{\frac{γkd}{2 ϵ_{0}}} \cdot \cdot \cdot (15)

喷射压力ΔP(Pa)这时满足以下方程式。

ΔP＝P_e-P_s …(16)

因而，满足以下方程式。

ΔP = \frac{8 ϵ_{0} V^{2}}{k d^{2}} - \frac{4 γ}{d} \cdot \cdot \cdot (17)

当喷射条件由局部电场条件满足时，喷射压力ΔP对有一定直径d的喷嘴的相关性示于图5，且喷射临界电压Vc对于该喷嘴的相关性示于图6。

从图5明显可见，当喷射条件由局部电场强度满足时喷嘴直径的上限为25μm。

在图6的计算中，假设满足γ＝72mN/m的水和有机溶剂γ＝20mN/m，并假设由k＝5给出的条件。

从这一曲线图明显可见，当考虑通过细喷嘴实现的电场集中的作用时，喷射临界电压随喷嘴直径降低而降低。当使用满足γ＝72mN/m的水时，可明白当喷嘴直径为25μm时喷射临界电压大约为700V。

当图6与图2进行比较时，这一重要性是明显的。在关于电场传统的想法中，即当只考虑由施加到喷嘴的电压定义的电场和反向电极之间的距离时，喷射所需的电压随喷嘴直径的降低而增加。另一方面，当注意局部电场强度时，通过采用细喷嘴能够降低喷射电压。此外，由于喷射所需的电场强度取决于局部聚焦的电场强度，故反向电极的存在是不重要的。更具体来说，可在绝缘基片等上进行打印而无须反向电极，且设备配置的自由度增加。打印还可对厚的绝缘体进行。通过由局部聚焦电场产生的麦克斯韦尔应力的操作，给予从喷嘴分开的液滴以动能。飞行的液滴由于空气阻力逐渐失去动能。然而，由于液滴带电，像力作用在液滴与基片之间。像力Fi(N)的大小与从基片起的距离之间的关系(当q＝10^-14(C)时，并当使用石英基片(ε＝4.5)时)示于图7。从图7明显可见，在基片与喷嘴之间的距离降低时像力变得显著。具体来说，当h为20μm或更小时，像力显著。

(微小流速的精确控制)

圆柱形流路中流速Q由以下凝滞流中的Hagen-Poiseuille方程式表达。当假设圆柱形的喷嘴时，喷嘴中流动的流体的流速Q由以下方程式表示：

Q = \frac{πΔP}{ηL} d^{4} \cdot \cdot \cdot (18)

其中η是流体的粘滞系数(Pa·s)，L是流路长度，即喷嘴的长度(m)，d是流路即喷嘴的直径(m)，ΔP是压差(Pa)。根据以上方程式，流速Q正比于流路半径的四次幂。为了调节流速，有效地采用了细喷嘴。由方程式(17)获得的喷射压力ΔP带入到方程式(18)而获得以下方程式。

Q = \frac{4 π d^{3}}{ηL} (\frac{2 ϵ_{0} V^{2}}{kd} - γ) \cdot \cdot \cdot (19)

这一方程式表示，当电压V施加到喷嘴时，从直径d长度L的喷嘴流出的流体的流出率。这一方式示于图8。在计算中，使用值L＝10mm，η＝1(mPa·s)，及γ＝72(mN/m)。在传统的方法中喷嘴的直径设置为最小值50μm，且逐渐施加电压V。这种情形下，当电压V＝1000V时，开始喷射。这一电压对应于图6中所示的喷射开始电压。这时从喷嘴流动的流体的流速绘制在Y-轴。在喷射开始电压Vc之上流速立即剧烈上升。在这一模型计算中，设想通过把电压精确控制在略高于电压Vc的电平能够获得微流速。然而，正如从图8由半对数预见到，实际上不能获得微流速。具体来说，几乎不能实现10^-10m³/s或更小的微流速。当采用如由方程式(14)给定的一定直径的喷嘴时，确定出最小的驱动电压。因此，如同传统方法中那样，只要使用直径50μm或更小的喷嘴，就难以获得10^-10m³/s或更小的微喷射率，及1000V或更小的驱动电压。

从图8明显可见，当使用直径25μm的喷嘴时，700V或更小的驱动电压已足够。当使用直径10μm的喷嘴时，在驱动电压500V或更小可控制流速。

应当理解，当使用直径1μm的喷嘴时，可使用300V或更小的驱动电压。

在以上的描述中，假设为连续流。然而，为了形成液滴，需要开关。在以下描述开关。

电流体力学的喷射是基于在喷嘴的末端流体的充电。认为充电率几乎等于通过电介质松弛确定的时间常数：

τ = \frac{ϵ}{σ} \cdot \cdot \cdot (20)

这里τ是电介质松弛时间(秒)，ε是流体电容率，而σ是流体的电导率(S·m^-1)。假设流体的介电常数(ε_r)和电导率分别设置为10和10^-6S/m。这种情形下，τ等于8.845×10^-5秒。另一方面，当以fc(Hz)表示临界频率时，满足以下方程式。

f_{C} = \frac{σ}{ϵ} \cdot \cdot \cdot (21)

由于不能对频率高于频率fc的电场变化进行响应，喷射是不可能的。当估计以上例子时，频率大约为10kHz。

(通过充电液滴使蒸发适度)

产生的细液滴立即通过表面张力蒸发。因此，即使设法使细液滴产生，细液滴也可能在细液滴到达基片之前消失。在带电液滴中，使用在充电之前获得的蒸汽压力P₀和液滴的电荷量q已知在充电之后获得的蒸汽压力P满足以下关系表达式：

\frac{RTρ}{M} lo g_{e} \frac{P}{P_{0}} = \frac{2 γ}{r} - \frac{q^{2}}{8 π r^{4}} \cdot \cdot \cdot (22)

其中R是气体常数(J·mol^-1·K^-1)，T是绝对温度(K)，ρ是蒸汽浓度(Kg/m³)，γ是表面张力(mN/m)，q是静电荷(C)，M是气体分子量，而r是液滴半径(m)。当重写方程式(22)时，获得以下方程式。

\log_{e} P = \log_{e} P_{0} + \frac{M}{RTρ} (\frac{2 γ}{r} - \frac{q^{2}}{{8 πγ}^{4}}) \cdot \cdot \cdot (23)

这一方程式表示当液滴充电时，蒸汽压力降低使得蒸发困难。从方程式(23)右侧部分括号中的项可见，在液滴尺寸降低时这一效果变得明显。因此，以喷射比传统方法细的液滴为其目的本发明中，使液滴在带电状态飞行有效地缓解了蒸发。具体来说，在包含墨液溶剂的气氛中飞行是更为有效的。气氛的控制在减轻喷嘴堵塞方面也是有效的。

(电湿使表面张力降低)

在电极上配置一绝缘体，并在滴在绝缘体上的液体和电极之间施加电压。这种情形下发现，液体与绝缘体之间的接触面积增加，即改进了可湿性。这一现象称为电湿现象。由于这一效果在圆柱毛细管形状中也保持，因而该现象又称为电毛细作用。通过电湿效应获得的压力Pec(Pa)，施加的电压，毛细管形状，及溶液的物理值满足由以下方程式表示的关系：

P_{ec} = \frac{2 ϵ_{0} ϵ_{r}}{t} \frac{V^{2}}{d} \cdot \cdot \cdot (24)

其中ε₀是真空介电常数(F·m^-1)，ε_r是绝缘体介电常数，t是绝缘体厚度(m)，d是毛细管内径(m)。将使用水作为液体计算这一值。该值在传统技术的一例(JP-B-36-13768)中计算过，值最大为30000Pa(0.3atm)。本发明中可理解，电极配置在喷嘴之外以获得对应于30atm的效果。这样，即使使用细喷嘴，向喷嘴末端提供液体也可通过这一效应快速进行。这一效应随绝缘体的介电常数增加及绝缘体厚度的降低更明显。为了获得电毛细效应，严格来说，必须要配有绝缘体的电极。然而当向足够的绝缘体施加足够的电场时，能够获得与以上所述相同的效果。

在以上的讨论中，不同于电场由施加到喷嘴的电压V与喷嘴和反向电极之间的距离h确定的传统技术，可注意之点在于，这些近似理论是基于在喷嘴末端局部化的电场强度。此外，重要的是本发明中，电场在局部是强的，且提供流体的流路电导很低。重要的还有，流体本身在微小区域被充分充电。当诸如基片或导体的电介质材料接近充电的微小流体时，像力作用于微小流体以使其垂直于基片飞行。

为此，在以下的实施例中，作为喷嘴使用玻璃毛细管，因为玻璃毛细管可易于形成。然而喷嘴不限于玻璃毛细管。

在以下，参照附图描述本发明的某些实施例。

图9通过局部剖视图示出根据本发明一实施例的超细流体喷射设备。

图9中的标号1标记具有超细直径的一喷嘴。为了实现超细液滴的尺寸，最好在喷嘴1附近配置低电导的流路，或喷嘴1本身最好有低电导。为此，最好使用由玻璃组成的微毛细管。然而，作为喷嘴的材料，也可使用涂敷绝缘体的导电材料。喷嘴1最好由玻璃构成的原因在于，直径大约为几个μm的喷嘴能够易于形成，在于当喷嘴堵塞时能够通过切割喷嘴端头再生出新的喷嘴端头，在于当使用玻璃喷嘴时，喷嘴被斜削，电场易于聚焦到喷嘴的末端，且不必要的溶液通过表面张力上向运动，且不会保持在喷嘴端头而堵塞喷嘴，并在于可移动的喷嘴易于形成，因为喷嘴具有近似的柔软性。此外，低的电导最好为10^-10m³/s或更低。虽然低电导的形状不限于以下的形状，诸如具有小内径的圆柱流路，或具有均匀流路直径的流路，且其中配置作为流阻的结构，列举出曲线的流路，或有阀门的流路。

例如，可借助于毛细管拔具使用去心的玻璃管(cored glass tub)(可从NARISHIGE CO.，LTD.获得的GD-1(产品名称))形成喷嘴。当使用去心玻璃管时，可获得以下的效果。(1)由于芯侧玻璃易于以墨液弄湿，墨液可易于充入玻璃管。(2)由于芯侧玻璃是亲水的，外侧玻璃是疏水的，在喷嘴端墨液存在区限制为大约在芯侧玻璃的内径，且电场集中效应更为明显。(3)能够获得细喷嘴。(4)能够获得足够的机械强度。

本发明中，喷嘴直径的下限为简单地由制造技术决定的0.01μm。基于当如图4所示静电力比表面张力强时的喷嘴直径的上限以及当如图5所示喷射条件按局部电场强度满足时的喷嘴直径的上限，喷嘴直径的上限为25μm。喷嘴直径的上限最好为15μm以便有效进行喷射。具体来说，为了更有效地使用局部电场密度效应，喷嘴直径范围最好为0.01到8μm。

至于喷嘴1，可使用的不仅是毛细管，而且有通过微模形成的二维模式喷嘴。

当喷嘴1由具有良好可成形性的玻璃构成时，喷嘴不能用作为电极。因此，向喷嘴1插入由标号2指示的金属导线(例如钨导线)作为电极。电极可通过电镀在喷嘴中形成。当喷嘴1本身由导电材料形成时，绝缘体被涂敷在喷嘴1上。

被喷射的溶液3充入喷嘴1。这种情形下，电极2被配置浸入在溶液3中。溶液3从一溶液源(未示出)提供。可列举出诸如墨液等作为溶液3。

喷嘴1通过防护橡胶4和喷嘴夹固定到支持器6，以防止压力泄漏。

标号7标记压力调节器。由压力调节器7调节的压力通过压力管8传送到喷嘴1。

通过一剖面侧视图示出喷嘴，电极，溶液，防护橡胶，喷嘴夹，支持器，及压力支持器。基片13通过基片支撑14配置，使得基片13接近喷嘴的末端。

根据本发明的压力调节装置的作用，可用来通过向喷嘴施加高压从喷嘴推出流体。然而，用来调节装置还特别有效地可用来调节电导，在喷嘴中充入溶液，或消除喷嘴的堵塞。进而，压力调节装置可有效用来控制流体表面的位置或形成半月形。作为压力调节装置的另一作用，压力调节装置给出了与电压脉冲不同的相位，且作用于喷嘴中的液体的力受到控制，从而控制微喷射率。

标号9标记一计算机。来自计算机9的喷射信号传送到可选波形产生装置10并从而受到控制。

由可选波形产生装置10产生的可选波形电压通过高压放大器11传送到电极2。喷嘴1中的溶液3通过电压被充电。这样，增加了在喷嘴末端聚焦的电场强度。

如图3所示的本实施例中，使用了在喷嘴末端电场的集中效应，及通过电场集中效应对流体液滴充电在反向基片上感应的像力。因此，不同于传统技术，无须使基片13或基片支撑14成为导电的，或不需要向基片13或基片支撑14施加电压。更具体来说，作为基片13，可使用绝缘玻璃基片，由聚合物等构成的塑料基片，陶瓷基片，半导体基片等等。

聚焦在喷嘴末端的聚焦的电场强度被增加，以降低施加的电压。

施加到电极2的电压可以是正的或负的。

由于如图7所示在喷嘴1与基片13之间的距离变短时像力强烈作用，因而能够改进着陆精确度。另一方面，为了在不平的表面的基片上喷射液滴，喷嘴1和基片13必须保存隔开到一定程度，以防止不平的表面与喷嘴的末端接触。在考虑着陆精确性和表面不平度时，喷嘴1与基片13之间的距离最好为500μm或更小，并当基片上不平度降低并要求着陆精确性时，该距离最好为100μm或更小，更好为30μm或更小。

虽然未示出，但通过检测喷嘴位置进行了反馈控制，以保持喷嘴1相对于基片13在预定的位置。

基片13可被保持使得基片13位于电导的或绝缘基片支持器上。

这样，根据本发明实施例的超细流体喷射设备具有简单的结构，因而该超细流体喷射设备能够易于采用多喷嘴结构。

图10使用侧剖中心视图示出根据本发明另一实施例的超细流体喷射设备。电极15配置在喷嘴1的侧面，被调节的电压V1和V2通过喷嘴中的溶液3被施加。电极15是控制电湿效应的电极。图10简略示出溶液3的末端可通过电湿效应移动距离16。正如与方程式(24)相关的描述，当足够的电场覆盖构成喷嘴的绝缘体时，预期可实现没有电极的电湿效应。然而，在本实施例中，使用电极进行更主动的控制以实现喷射控制的作用。假设喷嘴1由绝缘体构成厚度为1μm，喷嘴内径为2μm，而施加的电压为300V，则达到大约30atm的电湿效果。虽然这一压力对于喷射是不够的，但这压力对于从溶液的供给到喷嘴末端方面的喷射是重要的。这样，调节电极可控制喷射。

图11示出在本发明的实施例中喷射临界电压Vc对喷嘴直径d的依赖关系。作为流体溶液，使用了从Harima Chemicals，Inc可获得的银毫微软膏(nanopaste)。在喷嘴-基片之间的距离为100μm的条件下进行测量。在喷嘴直径降低时，喷射开始电压降低。发现可在低于传统方法的电压下进行喷射。

图12示出在本发明的一个实施例中打印点直径(以下为了简单也称为直径)对于施加的电压的关系。在打印点直径d即喷嘴直径降低时，喷射开始电压V即驱动电压的降低明显。从图12明显可见，可在显著低于1000V的电压下进行喷射，获得了与传统技术相比明显的效果。当使用直径大约1μm的喷嘴时，获得了驱动电压降低到200V的显著效果。这些结果解决了降低驱动电压传统的问题，并有助于降低设备尺寸并增加多喷嘴结构的喷嘴密度。

点直径可通过电压控制。这还可以通过施加的电压脉冲的脉冲宽度的调节控制。图13示出当使用毫微软膏用作墨时打印点直径与喷嘴直径之间的关系。标号221和23标记优选的喷射区域。从图13明显可见，可有效地采用小直径的喷嘴实现微小点打印，并可通过调节各种参数实现等于喷嘴直径或其一部分的点尺寸。

(操作)

以下将参照图9描述上述配置的设备的操作。

由于使用超细毛细管作为超细直径的喷嘴1，喷嘴1中的溶液3的液体水平通过毛细现象位于喷嘴1的末端面内。因而为了使溶液3的喷射易于进行，使用压力调节器7对压力管8施加流体静力学压力，并调节液体水平使得液体水平位于喷嘴末端附近。这时所使用的压力与喷嘴的形状等相关，并可以不施加。然而，在考虑驱动电压降低及响应频率增加时，压力大约为0.1到1MPa。当压力施加过大时，溶液从喷嘴末端溢出。然而，由于喷嘴的形状呈现锥形，由于表面张力作用所至，过量的溶液不会停留在喷嘴末端，并快速移动到支持器侧。因此，能够降低喷嘴末端溶液的凝固即喷嘴堵塞的原因。

在可选波形产生装置10中，基于来自计算机9的喷射信号产生DC，脉冲或AC波形的电流。例如，在毫微软膏的喷射中，可使用诸如单脉冲，AC连续波、直流、AC+DC偏压等的波形，虽然不限于这些波形。

将说明使用AC波形的情形。

通过可选波形产生装置10基于来自计算机9的喷射信号产生AC信号(矩形波，方形波，正弦波，锯齿波，三角波等等)，并以临界频率fc或更低的频率喷射溶液。

溶液喷射的条件是喷嘴-基片之间距离(L)、施加的电压的振幅(V)，施加的电压的频率(f)的函数。喷射条件必须分别满足一定的条件。与此相反，当任何这些条件不满足时，需要改变其他的参数。

将参照图14对此进行说明。

为了喷射，存在预定的临界电场Ec 26。在低于临界电场Ec 26的电场中不发生喷射。这一临界电场是依赖于喷嘴直径、溶液的表面张力、溶液的粘滞性等变化的一个值。在等于或低于临界电场Ec的电场中几乎不进行喷射。在等于或高于临界电场Ec的电场中，即在可能进行喷射的电场强度下，喷嘴-基片之间的距离(L)与施加的电压的振幅(V)保存几乎成正比。当喷嘴之间的距离缩短时，临界的施加电压V能够降低。

与此相反，当使喷嘴-基片之间的距离L非常大时，并且施加电压V增大时，即使电场强度保持不变，液滴也被喷出，即由于电晕放电等作用所至喷发到电晕放电区24。因此，为了使喷嘴位于能够获得优选喷射特性的喷射优选的喷射区25，必须适当地保持距离。考虑到上述着陆的精确性与基片的不平整性，喷嘴-基片之间的距离最好抑制在500μm或更低。

在距离保持不变时，电压V1和V2设置为穿越临界电场边界Ec，且电压被切换，以便能够控制液滴的喷射。

在电压保持不变时，距离L1和L2如图14设置，且从喷嘴1到基片13的距离如图15被控制，使得施加到液滴的电场能够被改变并被控制。

图16的曲线图示出本发明的一实施例中，喷射开始电压对喷嘴-基片之间的距离的依赖关系。在这实施例中，作为喷射流体使用了从Harima Chemicals，Inc.可得的银毫微软膏。在喷嘴直径为2μm的条件下进行测量。从图16明显可见，喷射开始电压随喷嘴-基片之间的距离增加而增加。例如结果是，施加电压保持在280V，当喷嘴-基片之间的距离从200μm到500μm变化时，值穿越喷射限制线。因此，可控制喷射的开始/停止。

以上已经描述了距离与电压任何之一固定的情形。然而，当距离和电压同时受到控制时，喷射也可被控制。

在这些条件满足的状态下，例如通过可选波形产生装置10产生方形波，且方形波的频率连续变化。这种情形下，存在有一定的临界振动fc。已发现在等于或高于fc的频率下不发生喷射。这一方式示于图17。

频率包含一定的临界频率。临界频率的值不仅与振幅电压和喷嘴-基片之间的距离相关，而且与喷嘴直径，溶液的表面张力，溶液的粘滞性等有关。在一定的喷嘴-基片距离L下，当具有不变的振幅和连续的方波形的频率按图17中f1和f2所指示变化时，值从满足f＜fc的最佳喷射区域27向满足f＞fc不可能喷射的区域移动。因此能够进行喷射控制。

如图18所示，振幅等于接通状态振幅的振动电场在断开状态施加到溶液，使得流体表面振动以有助于防止喷嘴堵塞。

如上所述，改变喷嘴-基片之间距离L，电压V，及频率f三个参数任何之一，都能够进行接通/断开控制。

图19是一曲线图，示出本发明的另一实施例中，喷射开始电压与频率的依赖关系。在这一实施例中，作为喷射流体，示于了从HarimaChemicals，Inc.可得的银毫微软膏。在实验中使用的喷嘴由玻璃构成，且喷嘴直径大约为2μm。当施加方波形的AC电压时，最初峰-峰值大约为530V频率20Hz的喷射开始电压，随频率的增加而逐渐增加。因此，这一实施例中，当施加的电压保持在600V不变时，例如频率从100Hz到1kHz变化，值穿越喷射开始电压线。因此，喷射能够从接通状态变化到断开状态。就是说，通过频率的调制能够进行喷射控制。这时，当实际的打印结果彼此进行比较时，在频率调制方案中比在通过改变施加电压即振幅控制方案的控制中时间响应性要好。具体来说，明显的效果是在暂停之后喷射重新开始能够获得优选的打印结果。考虑这种频率响应性是与流体变化的时间响应性即电介质响应相关的：

τ = \frac{ϵ}{σ} \cdot \cdot \cdot (20)

其中τ是电介质张弛时间(秒)，ε是流体的电容率，而σ是流体电导率(S·m^-1)。为了实现高的响应性，降低流体的介电常数并增加流体的电导率是有效的。在AC驱动中，由于可交替地喷射带正电的溶液与带负电的溶液，能够把使用绝缘基片时电荷在基片上的累积的影响降低到最小。这样，改进了着陆位置的精确性和喷射的可控制性。

图20示出本发明的一实施例中喷射开始电压对脉冲宽度的依赖关系。喷嘴由玻璃构成，且喷嘴内径大约为6μm。作为流体，使用从Harima Chemicals，Inc.可得的银毫微软膏。使用方形脉冲在脉冲频率为10 Hz进行实验。从图20明显可见，喷射开始电压的增加在5毫秒或更小的脉冲宽度处变得显著。因此理解到，银毫微软膏的张弛时间τ大约为5毫秒。为了改进喷射的响应性，增加流体的电导率并降低流体的介电常数是有效的。

(堵塞的防止，缓解)

关于清除喷嘴1末端，采用了一种方法，即在喷嘴1施加高压并使基片13与喷嘴1的末端接触，以便对着基片13擦除凝固的溶液，或使凝固的溶液与基片13接触使用毛细力作用于喷嘴1与基片13之间的小间隙。

在溶液充入喷嘴1之前喷嘴1浸入溶剂，以便通过毛细力在喷嘴1中填充少量溶剂，使得能够在开始防止喷嘴的堵塞。进而，当打印操作期间喷嘴堵塞时，能够通过把喷嘴浸入溶剂而缓解堵塞。

把喷嘴1浸入滴在基片13上的溶剂，并同时施加压力，电压等也是有效的。

在溶剂具有低蒸气压力和高沸点例如二甲苯的情形下以上措施是有效的，虽然与使用的溶液有关，这不总是有效的。

如以下所描述，当AC驱动方法用作为电压施加方法时，对喷嘴中的溶液给出一种搅拌效果，以保持溶液的均匀度。进而，当溶剂和溶质的带电性质彼此很不同时，与溶液的平均构成相比，可通过交替喷射溶剂过量的液滴和溶质过量的液滴缓解喷嘴的堵塞。当根据溶液的性质优化溶剂和溶质的带电的特性，颗粒，和脉冲宽度时，能够把组成随时间的变化降低到最小，并能够对长时间周期维持稳定的喷射特性。

(绘制位置的调节)

实际上基片支持器配置在一x-y-z台架上以操纵基片13的位置。然而可采用另一种构型。与以上的构型相反，喷嘴1也可配置在x-y-z台架上。

使用一种精细位置调节装置，喷嘴-基片之间的距离被调节到一适当的距离。

在喷嘴的位置调节中，z轴台架通过一闭环控制基于由激光微米仪获得的距离数据被移动，且喷嘴位置能够以1μm或更小的精确性保持不变。

(扫描方法)

在传统的光栅扫描方案中，在形成连续线的步骤，由于缺乏着陆位置的精确性和有缺陷的喷射等，电路模式可能被断开。因此，本实施例中，除了光栅扫描方案之外，还采用了向量扫描方案。例如在S.B.Fuller et al.，Journal of Microelectromechanical systems，vol.11，No.1，p.54(2002)中描述了，通过使用单喷嘴喷墨的向量扫描进行电路绘制。

在光栅扫描中，使用了为在计算机屏幕上交互设计绘制位置而开发的新的控制软件。在向量扫描的情形下，当加载向量数据文件时，可自动进行复杂的描述绘制。作为光栅扫描方案，可适当使用在传统打印机上进行的方案。作为向量扫描方案，可适当使用在传统绘图仪中使用的方案。

例如，作为所使用的台架，可使用从SIGMA KOKI CO.，LTD.可得的SGSP-20-35(XY)及Mark-204控制器。作为控制软件，软件是通过使用从National instruments Coporation可得的Labview自产生的。以下将考虑在1μm/sec到1mm/sec范围内调节台架移动速度的情形。这里，在光栅扫描的情形下，台架以1μm到100μm的间距移动，并可通过与台架的运动链接的电压脉冲进行喷射。在向量扫描的情形下，台架可基于向量数据连续移动。作为这里使用的基片，列举由玻璃，金属(铜，不锈钢等)，半导体(硅)，聚酰亚胺，聚乙烯酞酸酯等组成的基片。

(基片表面状态的控制)

当金属超细颗粒(例如从Harima Chemicals，Inc.可得的毫微软膏)等在聚酰亚胺上以传统方式模制时，由于聚酰亚胺的亲水性毫微颗粒的模式被破坏，这引起微细线模制的障碍。当使用另一基片时也引起类似的问题。

为了避免这样的问题，例如传统上执行一种方法，该方法进行使用接触面能量的过程，例如氟等离子过程等，及事先在基片上模制亲水区，疏水区等。

然而，在这一方法中，必须事先在基片上进行模制过程，作为直接电路成形方法的喷墨方法的宝贵的优点不能完全被利用。

因而，本实施例中，一种新的聚乙烯苯酚(PVP)乙醇溶液薄薄地，均匀地旋转涂敷在基片上以形成表面修改层，从而解决传统的问题。PVP能够溶解在毫微软膏溶剂(十四碳烷)中。因此，当在喷墨中处理毫微软膏时，毫微软膏的溶剂侵蚀表面修改层的PVP层，且溶剂整齐地稳定而不会在着陆位置扩散。在喷墨中处理毫微软膏之后，溶液以大约200℃的温度蒸发并被烧结，使得毫微软膏可用作为金属电极。根据本发明实施例的表面修改方法不会受到热处理的影响，且不会对毫微软膏有不良影响(即电导率)。

(通过超细流体喷射设备绘制的例子)

图21示出根据本发明通过超细流体喷射设备进行的超细点形成的一例。图21中，荧光染料分子的水溶液配置在硅基片上，以3μm的间隔进行打印。图21的下部分表示以与上面相同的尺度指示尺寸的指标。大的尺度标记指示100μm，而小的尺度标记指示10μm。能够规则地对准尺寸为1μm或更小即微米以下的细点。详细来说，虽然某些点之间的间隔不均匀，但间隔依赖于用于定位的台架的回卷等机械精度。由于通过本发明实现的液滴是超细液滴，在液滴在基片上着陆时刻液滴就被蒸发了，虽然与用作为喷墨的溶剂的类型有关，液滴还是立即凝固在该位置。这例子中的干燥速率远高于传统技术中产生的几十μm尺寸的液滴的干燥速率。这是因为通过液滴的小型化和精确化使得蒸发压力显著地高。在使用压电方案等的传统技术中，不容易形成尺寸等于本发明尺寸的细点，且着陆精度不良。因此，作为对策，事先在基片上形成亲水模式和疏水模式(例如，H.Shiringhaus et al.，Science，vol.290，15 December(2000)，2123-2126)。根据这一方法，由于必须预备的过程，喷墨方案丧失了其能够直接在基片上进行打印的优点。然而，当这种方法也用于本发明时，还可更加改进位置精度。

图22示出通过根据本发明的超细流体喷射设备进行的绘制电路模式的一例。这种情形下，作为溶液，使用MEH-PPV作为聚亚戊基缩甲醛(PPV)的可溶性衍生物，这是典型的导电聚合物。线宽大约为3μm，并以10μm间隔进行绘制。厚度大约为300毫微。例如在H.Shiringhaus et al.，Science，vol.280，p.2123(2000)，或TatsuyaShimoda，material stage，vol.2，No.8，p.19(2002)中描述了使用流体喷射设备的电路图案绘制本身。

图23示出根据本发明的超细流体喷射设备使用金属超细颗粒电路模式形成的一例。例如在Ryoichi Oohigashi et al.，material stage，vol.2，No.8，p.12(2002)中描述了使用毫微软膏线路的绘制本身。银超细颗粒(毫微软膏：Harima Chemicals，Inc.)用作为溶液，并以宽度3.5μm间隔1.5μm进行绘制。毫微软膏是通过向独立散布的每一颗粒直径为几个毫微的金属超细颗粒添加特别添加剂获得的。在室温下颗粒彼此不粘结。然而，当温度稍微增加时，颗粒在比构成金属的熔点低得多的一温度被烧结。绘制之后，基片在大约200℃受到热处理，形成由银薄线构成的图案，并确认有良好的导电性。

图24是通过根据本发明的超细流体喷射设备获得的碳毫微管，其前体，以及催化剂队列。使用该喷射设备的碳毫微管，其前体和催化剂队列形成的本身在Ago et al.，Applied Physics Letters，Vol.82，p.811(2003)中描述。碳毫微管催化剂，是使用表面活性剂通过在有机溶剂中扩散由过渡金属诸如铁，钴和镍等构成的超细颗粒获得的。包含过渡金属的溶液，例如氯化铁溶液等可类似地处理。以大约20μm的直径间隔为75μm绘制催化剂。在绘制之后，根据一般的过程，溶液在乙炔和惰性气体的气体混合物流中反应，以便有选择地在对应的部分产生碳毫微管。用于这种毫微管阵列电子发射特性优秀，该毫微管阵列可用于场发射显示器的电子束，电子元件等。

图25示出通过根据本发明的超细流体喷射设备，模制铁电陶瓷及其前体的一例。作为溶剂，使用2-methoxyethanol。绘制以点直径50μm及间隔100μm进行。通过光栅扫描点可在格点模式中对准，并通过向量扫描可绘制三角形格点或六边形格点。当调节电压和波形时，可获每一直径为2μm到50μm的点或长度一边为15μm厚度5μm的微模式。

当控制流体液滴的动能等时，能够形成如图25所示的三维结构。该三维结构可用于激励器，存储器阵列等。

图26示出通过根据本发明的超细流体喷射设备进行的聚合物高度对准的一例。作为溶液，使用MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2’-ethyl-hexyloxy)]-1，4-phenylenevinylene)作为polyparaphenylene vinylene(PPV)的可溶衍生物，这是典型的导电聚合物。使用线宽3μm进行绘制。厚度大约300毫微。通过偏振显微镜获得该照片。拍照是通过交叉的Nicols进行的。交叉模式之中的亮度差指示沿线路的方向队列的分子。作为导电聚合物，除了以上的聚合物之外，使用P3HT(poly(3-hexylthiophene))，RO-PPV，多氟衍生物等。这些导电聚合物的前体可类似地对准。所模制的有机微粒可用作为有机电子元件，元件电路模式，光波导等。导电聚合物模制本身例如在Kazuhiro Murata，material stage，vol.2，No.8，p.23(2002)，K.Murata and H.Yokoyama，Proceedings of ninth international displayworkshops(2002)，p.445中描述。

图27(a)和27(b)示出，通过根据本发明的超细流体喷射设备获得的聚合物及其前体高度队列的一例。如图27(a)所示，由于通过这一喷射流体获得的流体液滴32很小，以致在基片上着陆后立即被蒸发，并且溶解在溶剂中的溶质(这种情形下是导电聚合物)浓缩并固化。通过喷射流体形成的液相区域随喷嘴31的移动而移动。这时，通过在固-液界面(过渡区)中获得的拖曳效果(对流累积效果)实现了聚合物34高度的对准。在传统的技术中，这种高度的队列主要通过擦除方法获得，并且很难局部对准聚合物。图27(b)示出一种情形，其中通过喷墨打印形成线路等，并通过超细流体喷射设备只喷射溶剂32并对准。已发现，被对准的部分局部有溶剂飞溅，并使喷嘴31扫描多次，使得通过在固-液界面(过渡区域)33中的拖曳效应和区域融合对可溶聚合物36排序并对准。实际上，通过使用MEH-PPV，氯仿溶液，二氯代苯溶液等的实验确认了该效应。

图28示出通过根据本发明的超细流体喷射设备进行的区域精化的一例。例如在R.D.Deegan，et al.，Nature，389，827(1997)等中描述了固-液界面中的材料的移动现象本身。如图27(a)和27(b)中所述，例如喷嘴31当在聚合物模式上扫描时，这时使用超细流体喷射设备喷射溶剂35以便移动液相区域。从而，在喷嘴被移动之后混杂的溶质浓度降低，由于可溶性的差别杂质38等在液相区域37溶解。这是通过与无机半导体净化中刚才使用的区域融合或区域精化相同的效果实现的。在传统技术中，通过加热部分溶解无机半导体，然而本实施例中，通过喷射流体部分溶解聚合物模式。本发明中，重大的特性在于可在基片上进行净化。

图29示出通过根据本发明的超细流体喷射设备进行的微珠处理的一例。图29中，标号31表示喷嘴，标号40表示细液相区域，标号41表示溶剂的喷射。当有一位置水在薄水膜等中局部蒸发时，溶液从其周围强烈流入该位置，且颗粒通过该流而累积。这种现象称为平流累积。当使用超细流体喷射设备控制这些流以引起平流累积时，则能够控制并操纵微珠39，诸如硅珠。平流累积本身例如在S.I.Matsushitaet al.，langmuir，14，p.6441(1998)中描述。

(超细流体喷射设备的应用例子)

根据本发明的超细流体喷射设备可优选地用于以下设备中。

[主动出液]

图30(a)至30(g)示出使用根据本发明的超细流体喷射设备的主动出液设备的一例。喷嘴1被支撑与基片13垂直，并使喷嘴1与基片13接触。这时通过一激励器等主动进行出液操作。当使喷嘴1与基片13接触时，可进行细描制。

例如，通过加热和拉制可从NARISHIGE CO.，LTD.获得的GD-1玻璃毛细管制造悬臂型喷嘴，并然后通过加热器在离末端几十微米的位置弯曲玻璃毛细管的末端。使用荧光染料(通过以大约十倍的水稀释从ZEBRA CO.，LTD的高亮度笔的稀释墨液获得的)作为溶液。通过向硅基片施加单电压脉冲，AC电压等悬臂被吸到硅基片上。能够确认荧光染料被打印到基片上。

进而，这一方法的特性如下。就是说，在使用适当的溶液例如聚乙烯苯酚的乙醇溶液的情形下，如图30(a)到30(e)所示当基片13与喷嘴1接触时施加微调DC电压，并如图30(g)所示使用喷嘴1的上拉形成一个三维结构。

图31示出通过使用根据本发明的超细流体喷射设备的主动出液设备，三维结构的形成的一例。作为溶液，使用聚乙烯苯酚(PVP)乙醇溶液。在这例子中，成功地形成获得的结构，使得每一具有直径2μm高度大约300μm的圆柱形结构排布在尺寸为25μm×75μm的格点模式中。这样形成的三维结构可通过树脂等制模，使用所得结构作为铸模，可制造精细的结构或精细的喷嘴，通过传统的机械切割工艺这几乎是不能实现的。

[半接触印刷]

图32(a)到32(c)示出使用根据本发明的超细流体喷射设备的半接触印刷设备。一般来说，细毛细管形的喷嘴1保持与基片13垂直。然而，在该半接触印刷设备中，当喷嘴1对基片倾斜配置，或喷嘴1的末端弯曲90°并保持水平，并施加电压时，通过作用在基片13与喷嘴1之间的静电力使喷嘴1与基片13接触，因为毛细管非常细。这时，在基片13上能够进行喷嘴1末端类似尺寸的打印。这种情形下，使用了静电力。然而也可使用诸如利用磁力，电动机，压电力等的主动(active)方法。

图32(a)示出仅在传统接触打印方法中需要的过程，这是向板转移一个对象材料的过程。在脉冲电压施加之后，如图32(b)所示，毛细管开始移动并与基片接触。这时，溶液在喷嘴1中出现在毛细管的末端。如图32(c)所示，在喷嘴1和基片13彼此接触之后，通过作用在喷嘴1与基片13之间的毛细管力溶液向基片13运动。这时，喷嘴1的堵塞被释放。虽然使喷嘴1与基片13通过溶液接触，但喷嘴1不直接接触基片13(这一状态称为“半接触打印”)。因而喷嘴1不会磨损。

如上所述，传统的电流体力学的喷墨有一个要求，其中通过由施加到喷嘴与喷嘴-基片(或喷嘴-发现电极之间)之间的距离的电压引起的电场形成一不稳定的表面。在传统的喷墨中，1000V或更小的驱动电压几乎是不能达到的。

与此相反，本发明的目标是一种直径等于或小于传统电流体力学的喷墨的喷嘴直径的喷嘴。其利用了在喷嘴末端电场密度效应随喷嘴变细而增高(小型化，精确化及电压的降低)。此外，其利用了电导随喷嘴变细降低(小型化)。利用了通过电场加速(位置精确性)。利用了像力(绝缘基片和位置精确性)。利用了介电响应效果(切换)。利用了通过充电缓和蒸发(定位精度和小型化的改进)。此外，利用了电湿效应(喷射输出的改进)。

本发明有以下优越性。

(1)通过超细喷嘴可达到超细点的形成，按传统的喷墨系统这几乎是不能达到的。

(2)超细液滴的形成与着陆精度的改进相容，按传统的喷墨系统它们几乎是不相容的。

(3)能够实现驱动电压的降低，按传统的电流体力学的喷墨系统这几乎是不能实现的。

(4)由于低驱动电压和简单的结构，高密度多喷嘴结构变得容易，按传统的电流体力学的喷墨系统这几乎是不能实现的。

(5)能够省略反向电极。

(6)可使用低电导溶液，在传统的电流体力学的喷墨系统中这几乎是不能使用的。

(7)通过采用细喷嘴，改进了电压的控制性。

(8)能够实现厚膜的形成，按传统的喷墨系统这几乎是不能实现的。

(9)喷嘴由电绝缘体构成，且电极的排布使得喷嘴浸入溶液，或通过电镀或蒸汽沉积在喷嘴中形成，使得喷嘴能够用作为一个电极。此外，电极排布在喷嘴之外，使得能够进行通过电湿效应进行喷射控制。

(10)由玻璃构成的细毛细管用作为喷嘴，能够易于达到低电导率。

(11)低电导率的流路连接到喷嘴，或喷嘴本身具有低电导率的形状，使得能够获得超细液滴尺寸。

(12)可使用诸如玻璃基片等绝缘基片，并还能使用导电材料基片作为基片。

(13)喷嘴与基片之间的距离设置为500μm，使得可防止基片表面不平整部分与喷嘴末端接触，而改进了着陆精度。

(14)当基片放置在导电或绝缘基片支持器上时，基片可易于以另一基片代替。

(15)当向喷嘴中的溶液施加压力时，可易于调节电导率。

(16)使用可选波形电压，其中极性和脉冲宽度根据溶液的特性优化，喷射流体的组成的时间变化可最小化。

(17)通过可选波形电压产生装置脉冲宽度和电压是可变的，使得点的尺寸可变化。

(18)作为施加的可选波形电压，可使用DC电压，脉冲波形电压，及AC电压任何之一。

(19)通过AC驱动喷嘴堵塞频率降低，并能够维持稳定的喷射。

(20)通过AC驱动可使电荷在绝缘基片上的累积最小化，改进了着陆精度和喷射可控性。

(21)使用AC电压，点在基片上的扩散和模糊现象能够最小化。

(22)通过频率调节进行的接通/断开控制改进了切换特性。

(23)施加到喷嘴的可选波形电压在预定的区域被驱动，使得流体能够通过静电力被驱动。

(24)当施加的可选波形电压为700V或更低时，使用直径25μm的喷嘴能够控制喷射。当电压为500V或更低时，使用直径10μm的喷嘴能够控制喷射。

(25)当喷嘴与基片之间的距离保持不变时，并当液滴的喷射通过控制施加的可选波形电压被控制时，可控制液滴的喷射，而无须改变喷嘴与基片之间的距离。

(26)当施加的可选波形电压保持不变时，并当液滴的喷射通过控制喷嘴与基片之间的距离被控制时，可控制液滴的喷射，而保持电压不变。

(27)当液滴的喷射通过控制喷嘴与基片之间的距离及施加的可选波形电压被控制时，可通过可选距离与可选电压进行液滴喷射的接通/断开控制。

(28)当施加的可选波形为AC波形时，并当喷嘴端面上的流体半月形通过控制AC电压频率被控制以控制液滴的喷射时，能够实现优秀的打印。

(30)当通过调节把由f＝σ/2πε表示的一频率夹在其间的频率f进行接通/断开的控制时，能够以不变的喷嘴-基片距离L进行通过频率调节的喷射控制。

(31)当通过单脉冲进行喷射时，能够通过施加不小于时间常数τ的脉冲宽度Δt形成液滴。

(32)当施加驱动电压每单位时间流速设置为10^-10m³/s或更小时，可精确地控制喷射的溶液的微流速。

(33)当在电路模式的形成中使用超细流体喷射设备时，能够形成细线宽度和细间隔的电路模式。

(34)当在使用金属超细颗粒的电路模式的形成中使用超细流体喷射设备时，能够形成优秀电导率的细线模式。

(35)当在形成碳毫微管、其前体及催化剂队列中使用超细流体喷射设备时，可通过催化剂的队列在基片上局部产生碳毫微管等。

(36)通过超细流体喷射设备，能够形成三维结构，其可用于形成铁电陶瓷及其前体的模制，作为激励器等。

(37)当在聚合物及其前体的高级队列中使用超细流体喷射设备时，能够进行诸如聚合物队列的高阶结构的形成。

(38)当在区域精细化中使用超细流体喷射设备时，能够在基片上进行净化，并能够通过区域融合凝结溶质中的杂质。

(39)当在微珠处理中使用超细流体喷射设备时，能够处理诸如硅球等微球。

(40)当使喷嘴主动向基片出液时，可形成精细模式。

(41)当在形成三维结构使用超细流体喷射设备时，能够形成微型三维结构。

(42)当喷嘴对于基片倾斜布置时，能够进行半接触打印。

(43)当采用向量扫描方案时，在形成连续线路步骤中电路图案很少断开。

(44)当采用光栅扫描方案时，使用扫描线可显示一个图象屏幕。

(45)PVP乙醇溶液旋转涂敷在基片上，以使得易于修改基片表面。

工业应用性

如上所述，在根据本发明的超细流体喷射设备中，通过超细喷嘴能够形成按传统喷墨方案不易形成的超细点。该超细流体喷射设备能够用于点的形成，金属颗粒的电路图案的形成，铁电陶瓷模式的形成，导电聚合物队列的形成等等。

已经就这些实施例描述了本发明，除了另有规定我们的发明是不限于描述的任何细节的发明，而是按所附权利要求提出的其精神和范围内可广泛解释。

Claims

1.一种超细流体喷射设备，包括一个基片，配置在超细直径喷嘴的末端附近，对喷嘴提供溶液，向喷嘴中的溶液施加可选波形的电压，以便向基片表面喷射超细直径的流体液滴；其中喷嘴的内径设置在0.01μm到25μm，以便增加喷嘴末端的集中的电场强度，降低施加的电压。

2.如权利要求1所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴由电绝缘体制成，电极被配置为浸入喷嘴中的溶液，或电极通过电镀、蒸汽沉积在喷嘴中形成。

3.如权利要求1所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴由电绝缘体制成，一个电极插入到喷嘴中或通过电镀形成，且一个电极装设在喷嘴之外。

4.如权利要求1到3中任一项所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴是玻璃的细毛细管。

5.如权利要求1到4中任一项所述的超细流体喷射设备，其中低电导率的流路被连接到喷嘴，或喷嘴本身具有低电导率的形状。

6.如权利要求1到5中任一项所述的超细流体喷射设备，其中基片由导电材料或绝缘材料制成。

7.如权利要求1到6中任一项所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴与基片之间的距离为500μm或更小。

8.如权利要求1到5中任一项所述的超细流体喷射设备，其中基片放置在导电或绝缘基片台上。

9.如权利要求1到8中任一项所述的超细流体喷射设备，其中压力被施加到喷嘴中的溶液。

10.如权利要求1到9中任一项所述的超细流体喷射设备，其中施加的电压设置在1000V或更小。

11.如权利要求2到10中任一项所述的超细流体喷射设备，其中可选的波形电压施加到喷嘴中的电极或喷嘴之外的电极。

12.如权利要求11中所述的超细流体喷射设备，其中提供可选波形的电压产生装置，用于产生施加的可选波形电压。

13.如权利要求11或12中所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压是DC电压。

14.如权利要求11或12中所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压是脉冲波形。

15.如权利要求11或12中所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压是AC电压。

16.如权利要求1到15中任一项所述的超细流体喷射设备，其中施加到喷嘴的可选波形电压V(伏特)在一个区域中由以下公式给出：

h \sqrt{\frac{γπ}{ϵ_{0} d}} > V > \sqrt{\frac{γkd}{{2 ϵ}_{0}}} \cdot \cdot \cdot (15)

17.如权利要求1到16中任一项所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压为700V或更小。

18.如权利要求1到16中任一项所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压为500V或更小。

19.如权利要求1到18中任一项所述的超细流体喷射设备，其中使喷嘴与基片之间的距离为常数，且控制施加的可选波形电压以便控制流体液滴的喷射。

20.如权利要求1到18中任一项所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压为常数，且控制喷嘴与基片之间的距离以便控制流体液滴的喷射。

21如权利要求1到18中任一项所述的超细流体喷射设备，其中控制喷嘴与基片之间的距离及施加的可选波形电压，以便控制流体液滴的喷射。

22.如权利要求15中所述的超细流体喷射设备，其中施加的可选波形电压是AC电压，并通过控制AC电压的频率控制喷嘴端面上流体的弯月面形状，以便控制流体液滴的喷射。

23如权利要求1到22中任一项所述的超细流体喷射设备，其中当控制喷射时使用的工作频率通过频率f(Hz)调制，它们夹着一个频率，且该频率由以下公式表示：

f＝σ/2πε

以进行接通-断开喷射控制，

24.如权利要求1到22中任一项所述的超细流体喷射设备，其中当由单脉冲进行喷射时，施加由：

τ = \frac{ϵ}{σ} \cdot \cdot \cdot (20)

所确定的具有时间常数τ或更大的脉宽Δt，

且其中ε是流体的电容率，σ是流体的电导率(S·m^-1)。

25.如权利要求1到22中任一项所述的超细流体喷射设备，其中当圆柱流路中的流速Q由以下公式

Q = \frac{{4 πd}^{3}}{ηL} (\frac{{2 ϵ}_{0} V^{2}}{kd} - γ) \cdot \cdot \cdot (19)

表示时，施加驱动电压时每单位时间的流速设置为1^-10m³/s或更小，且其中d是流路的直径m，η是流体的凝滞系数(Pa·s)，L是流路的长度(m)，ε₀是真空介电常数(F·m^-1)，V是施加的电压(V)，γ是流体的表面张力(N·m^-1)，而k是与喷嘴形状相关的比例常数(1.5＜k＜8.5)。

26.如权利要求1到25中任一项所述的超细流体喷射设备，其用于电路图案的形成。

27.如权利要求1到25中任一项所述的超细流体喷射设备，其使用金属超细颗粒用于电路图案的形成。

28.如权利要求1到25中任一项所述的超细流体喷射设备，其用于碳毫微管，其前体及催化结构的形成。

29.如权利要求1到25中任一项所述的超细流体喷射设备，其用于铁电陶瓷图案形成及其前体形成。

30.如权利要求1到25中任一项所述的超细流体喷射设备，其用于聚合物及其前体的高级构成。

31.如权利要求1到25中任一项所述的超细流体喷射设备，其用于区域精炼。

32.如权利要求1到25中任一项所述的超细流体喷射设备，其用于微珠处理。

33.如权利要求1到32中任一项所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴是对基片主动出液的。

34.如权利要求33中所述的超细流体喷射设备，其用于三维结构的形成。

35.如权利要求1到32中任一项所述的超细流体喷射设备，其中喷嘴相对于基片倾斜配置。

36.如权利要求1到35中任一项所述的超细流体喷射设备，其中采用向量扫描系统。

37.如权利要求1到35中任一项所述的超细流体喷射设备，其中采用光栅扫描系统。

38.如权利要求1到37中任一项所述的超细流体喷射设备，其中聚乙烯苯酚(PVP)乙醇溶液旋转涂敷到基片上以修改基片的表面。