标签: 微孔雾化

微孔雾化，通过压电陶瓷与打孔弹性体（通常为不锈钢片）粘合作用，将电信号转化为机械的谐振运动从而实现低粘度液体的雾化，因其成熟的供应链和低成本因素，在不同行业得到了广泛的应用。 随着市场的需求不断差异化和技术的不断成熟，以及社会对可持续发展越来越多的关注，微孔雾化领域的创新层出不穷，从材料到技术方案，包括应用场景和产品的多样化，创新成为行业人士尤其是龙头企业的差异化竞争基石。 基于LOXIM的行业实践，针对当下在微孔雾化领域的创新趋势，我们尝试提炼了以下4点主要的创新趋势，分别是： 1. 陶瓷材料的无铅化 2. 驱动方案的IC化 3. 陶瓷片安装结构的模块化 4. 应用场景演变的组合扩大化 以下针对各个趋势，逐一阐述。 1. 陶瓷材料的无铅化 目前，压电陶瓷雾化元件普遍使用锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷制备而成，PZT压电性能优良、生产技术成熟，但其中氧化铅作为初始原料占比高达60%，其在生产、使用和废弃过程中都会对人类和环境带来危害；特别是由于与雾化芯片接触的雾化介质具有一定的酸碱成分，很可能造成芯片中的铅溶解，一些应用领域如医疗雾化器、加湿器和香薰机等，产生的雾滴与人体直接接触甚至吸入，长期使用会对人体健康造成潜在的危害。 我国 RoHS 认证及欧盟制定的 RoHS 强制性标准均规定了电子电气产品中铅等限用物质的限量要求和测定方法，为了配合相关规章更好地实施，推动压电陶瓷雾化元件中无铅或减铅化，国内压电陶瓷行业的龙头企业（如贵州振华红云，广州凯立达，佛山科日，广东奥迪威，湖南嘉业达，无锡通超，浙江嘉康，广东思威特，广东捷成科创，江苏江佳电子等）牵头开始制定相关志愿性团体标准。 微孔陶瓷雾化片无铅化的关键技术，主要包括高性能无铅压电陶瓷配方及改性技术、高性能超细陶瓷粉体制备技术、素片高压成型技术、多段分步陶瓷烧结技术、后处理加工技术以及器件装配技术等。 从实践应用角度，以铌酸钾钠（KNN）体系为代表的无铅压电陶瓷的压电常数（d33）已经可以媲美含铅压电陶瓷，在超声雾化等领域尤其是医疗的微孔雾化上，开始逐步替代传统铅基压电陶瓷；后续在基础理论角度需要提升对无铅压电陶瓷压电响应增强的物理机制认识，以及协同提高无铅压电陶瓷的机械品质因数（Qm）。 2. 驱动方案的IC化 微孔的驱动，一直以来都是传统基于电感/MOS器件的L/C电路，市面上不同方案的区别，在于二次升压/稳压（减少雾化速率波动）以及扫频/追频方案的选择。其主要的改进诉求在于器件参数的离散性带来雾化速率一致性问题，由于电感或者陶瓷片的来料不可避免有一定波动，基于电感/MOS器件的L/C电路就会出现较为明显的雾化速率波动问题，采用此传统方案的国际和国内品牌公司雾化器产品均不可避免。 LOXIM推出的微孔雾化驱动芯片（型号LX8201），通过芯片将整体驱动电路简化，一体化集成设计不受器件离散性的影响，雾化稳定性和一致性更好。 微孔驱动方案的IC化，不仅提升了雾化性能，简化了硬件设计并节约硬件成本/功耗，同时通过软件调节功率和自适应谐振频率频率，能指数级减少供给端微孔陶瓷片的不同规格数量，为简化现有陶瓷片“多品种，少批量”的供应链现状，提供了非常有益可行的思路。 3. 陶瓷片安装结构的模块化 众所周知，陶瓷片工作性能的3大影响因素，首当其冲是陶瓷片自身的性能参数的稳定可靠，除此之外陶瓷片的结构设计安装，也是影响实际工作性能的重要因素（第三个就是驱动电路电信号的一致性，前面驱动方式的IC化已经涉及此点）。 其中常见的设计要素/考虑点比如固定机构和静态压力大小，焊锡固定方式，以及弹性（棉棒）压力形式和大小等，这些因素都会导致实际雾化的时候，性能（速率，功率，频率等）呈现明显的波动。 目前，为了消除因为结构设计安装带来的一致性源头问题，越来越多的公司开始重视在结构设计上保证一致性，尽可能减少压力的大小（节约功耗）以及保持量产的一致性（减少波动）；其中，将陶瓷片事先固定在一个模块里面，然后再将模块跟其他结构件相连接。 模块化安装设计的好处是能尽可能保证陶瓷片结构因素的一致性，甚至可以将此模组的性能参数提前进行测试筛选，避免过于依赖最后的成品环节筛选。 4. 应用场景演变的组合扩大化 微孔雾化的应用场景/产品品类，除了成熟的补水仪/加湿器和香氛机，这些年在手持医疗雾化器，以及口-鼻-眼的喷雾器品类上，也已经获得了非常规模的应用，出现了不少新的市场品牌。 近年比较流行的是“微孔雾化+”的概念，也就是说如何将成熟的微孔雾化功能/供应链跟已有的产品进行组合叠加，从而实现新的功能或者消费者体验，具体如： - 微孔+小风扇：进一步清凉 - 微孔+吹风机：吹发并护发 - 微孔+梳子：头皮护理液导入 - 微孔+玩具：更加炫酷的玩具体验（24V的安规要求是个挑战，目前LOXIM芯片的全新驱动方案，能良好控制雾化电压在24V以下） - “微孔+加热”组合雾化：电子烟产品创新思路，将主流的加热雾化加上微孔的水剂冷雾化，改善香味还原以及增强口感体验 除了以上总结的4大创新趋势，在应对市场新需求和供应链效率角度，也不时能看到一些非常有益的创新探索，比如：1）打孔膜用高分子PI膜，2）从单层转向多层陶瓷片以提高能量效率，3）不断探索微孔组合新方案以挑战精油等粘性液体。 创新，是高纬度高质量可持续的“互卷”，期待在业已成熟的微孔雾化行业，不断涌现以创新促发展的实践案例。

提要：随着电子烟“加热+超声波”组合雾化的新产品不断涌现，针对设计环节的若干关键要点，包括陶瓷片选择，驱动技术方案和结构安装设计要点，保证工程验证到量产的成功垂直启动，分享相关实践经验。 深圳作为全球电子烟行业的创新和制造基地，一直以来在新材料新体验新模式上不断涌现新的设计。最近，部分龙头企业将传统的超声波（微孔雾化，也有用3M陶瓷片直接取代加热雾化的，另文详谈）和加热雾化，进行组合，在继承原有陶瓷芯加热雾化的基础上，通过超声波微孔的冷雾化技术，提高香味还原度，同时因为雾化颗粒度较大，能灵活调节并提升吸食的口感。 ​ （Lost Mary, 5月份在美国上市，图片来自互联网） 下面基于LOXIM微孔雾化专用芯片的应用实践，分享若干电子烟“加热+超声波”组合雾化产品设计的关键要点。 需要注意的是，超声波微孔雾化的效果，不仅仅受微孔雾化驱动硬件方案（LOXIM的专长）影响，在陶瓷片的选型，结构/安装设计以及液体特性的选择上，也直接影响最后的组合雾化效果。 1. 微孔陶瓷片选型和规格 微孔陶瓷片是通过谐振将激励电信号转化为高频振动（100-220KHz），从而将水性液体雾化为目标粒径大小颗粒的执行器件，不管是工程验证还是量产的规格/来料控制，都非常关键，要考虑的因素主要有以下几个方面： 直径大小：一般为10-16mm，也有个别厂家能提供8mm的，主要根据实际结构空间来选择；直径的大小跟频率成大致的反比关系，比如16mm的常见谐振频率为108KHz, 10mm的常见谐振频率为175KHz； 谐振性能：谐振频率/反谐振频率，谐振阻抗，静态电容等，需要在出厂和来料检验中明确相关要求和检验发放要求； 打孔大小：打孔大小一般跟雾化出来颗粒的中位粒径大小接近，常见电子烟的超声波微孔雾化建议孔径为5-6um，实际要根据雾化的液体特性以及口感来进行调节； 打孔数量：打孔数量（孔的大小定了，数量就对应铺排的面积）是根据需求的雾化量/速率（比如0.2毫升/每分钟）来定的，实际数量可以从200-2000个孔；电子烟的设计，一般以口数为计量的单位，每一口的时间为2秒，常见的设计雾化速率为3mg/s(折算为一口是6mg，如果3毫升的液仓，可以支持500口抽吸)； 其他：不锈钢片凸起设计，根据进液的方式（棉棒，重力等）不同以及通道结构设计特点，可以设计有不同方向（正凸，反凸）以及不同形状（平凸，弧形）的选择。 ​ （微孔陶瓷片样品：正凸，平凸） 2. 微孔雾化驱动 市面上微孔雾化的传统驱动，是基于电感/高压MOS器件的L/C振荡电路，为保持雾化端电压稳定，一般还需要专门的升压电路。由于电感或者陶瓷片的来料参数不可避免有一定波动，在不同设备上出现实际雾化量明显不一致性的问题，这个问题在香氛和医疗领域属于无关紧要的诉求。 但对于电子烟产品而言，不同设备的实际吸食口数存在很大波动，属于不能接受的消费者体验，属于关键性的设计和质量控制要求。 为解决电子烟的“微孔+加热”雾化组合出现的雾化口数一致性问题，LOXIM微孔超声雾化驱动芯片（型号LX8201）采用全新的硬件电路，不受器件离散性的影响，雾化稳定性和一致性更好；同时其采用独家软件算法精准追频，驱动效率更高。​ （LOXIM微孔雾化驱动专用芯片： LX8201实物） 3. 结构设计 - “加热+超声波”组合雾化 电子烟因为结构紧凑，从“加热”到“加热+超声波”组合，结构设计需要非常独特的创意以及多维度的考虑，主要设计及验证要点： 陶瓷片的安装固定：陶瓷片的安装固定方式，会直接影响到雾化效果/谐振性能，包括雾化量/功率，需要考虑是否固定陶瓷片（棉棒浮动）还是棉棒固定（陶瓷片浮动/弹簧设计），是否需要采用陶瓷片模组化，固定陶瓷片一般用硅胶，要注意硅胶的形状设计/压紧方式/压缩量选择等； 棉棒选择：主要针对液体类型和出雾量规格，确保毛细效应不是瓶颈； 超声出雾通道及液滴回收（如有）：根据组合出雾的通道设计，由“分‘到”合“的通道设计要考虑热+冷的最佳效果/口感； 量产的考虑：关键物料的质量控制点（尺寸，特性），以及安装固定方式对陶瓷片结构谐振性能的影响（不然，单有驱动方案的改良，不一定能保证口数的一致性完全符合要求） ​ （电子烟结构分解图示例，网络图片） 4. 雾化液体的选择/规格 前面3点，都是LOXIM实践中具备足够经验或者非常专业独特的领域，但是液体的选择，则是品牌/全案公司的核心竞争力，因为液体的选择直接影响到消费者的体验，不管是香味还原（冷雾化，没有加热，容易还原）还是口感体验的差异化，都是品牌方最终赢得市场的利器。 从电子烟“加热+超声波”组合雾化的功能实现角度，液体的粘性是影响雾化效果的重要因素。针对不同粘性的液体，雾化颗粒度的分布会不一样，雾化量也会有明显差异。建议在前期配方选择的时候，针对不同液体，定制不同孔径打孔数的陶瓷片，进行交叉验证，选择一个匹配度最合适的液体陶瓷片组合。 ​ （电子烟油，换弹/补充，网络图片） 结束语： 电子烟“加热+超声波”组合雾化是一个新的产品尝试，研发阶段需要结构和硬件工程师通力协作，在前期将各关键要点考虑到位，包括雾化粒径，口数一致性，雾化量，通道等，才能保证最后的消费者体验达到预期，同时将设计要点转移到来料要求和工艺制程，以保证量产阶段的稳定可靠。 ​

提要 ：LX8201具备创新性的微孔雾化驱动原理，结合专利的硬件和软件设计，在保证雾化性能的同时将驱动电压控制在24V以内，确保满足玩具电子电气的安规要求。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 微孔雾化，作为在加湿补水和香氛扩散非常成熟的应用，最近两年在“微孔+”的大概念下，涌现出很多产品创新的机会，比如吹风机、梳子和擦窗机等领域，创新性地丰富了新的产品功能和消费体验。 类似的，玩具领域的设计师和工程师，也在探索“微孔+玩具”的可行性；比较典型的是在遥控玩具汽车，在引擎尾部增加灯光雾化效果，具体产品包括喷雾汽车，喷雾火车，喷雾恐龙，喷雾轮船，喷雾飞机和喷雾枪等，都能增加产品的炫酷体验。 部分产品图片如下（皆为网络图片，侵删）： --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 以上这些产品将喷雾体验加入玩具设计中，但是不可避免都有个致命的风险点：电压高导致不符合安规中对玩具电气部分的要求。 具体来讲，现有市面上陶瓷片的驱动电压，都很高（60-100V），远超国家针对玩具电子电气部分的强制安规要求：24V。 下面是国家强制标准，针对玩具电子电器的概述部分摘取（GB6675.1-2014）。 如果对比欧洲的玩具标准，对电压24V的强制要求是一致的，但在电流峰值以及电容/放电的定量要求方面，欧洲的安规标准（EN 62115: 2020，部分摘取）更加明确细节更清晰： 再看看下图所示的美国玩具安全标准ASTM F963-23（部分摘取），要求也是24V。 综合来看，目前市面上的玩具产品，如果采用传统的三脚电感驱动，Vpp大概率会偏高，存在安规测试不合格的风险，无法获得正常安规认证和进入欧美主流市场。 一方面是玩具市场对雾化（+灯光）带来全新酷炫效果的强设计需求，另一个方面又有来自电气安规方面的严苛要求（认证无法通过），如果采用“多层压电堆叠（MPA）技术“，成本将增加至现有微孔雾化片的10倍以上，这个矛盾很大程度上限制了喷雾装置在玩具上的拓展应用。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 好消息，LOXIM推出的微孔雾化驱动芯片LX8201提供了完美的解决方案。 基于独家专利的硬件和软件设计，LOXIM的微孔驱动方案在输出良好雾化驱动性能的同时，新的驱动原理避开了对高电压的依赖，能确保陶瓷片电压24V以下，满足安规认证的设计和工作要求。 下图为一个实际工作的喷雾玩具车雾化参数（频率111.5KHZ，峰峰值23V），陶瓷片为16mm直径。 LOXIM不断致力于微孔雾化驱动的创新研发，以上玩具领域喷雾装置的实际应用案例以及测试板，欢迎品牌方、方案商和工厂联系合作。

在微孔雾化（泛指100-180KHz陶瓷片，雾化香氛/补水/药液）设备的工程设计和批量生产中，一直存在一个共性的问题： 雾化量的波动 。 雾化量，准确来说应该成为雾化速率，也就是单位时间内雾出的液体量（重量或者体积），常用的有两种单位：毫克/秒(mg/s), 以及毫升/分钟ml/min，对应的如果雾化水的话，3毫克/秒的雾化速率也就等于0.18毫升/分钟。 雾化量的波动，跟工程设计前期的选型和性能确认，有联系但是又有区别，因为前期的设计重点主要集中在“满足性能”，比如雾化量大小、功耗、待机电流、液体相容性、部件尺寸规格和可安装性等；雾化量的波动因素评估，更多是要考虑后期量产过程中的雾化性能波动，这样可以通过工程测试，充分暴露影响因素，定量评估并落实到量产的若干要求中，比如材料规格（供应商的出货检工厂来料检验）要求，生产过程的工艺制程要求。 基于微孔雾化驱动集成芯片在不同行业客户的推广实践经验，采用了最新的微孔雾化驱动芯片/方案，能有效降低传统三脚电感的硬件方案带来的波动，但是并不能完全消除其他影响因素带来的波动；此文希冀简短分享微孔雾化量波动的主要因素以及建议对策，包括关键性（H）的因素，以及中/低风险（M/L）的影响因素，帮助工程师系统性把握影响因素并统筹应对措施。一般来说，根据已知的风险因素，常用的质量管理体系（ISO9001）就能比较好的帮助我们制定相应的对策和验证方案。

为增加微孔加湿器的雾化量，以及从外观和功能设计角度，进一步差异化桌面小型加湿器，市场上出现了越来越多的双头甚至多头的微孔雾化加湿器，用两根棉棒连接两个微孔雾化片，可以同时工作雾化（如下图所示，图片来自网络，仅供参考，侵删），也可以只是其中某一个微孔陶瓷片单独工作雾化。 这种双头雾化的设计，存在一个刚需的规格要求： 双头的一致性 ，也就是要保证两个微孔在雾化时的流量大致相同，雾态从外观上不能有明显的差别。 消费者语言简单说就是：不能一个高一个低。 实际市场的反馈，有公司已经收到不少针对“双头雾化明显不一致”的消费者投诉，造成的后果包括退货甚至整批产品的召回，由此造成的成品和运费总总价值损失已经远超过微孔雾化结构自身的成本； 另一个方面，技术角度而言，针对这个痛点，很多公司目前的硬件方案并没有特别好的应对方法，因为一个微孔雾化装置的波动已经不少（变异系数很多达到80%甚至超过100%），两个一起叠加，很难避免实际雾化的差异（一个偏上限比如6mg/s，另一个偏下限比如1mg/s），这种情况下能做的除了严格控制来料环节（高成本）的一致性之外，也要在生产制程和出货环节增加检测控制环节，也是变相增加了成本。 本文介绍的2025新方案，采用深圳市乐而信科技服务有限公司(LOXIM)的微孔雾化驱动专用芯片LX8201-0B，其针对“双头”这类应用，具备了独特的优势。 芯片除了低成本和低功耗特点之外，因为专利的电路和软件设计，消除了LC振荡电路的离散器件带来的性能参数波动，所以能保证雾化性能（主要是雾化量）的良好一致性，这个特点正好能匹配到双头的刚需应用；当然，实际应用中两个头的雾化性能还会因为结构安装和棉棒及陶瓷片的偏差略有波动，但在目前供应商的正常控制水平下，已经可以较好匹配到消费者的接受范围内了。 下图为是一个实际双头微孔雾化加湿器的驱动电路原理图，基于LOXIM的微孔雾化驱动专用芯片LX8201-0B而设计，分享出来供硬件工程师直接参考应用。