一種可控波形微納米纖維的生成裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種可控波形微納米纖維的生成裝置。包括精密注射泵、精密注射泵進(jìn)給機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌、注射器推桿、注射器、靜電紡絲噴頭、輔助電極、可控電源、運(yùn)動平臺、收集器、高壓直流電源、控制系統(tǒng)、動力絲杠，本發(fā)明的注射器安裝在精密注射泵上，精密注射泵通過注射器推送機(jī)構(gòu)控制注射器里面的溶液進(jìn)給速率，靜電紡絲噴頭安裝在注射器末端，用于形成靜電紡絲環(huán)境，收集器安裝在運(yùn)動平臺上，用于收集纖維及提供紡絲環(huán)境。運(yùn)動平臺用于近場直寫提供收集板的運(yùn)動速度和方向。本發(fā)明兩個輔助電極之間的電場是變化的，紡絲時射流在空中受力也是變化的，因此射流沉積的軌跡也會跟著變化，通過對可控電源的輸出信號的控制，即可得到對沉積纖維形態(tài)和尺寸的控制。
【專利說明】—種可控波形微納米纖維的生成裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種可控波形微納米纖維的生成裝置，屬于可控波形微納米纖維的生成裝置的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]電紡絲技術(shù)電紡絲技術(shù)最早由Formhzls在1934年提出，隨后Taylor等人于1964年對靜電紡絲過程中帶電聚合物的變形提出了泰勒錐這一概念，直到上個世紀(jì)90年代人們開始廣泛關(guān)注電紡絲技術(shù)。Reneker等人在2000年做了關(guān)于聚合物溶液在靜電紡絲中射流彎曲不穩(wěn)定的研究，文中提到靜電紡絲中浪形納米纖維的產(chǎn)生原因是因為靜電紡絲的彎曲不穩(wěn)定。Yarin等人在2001年進(jìn)一步對靜電紡絲過程中的射流不穩(wěn)定做了建模等研究。Han等人在2007年做了關(guān)于靜電紡絲過程中彎曲射流的沉積，文中提到了利用靜電紡絲射流彎曲不穩(wěn)定沉積螺旋納米纖維以及浪形(波形)納米纖維的方法。Han等人在2008年繼續(xù)研究了利用靜電紡絲彎曲不穩(wěn)定沉積螺旋納米纖維以及三角波等波形纖維的方法，并用數(shù)學(xué)模型解釋了其形成機(jī)制。之后在波形纖維的生成上并沒有多大進(jìn)展，都是利用遠(yuǎn)場靜電紡絲的彎曲不穩(wěn)定來生產(chǎn)波形纖維的。sun等人在2013年，將靜電紡絲噴頭安裝在往復(fù)擺動的機(jī)構(gòu)上，收集器在垂直于噴頭運(yùn)動方向的方向上運(yùn)動，從而提出一種靜電紡絲生成波形納米纖維的方法。孫道恒等人2006年首次提出近場電紡，通過對近場電紡的研究，射流在多場耦合的因素下，落到收集板上結(jié)晶時也會出現(xiàn)波形結(jié)構(gòu)纖維。但綜所述用靜電紡絲方法生成納米纖維都是不可控的。
[0003]MEMS器件在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中越來越顯得非常重要，并且與我們的生活息息相關(guān)，利用靜電紡絲生產(chǎn)MEMS器件以及穿戴電子，柔性電子產(chǎn)品等在最近幾年變得很熱門。其中波形結(jié)構(gòu)納米纖維可用于多種MEMS器件的結(jié)構(gòu)，如微天線，加速度傳感器，位移傳感器，電容等具有很好的運(yùn)用前景。同時，在可拉伸的柔性電子產(chǎn)品里面，波形纖維也有很大地應(yīng)用前景。
[0004]然而，在這些運(yùn)用前景里面，對波形納米纖維的形態(tài)以及尺寸都有一定的要求，上述提到的波形納米纖維的生產(chǎn)方法都不能很好地控制波形纖維的形貌以及尺寸，因此提出一種在近場電紡中，利用在輔助電極加上可控電場，從而使得納米纖維做到可控沉積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種可控波形微納米纖維的生成裝置。本發(fā)明不僅節(jié)省空間、成本低、使用安全、操作方便，使用壽命長。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的可控波形微納米纖維的生成裝置，包括有精密注射泵、精密注射泵進(jìn)給機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌、精密注射泵動力傳遞滑塊、注射器推桿、注射器、靜電紡絲噴頭、輔助電極、可控電源、運(yùn)動平臺、收集器、高壓直流電源、控制系統(tǒng)、動力絲杠，注射器固定安裝在精密注射泵上，精密注射泵的動力輸出通過動力絲杠帶動精密注射泵動力傳輸滑塊將進(jìn)給動力傳輸給注射器推桿，注射器推桿向前進(jìn)給將注射器里面的溶液從靜電紡絲噴頭擠出形成泰勒錐，高壓直流電源與靜電紡絲噴頭相連，收集器安裝在運(yùn)動平臺上，收集器與接地端相連，控制系統(tǒng)與高壓直流電源連接，控制系統(tǒng)控制高壓直流電源，運(yùn)動平臺與控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)控制運(yùn)動平臺為收集器提供運(yùn)動速度和方向，兩塊輔助電極在靜電紡絲噴頭兩側(cè)平行對立安裝，兩塊輔助電極分別與可控電源連接，兩塊輔助電極板在控制系統(tǒng)的控制下，兩塊輔助電極之間產(chǎn)生可變電場。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
1)本發(fā)明的裝置是采用近場直寫電紡裝置，在不加輔助電場時可以生成穩(wěn)定均勻的纖維，可以排除其他因素對納米纖維沉積的影響；
2)本發(fā)明裝置所采用注射泵是精密注射泵，可以進(jìn)行更精確控制；
3)本發(fā)明的輔助電極所加電場是可控電場，可根據(jù)實際需求來調(diào)節(jié)電場的頻率以及幅
值；
4)收集器安裝在輔助電極電場中間，收集器接收纖維的那一面的水平高度位置是高于輔助電極下表端面，靜電紡絲噴頭末端的水平高度低于輔助電極上表端面，可以減小射流受輔助電極的邊緣電場的影響。
[0008]本發(fā)明是一種設(shè)計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的可控波形微納米纖維的生成裝置?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1為可控波形微納米纖維裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為可控波形微納米纖維裝置的主視圖；
圖3為可控波形微納米纖維裝置的側(cè)視圖；
圖4為可控波形微納米纖維裝置的俯視圖。
【具體實施方式】
[0010]實施例:
本發(fā)明的可控波形微納米纖維的生成裝置，包括有精密注射泵1、精密注射泵進(jìn)給機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌2、精密注射泵動力傳遞滑塊3、注射器推桿4、注射器5、靜電紡絲噴頭6、輔助電極7、可控電源9、運(yùn)動平臺11、收集器14、高壓直流電源17、控制系統(tǒng)19、動力絲杠20，注射器5固定安裝在精密注射泵I上，精密注射泵I通過動力絲杠20與精密注射泵動力傳輸滑塊3連接，精密注射泵動力傳輸滑塊3與注射器推桿4連接，注射器推桿4的一端與注射器推桿4連接，注射器推桿4的另一端裝設(shè)在注射器5的中空腔體內(nèi)，精密注射泵I的動力輸出通過動力絲杠20帶動精密注射泵動力傳輸滑塊3將進(jìn)給動力傳輸給注射器推桿4，注射器推桿4向前進(jìn)給將注射器5里面的溶液從靜電紡絲噴頭6擠出形成泰勒錐，高壓直流電源17與靜電紡絲噴頭6相連，收集器14安裝在運(yùn)動平臺11上，收集器14與接地端12相連，控制系統(tǒng)19與高壓直流電源17連接，控制系統(tǒng)19控制高壓直流電源17，運(yùn)動平臺11與控制系統(tǒng)19連接，控制系統(tǒng)19控制運(yùn)動平臺11為收集器14提供運(yùn)動速度和方向，兩塊輔助電極7在靜電紡絲噴頭6兩側(cè)平行對立安裝，兩塊輔助電極7分別與可控電源9連接，兩塊輔助電極板7在控制系統(tǒng)19的控制下，兩塊輔助電極7之間產(chǎn)生可變電場。
[0011]上述注射器推桿用于溶液的動力推送傳遞；注射器儲液器用于靜電紡絲溶液供給；噴頭用于紡絲溶液輸出以及形成紡絲環(huán)境；精密注射泵用于注射器的溶液進(jìn)給動力提供；收集器用于接收微納米纖維；高壓直流電源用于提供紡絲電壓；X-Y運(yùn)動平臺為收集器提供收集微納米纖維的速度與方向；可變電場用于波形微納米纖維的生成提供電場。本發(fā)明利用示波器原理，帶電物體在電場中受力作用，發(fā)生軌跡偏移，在靜電紡絲中，紡絲溶液在電場作用下，從噴頭噴出來，沉積在移動中的收集器上，當(dāng)給射流加上可變電場之后，射流在可變電場中受力作用，沉積到運(yùn)動中收集器上的纖維軌跡在電場作用下發(fā)生可控改變，從而獲得可控波形的微納米纖維。
[0012]本實施例中，上述注射器5通過精密注射泵I里面的注射器固定壓塊21和注射器鎖緊壓片22固定安裝在精密注射泵I上。上述高壓直流電源17通過導(dǎo)線16與靜電紡絲噴頭6相連。上述收集器14通過導(dǎo)線13與接地端12相連。上述控制系統(tǒng)19通過信號線18與高壓直流電源17連接。上述運(yùn)動平臺11通過信號線15與控制系統(tǒng)19連接。上述兩塊輔助電極板7分別通過導(dǎo)線8和導(dǎo)線10與可控電源9連接，在控制系統(tǒng)19的控制下，兩塊輔助電極板7之間產(chǎn)生可變電場。
[0013]本實施例中，上述收集器安裝在運(yùn)動平臺上，且收集器14安裝在兩塊輔助電極7的電場中間，收集器14接收纖維的那一面的水平高度位置高于輔助電極下表端面。
[0014]本實施例中，上述靜電紡絲噴頭6末端的水平高度低于輔助電極7的上表端面。
[0015]本實施例中，上述輔助電極的電壓由可控電源提供；運(yùn)動平臺做X-Y方向運(yùn)動；可控微納米纖維的生成方法是通過近場靜電紡絲在可控電源9的作用下輔助電極7產(chǎn)生可變電場而實現(xiàn)波形微納米纖維可控沉積。
[0016]本發(fā)明的工作原理如下:當(dāng)高壓直流電源17通過導(dǎo)線16接通靜電紡絲噴頭6時，靜電紡絲噴頭6與收集器14之間形成紡絲電場，溶液在靜電紡絲噴頭6上形成的泰勒錐在電場作用下，突破表面張力形成射流，在控制系統(tǒng)19的控制下，輔助電極7之間產(chǎn)生可變電場，從靜電紡絲噴頭6噴出的射流，在落向收集器14的空間運(yùn)動過程中，受輔助電極7產(chǎn)生的可變電場作用，當(dāng)電場變化頻率與射流下落速度匹配時，射流在空中的運(yùn)動軌跡發(fā)生改變，因此，落向收集器的微納米纖維也會發(fā)生相貌變化，通過對可控電源9的控制，以及對運(yùn)動平臺11的控制，即可在收集器14上收集到可控的微納米纖維。
[0017]在近場電紡紡絲過程中，當(dāng)輔助電極不加電壓時，射流在空中運(yùn)動，射流所受的力為垂直方向的電場力、粘力以及收集器運(yùn)動對其的拉力，在垂直于輔助電極方向的受力忽略不計。當(dāng)輔助電極電壓接通時，輔助電極間形成電場，設(shè)射流所受輔助電極產(chǎn)生的電場力為F，在電場力F的作用下，射流偏移原來的運(yùn)動軌跡，當(dāng)射流的流速大于輔助電極電場變化速率時，射流的落點可通過控制輔助電場變化來控制，因此，通過結(jié)合安控制裝著收集器的運(yùn)動平臺的方向和速度，即可控制纖維沉積的波形形貌。
【權(quán)利要求】
1.一種可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于包括有精密注射泵、精密注射泵進(jìn)給機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌、精密注射泵動力傳遞滑塊、注射器推桿、注射器、靜電紡絲噴頭、輔助電極、可控電源、運(yùn)動平臺、收集器、高壓直流電源、控制系統(tǒng)、動力絲杠，注射器固定安裝在精密注射泵上，精密注射泵的動力輸出通過動力絲杠帶動精密注射泵動力傳輸滑塊將進(jìn)給動力傳輸給注射器推桿，注射器推桿向前進(jìn)給將注射器里面的溶液從靜電紡絲噴頭擠出形成泰勒錐，高壓直流電源與靜電紡絲噴頭相連，收集器安裝在運(yùn)動平臺上，收集器與接地端相連，控制系統(tǒng)與高壓直流電源連接，控制系統(tǒng)控制高壓直流電源，運(yùn)動平臺與控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)控制運(yùn)動平臺為收集器提供運(yùn)動速度和方向，兩塊輔助電極在靜電紡絲噴頭兩側(cè)平行對立安裝，兩塊輔助電極分別與可控電源連接，兩塊輔助電極板在控制系統(tǒng)的控制下，兩塊輔助電極之間產(chǎn)生可變電場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述注射器通過精密注射泵里面的注射器固定壓塊和注射器鎖緊壓片固定安裝在精密注射泵I上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述高壓直流電源通過導(dǎo)線與靜電紡絲噴頭相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述收集器通過導(dǎo)線與接地端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述控制系統(tǒng)通過信號線與高壓直流電源連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述運(yùn)動平臺通過信號線與控制系統(tǒng)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述兩塊輔助電極板分別通過導(dǎo)線和導(dǎo)線與可控電源連接，在控制系統(tǒng)的控制下，兩塊輔助電極板之間產(chǎn)生可變電場。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述收集器安裝在運(yùn)動平臺上，且收集器安裝在兩塊輔助電極的電場中間，收集器接收纖維的那一面的水平高度位置高于輔助電極下表端面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述靜電紡絲噴頭末端的水平高度低于輔助電極的上表端面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可控波形微納米纖維的生成裝置，其特征在于上述輔助電極的電壓由可控電源提供；運(yùn)動平臺做X-Y方向運(yùn)動。
【文檔編號】D01D5/00GK103993369SQ201410152403
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】朱自明, 陳新度, 陳新, 王晗, 鄭俊威, 梁烽, 李敏浩, 廖偉楊 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)