CN115161782B - 一种电纺纤维复合电极结构及其图案化制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电纺纤维复合电极结构及其制作方法，电纺纤维复合电极结构包括液槽、模板和导电溶液，液槽设置有进液管道和出液管道，模板设置在液槽内，模板至少部分被导电溶液浸没，导电溶液与模板相连通，模板与导电溶液配合构成复合电极，以对纤维涂层进行收集。导电溶液设置在液槽内，通过进液管道和出液管道的设置，能够灵活调整液槽内导电溶液的深度，改变电极形状，增强电极的图案化可调性，便于制作不同图案化的电纺纤维电极。另外，出液管道的设置能够将残余的电荷快速导走，不会影响后续电纺纤维的沉积，更有利于对纤维涂层进行收集。

Description

一种电纺纤维复合电极结构及其图案化制作方法

技术领域

本发明涉及电极领域，特别涉及一种电纺纤维复合电极结构及其图案化制作方法。

背景技术

通过静电纺丝技术制作的电纺纤维性能优异，被广泛应用于过滤、传感、组织支架、光学等领域，对电纺纤维的涂层进行图案化会进一步带来更优异的性能。收集电极是静电纺丝技术的重要构成部分，然而，现有的收集电极结构固定，收集电极结构与纤维涂层结合紧密不易分离，不利于对纤维涂层进行收集。另外，随着纤维涂层厚度的增大，电极结构的作用会弱化，不利于电极结构的长期使用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可调性好，通用性强的电纺纤维复合电极结构。

本发明还提出了一种上述电纺纤维复合电极结构的图案化制作方法。

根据本发明的第一方面实施例的一种电纺纤维复合电极结构，包括

液槽，所述液槽设置有进液管道和出液管道；

模板，所述模板设置在所述液槽内；

导电溶液，所述导电溶液设置在所述液槽内，所述导电溶液通过所述进液管道流入所述液槽，所述导电溶液通过所述出液管道从所述液槽流出；

其中，所述模板至少部分被所述导电溶液浸没，所述导电溶液与所述模板相连通，所述模板与所述导电溶液配合构成复合电极，以对纤维涂层进行收集。

根据本发明第一方面实施例的一种电纺纤维复合电极结构，至少具有如下有益效果：本发明的一种电纺纤维复合电极结构，包括液槽、模板和导电溶液，液槽设置有进液管道和出液管道，模板设置在液槽内，导电溶液设置在液槽内，模板至少部分被导电溶液浸没，模板与导电溶液配合构成复合电极，通过进液管道和出液管道的设置，能够灵活调整液槽内导电溶液的深度，改变电极形状，增强电极的图案化可调性，便于制作不同图案化的电纺纤维电极。另外，出液管道的设置能够将残余的电荷快速导走，不会影响后续电纺纤维的沉积，更有利于对纤维涂层进行收集。

根据本发明的一些实施例，所述模板的上表面设置有凸起部。

根据本发明的一些实施例，所述凸起部设置有若干个，若干个所述凸起部在所述模板上连续分布。

根据本发明的一些实施例，所述凸起部设置为长条状的凸条，所述凸条在所述模板上独立离散分布，所述凸条之间形成沟槽。

根据本发明的一些实施例，所述凸起部的高度为大于或等于0.5mm。

根据本发明的一些实施例，所述凸起部之间的间距至少为所述凸起部的高度的0.8倍。

本发明还提出了一种用于制作上述电纺纤维复合电极结构的制作方法。

根据本发明的第二方面实施例的一种电纺纤维复合电极结构的图案化制作方法，包括以下步骤：

配制电纺纤维溶液，待所述电纺纤维溶液充分溶解静置后，抽取适量所述电纺纤维溶液在注射器中；

配制含有无机盐的导电溶液，待所述导电溶液完全溶解后备用；

将模板安放于液槽内，通过进液管道往所述液槽内通入所述导电溶液，所述导电溶液与所述模板配合形成复合电极；

给所述电纺纤维溶液施加正高电压，所述复合电极接地，挤压所述注射器将所述电纺纤维溶液挤出，涂抹在所述模板上，形成纤维涂层；

通过所述进液管道和出液管道动态控制所述导电溶液的含量，以控制所述导电溶液浸没所述模板的凸起部的深度，逐步改变电场的分布，纤维涂层在所述模板上逐层层积；

待所述纤维涂层收集结束后，除去所述导电溶液，将沉积于所述模板上的所述纤维涂层放入烤箱内烘烤，待所述纤维涂层内的溶剂去除后，完成所述纤维涂层的图案化制备。

根据本发明第二方面实施例的一种电纺纤维复合电极结构的图案化制作方法，至少具有如下有益效果：本发明的一种电纺纤维复合电极结构制作方法，能够制作出可动态调节电场分布的复合电极，利用复合电极的动态变化制备不同图案的纤维涂层，从而减少对专用结构的加工依赖，大大降低了图案化纤维涂层的制造成本，提高生产效率。本方法使用的装置简单，操作方便，制备的图案化纤维涂层适用于生物组织、传感探测、结构件、光学元件等多个领域，应用范围广，前景大。

根据本发明的一些实施例，配制含有无机盐的导电溶液时，其中，所述无机盐为KCl、NaCl、KOH中的任意一种或多种的组合。

根据本发明的一些实施例，将沉积于所述模板上的所述纤维涂层放入烤箱内烘烤时，其中，烘烤温度设置为60-100℃，烘烤时间为2-24h。

根据本发明的一些实施例，所述复合电极接地时，所述导电溶液接地或所述模板接地。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中一种电纺纤维复合电极结构的制作过程示意图；

图2为本发明实施例中一种电纺纤维复合电极结构的结构示意图；

图3为本发明实施例中纤维涂层的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右、内、外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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接、装配、配合等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参照图1至图3描述本发明实施例的一种电纺纤维复合电极结构。

本发明实施例的一种电纺纤维复合电极结构，参照图1至图3，包括液槽100、模板200和导电溶液300，模板200和导电溶液300设置在液槽100内，模板200至少部分被导电溶液300浸没，模板200与导电溶液300配合形成复合电极，能够动态调整电场分布，利用复合电极的动态变化制备不同图案的纤维涂层，便于对纤维涂层进行收集。液槽100设置有进液管道110和出液管道120，进液管道110和出液管道120用于输送导电溶液300，导电溶液300通过进液管道110流入液槽100，导电溶液300通过出液管道120从液槽100流出，能够对液槽100内的导电溶液300深度进行控制，通过进液管道110和出液管道120的设置，能够灵活调整液槽100内导电溶液300的深度，改变复合电极形状，增强复合电极的图案化可调性，便于制作不同图案化的电纺纤维复合电极结构。模板200设置在液槽100内，出液管道120的设置能够将残余的电荷快速导走，不会影响后续电纺纤维的沉积，更有利于对纤维涂层500进行收集。

根据本发明的一些实施例，模板200的上表面设置有凸起部210。凸起部210配合导电溶液300形成特定的复合电极，可以理解的是，在一些实施例中，若干个凸起部210在模板200上独立离散分布。独立离散分布的凸起部210在模板200表面形成特定形状，能够适配不同的电纺纤维涂层500的图案化要求，有利于对纤维涂层500进行收集。具体地，在一些实施例中，凸起部210的高度为大于或等于0.5mm。在一些实施例中，凸起部210之间的间距至少为凸起部210的高度的0.8倍。凸起部210在模板200上独立离散分布，凸起部210之间设置有间距，将凸起部210之间的间距设置为至少是凸起部210的高度的0.8倍，对凸起部210之间的间距进行控制，能够保证凸起部210之间的间距不会过小，使纤维涂层500能够落到模板200上进行沉积。

根据本发明的一些实施例，凸起部210设置为长条状的凸条，凸条在模板200上独立离散分布，凸条之间形成沟槽。长条状的凸条设置在模板200上，凸条在模板200上独立离散分布，凸条之间设置有间距，凸条之间形成沟槽，保证纤维涂层500能够穿过凸条之间，沉积在模板200上，以便于纤维涂层500的图案化沉积。可以理解的是，在一些其他的实施例中，凸起部210也可以设置为柱状的凸柱，凸柱独立离散分布在模板200上，使纤维涂层500能够通过凸柱之间的间距落到模板200上，以对纤维涂层500的图案化沉积进行控制。

根据本发明的一些实施例，液槽100设置为绝缘材质。绝缘材质的液槽100能够对液槽100内的导电溶液300和模板200进行隔绝，防止导电溶液300和模板200直接接地。可以理解的是，在一些实施例中，模板200设置为导电性良好的金属或非金属材质。需要说明的是，在其他的一些实施例中，复合电极通过导电溶液300接地时，模板200可以设置为不导电的金属或非金属材质。

本发明还提出了一种用于制作上述电纺纤维复合电极结构的制作方法，包括以下步骤：

S1、配制电纺纤维溶液410，待电纺纤维溶液410充分溶解静置后，抽取适量电纺纤维溶液410在注射器400中；

S2、配制含有无机盐的导电溶液300，待导电溶液300完全溶解后备用；

S3、将模板200安放于液槽100内，通过进液管道110往液槽100内通入导电溶液300，导电溶液300与模板200配合形成复合电极；

S4、给电纺纤维溶液410施加正高电压，复合电极接地，挤压注射器400将电纺纤维溶液410挤出，涂抹在模板200上，形成纤维涂层500；

S5、通过进液管道110和出液管道120动态控制导电溶液300的含量，以控制导电溶液300浸没模板200的凸起部210的深度，逐步改变电场的分布，纤维涂层500在模板200上逐层层积；

S6、待纤维涂层500收集结束后，除去导电溶液300，将沉积于模板200上的纤维涂层500放入烤箱内烘烤，待纤维涂层500内的溶剂去除后，完成纤维涂层500的图案化制备。

本发明的一种电纺纤维复合电极结构制作方法，能够制作出可动态调节电场分布的复合电极，利用复合电极的动态变化制备不同图案的纤维涂层500，从而减少对专用结构的加工依赖，大大降低了图案化纤维涂层500的制造成本，提高生产效率。本方法使用的装置简单，操作方便，制备的图案化纤维涂层500适用于生物组织、传感探测、结构件、光学元件等多个领域，应用范围广，前景大。

根据本发明的一些实施例，配制含有无机盐的导电溶液300时，其中，无机盐为KCl、NaCl、KOH中的任意一种或多种的组合。KCl、NaCl、KOH等无机盐溶解在水中，具有良好的导电性能，以配合模板200形成复合电极。可以理解的是，导电溶液300内可以溶解多种不同的无机盐，同样具有良好的导电性能。

根据本发明的一些实施例，将沉积于模板200上的纤维涂层500放入烤箱内烘烤时，其中，烘烤温度设置为60-100℃，烘烤时间为2-24h。将纤维涂层500转移到烤箱中，能够充分干燥，去除限位涂层内部的溶剂。

根据本发明的一些实施例，复合电极接地时，导电溶液300接地或模板200接地。可以理解的是，在一些实施例中，模板200设置为导电性良好的金属或非金属材质。需要说明的是，在其他的一些实施例中，复合电极通过导电溶液300接地时，模板200可以设置为不导电的金属或非金属材质。

下面结合两个具体的实施例，对本发明中的一种电纺纤维复合电极结构及其制作方法进行介绍。

实施例1

实施例1提供了一种电纺纤维复合电极结构，如图1和图2所示，包括模板200与导电溶液300组成，导电溶液300设置为溶解有KCI的水溶液，模板200安放在液槽100中，液槽100的材质设置为绝缘的PVDF材质，模板200被液槽100内的导电溶液300浸没，模板200与导电溶液300相连通，共同构成电纺纤维复合电极结构，成为纤维收集的载体。需要说明的是，在本实施例中，模板200设置为金属铜模板200，模板200的加工方式为机加工。可以理解的是，在一些其他实施例中，模板200的加工方式为机加工、蚀刻加工、3D打印中的任意一种或多种的组合。

模板200的上表面设置有凸起部210，凸起部210至少部分被导电溶液300浸没，通过液槽100的进液管道110和出液管道120，能够对导电溶液300在液槽100内的体积以及分布进行调节，进而改变复合电极的结构，制备图案化纤维涂层500。具体地，在实施例1中，凸起部210设置为离散独立的凸起结构，凸起部210的高度设置为2mm。另外，凸起部210之间的间距设置为3mm。

实施例2

本实施例提供了一种电纺纤维复合电极结构的图案化制造方法，现结合图1、图2和图3为本发明的做具体描述与说明。

一种电纺纤维复合电极结构的图案化制作方法，包括步骤：

S1、配制电纺纤维溶液410，待电纺纤维溶液410充分溶解静置后，抽取适量电纺纤维溶液410在注射器400中。具体地，将PAN粉末溶解在DMF中，PAN与DMF的质量分数保持为0.15g/mL，待电纺纤维溶液410充分溶解静置后，抽取于注射器400中。

S2、配制含有无机盐的导电溶液300，待导电溶液300完全溶解后备用。具体地，在本事实例中，导电溶液300为溶解有KCl的水溶液，浓度为2mol/L，完全溶解后备用。

S3、将模板200安放于液槽100内，通过进液管道110往液槽100内通入导电溶液300，导电溶液300与模板200配合形成复合电极。液槽100为绝缘材质，通过进液管道110往液槽100内通入导电溶液300，能够动态控制导电溶液300的含量。

S4、给电纺纤维溶液410施加正高电压，复合电极接地，挤压注射器400将电纺纤维溶液410挤出，涂抹在模板200上，形成纤维涂层500。纺丝时，以1mL/h挤压注射器400将电纺纤维溶液410挤出，纺丝电压为9kV，接收距离为11cm，为保证基板上的纤维涂层500厚度均匀，基板可以沿XY平面运动。电纺纤维溶液410被电场力拉伸成微纳纤维。控制纺丝的时间，使纺丝形成的纤维涂层500的厚度在100μm。具体地，在本实施例中，复合电极通过导电溶液300直接接地。

S5、通过进液管道110和出液管道120动态控制导电溶液300的含量，以控制导电溶液300浸没模板200的凸起部210的深度，逐步改变电场的分布，纤维涂层500在模板200上逐层层积。

S6、待纤维涂层500收集结束后，除去导电溶液300，将沉积于模板200上的纤维涂层500放入烤箱内烘烤，待纤维涂层500内的溶剂去除后，完成纤维涂层500的图案化制备。具体地，将沉积于模板200的纤维涂层500放入烤箱内在60℃温度下烘烤8h，将纤维涂层500内的溶剂去除。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种电纺纤维复合电极结构，其特征在于，包括：

液槽，所述液槽设置有进液管道和出液管道；

模板，所述模板设置在所述液槽内；

导电溶液，所述导电溶液设置在所述液槽内，所述导电溶液通过所述进液管道流入所述液槽，所述导电溶液通过所述出液管道从所述液槽流出；

其中，所述模板至少部分被所述导电溶液浸没，所述导电溶液与所述模板相连通，所述模板与所述导电溶液配合构成复合电极，以对纤维涂层进行收集；

所述模板的上表面设置有凸起部，所述凸起部至少部分被所述导电溶液浸没，通过所述进液管道和所述出液管道动态控制所述导电溶液的含量，以控制所述导电溶液浸没所述模板的所述凸起部的深度，逐步改变电场的分布，所述纤维涂层在所述模板上逐层层积。

2.根据权利要求1所述的一种电纺纤维复合电极结构，其特征在于，所述凸起部设置有若干个，若干个所述凸起部在所述模板上独立离散分布。

3.根据权利要求2所述的一种电纺纤维复合电极结构，其特征在于，所述凸起部设置为长条状的凸条，所述凸条在所述模板上独立离散分布，所述凸条之间形成沟槽。

4.根据权利要求2所述的一种电纺纤维复合电极结构，其特征在于，所述凸起部的高度为大于或等于0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种电纺纤维复合电极结构，其特征在于，所述凸起部之间的间距至少为所述凸起部的高度的0.8倍。

6.一种电纺纤维复合电极结构的图案化制作方法，应用于权利要求1至5任一所述的一种电纺纤维复合电极结构，其特征在于，包括以下步骤：

配制电纺纤维溶液，待所述电纺纤维溶液充分溶解静置后，抽取适量所述电纺纤维溶液在注射器中；

配制含有无机盐的导电溶液，待所述导电溶液完全溶解后备用；

将模板安放于液槽内，通过进液管道往所述液槽内通入所述导电溶液，所述导电溶液与所述模板配合形成复合电极；

给所述电纺纤维溶液施加正高电压，所述复合电极接地，挤压所述注射器将所述电纺纤维溶液挤出，涂抹在所述模板上，形成纤维涂层；

通过所述进液管道和出液管道动态控制所述导电溶液的含量，以控制所述导电溶液浸没所述模板的凸起部的深度，逐步改变电场的分布，所述纤维涂层在所述模板上逐层层积；

待所述纤维涂层收集结束后，除去所述导电溶液，将沉积于所述模板上的所述纤维涂层放入烤箱内烘烤，待所述纤维涂层内的溶剂去除后，完成所述纤维涂层的图案化制备。

7.根据权利要求6所述的一种电纺纤维复合电极结构的图案化制作方法，其特征在于，配制含有无机盐的导电溶液时，其中，

所述无机盐为KCl、NaCl、KOH中的任意一种或多种的组合。

8.根据权利要求6所述的一种电纺纤维复合电极结构的图案化制作方法，其特征在于，将沉积于所述模板上的所述纤维涂层放入烤箱内烘烤时，其中，

烘烤温度设置为60-100℃，烘烤时间为2-24h。

9.根据权利要求6所述的一种电纺纤维复合电极结构的图案化制作方法，其特征在于，所述复合电极接地时，包括：

所述导电溶液接地或所述模板接地。