CN203700596U

CN203700596U - 一种有序悬挂纤维电纺装置

Info

Publication number: CN203700596U
Application number: CN201420062658.0U
Authority: CN
Inventors: 郑高峰; 王伟; 王士虎; 庄明凤; 余兆杰; 孙道恒
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2024-02-12

Abstract

一种有序悬挂纤维电纺装置，涉及一种纤维电纺装置。设有注射器、导液管、喷丝管、注射泵、沉积诱导电极、真空柜、真空泵、真空计、高压电源、摄影机和显示器；所述注射器通过导液管与喷丝管连通并对喷丝管供液；两根沉积诱导电极设于真空柜内，真空柜分别与真空泵、真空计连通；喷丝管竖直伸入真空柜并固定在两根沉积诱导电极之间；沉积诱导电极接地，喷丝管与高压电源输出端电性连接；摄影机和显示器用于观察射流沉积行为和监控制备过程。设备简单、实验工序容易操作；制备的纤维直径均匀，表面光滑。可控制两根沉积诱导电极的距离、喷丝管伸入两根沉积诱导电极之间的位置、电场强度以及供液速度等电纺工艺参数，提高静电纺丝效率和纤维品质。

Description

一种有序悬挂纤维电纺装置

技术领域

本实用新型涉及一种纤维电纺装置，特别是涉及制备定向、有序排列的一种有序悬挂纤维电纺装置。

背景技术

聚合物流体在静电场力的作用下会向低电势区域高速运动，并受表面张力、电场力等作用力，拉伸细化形成微米、纳米量级的纤维，这种技术称为静电纺丝。利用静电纺丝技术制备微纳纤维，无需昂贵、复杂的装置，经过简单的工序就能快速制备微纳尺度的纤维。

随着人们对光子器件、微纳电子元器件工作性能和集成度要求的不断提高，微米、纳米尺度的器件已成为学者的研究热点，很多微纳器件都需要制备单根纳米纤维。但是电纺过程中，纺丝射流出现螺旋状鞭动，纤维无序、杂乱地沉积于收集装置，抽离单根微纳纤维比较困难，且沉积纤维之间交叉堆叠容易造成形貌缺陷和形状变形。而研究者提出的定向制备方案基本上都是针对定向阵列沉积，制备的纤维虽然为平行定向排列，但是纤维大量沉积，无法提取单根纤维。如中国专利CN101570899A提出利用振荡电源发生器使射流克服无序、弯曲的运动行为定向地沿振荡电场方向沉积。中国专利CN101363137A采用滚动圆筒收集定向、平行的纤维，这些技术方案在制备纳米纤维膜方面有很好的收益，但不适用制备单根纤维。

发明内容

本实用新型的目的是提供能快速制备直径均匀、纤维表面光滑的有序纤维，纤维悬挂在沉积诱导电极之间，易于提取出单根纤维，且实验工序简单、易操作，解决目前制备微纳纤维难以提取、纤维表面有缺陷等问题的一种有序悬挂纤维电纺装置。

本实用新型设有注射器、导液管、喷丝管、注射泵、沉积诱导电极、真空柜、真空泵、真空计、高压电源、摄影机和显示器；

所述注射器通过导液管与喷丝管连通并对喷丝管供液，其供液速度由注射泵设定；两根沉积诱导电极设于真空柜内，真空柜分别与真空泵、真空计连通；喷丝管竖直伸入真空柜并固定在两根沉积诱导电极之间；沉积诱导电极接地，喷丝管与高压电源输出端电性连接；摄影机和显示器用于观察射流沉积行为和监控制备过程。

所述喷丝管可采用实验针头，喷丝管的内径可为0.06～1.55mm。

所述注射泵的供液速度可在（10μl～10ml）/h之间调整。

所述沉积诱导电极可采用医用针灸针、实验针头等金属材质的导电针，沉积诱导电极的直径可为0.35～2mm，两根沉积诱导电极之间的距离可以在1～20cm之间调整，沉积诱导电极接地。

所述高压电源可为1～50kV。

采用本实用新型制备微纳纤维的操作步骤如下：

1）将配制好的溶液存入注射器，设定注射泵的供液速度；

2）调整两根沉积诱导电极的距离，将喷丝管口深入到沉积诱导电极设定的位置；

3）开启真空泵、真空计，使真空柜达到设定的真空度；

4）打开摄像机和显示器，观察、监控电纺行为；

5）待供液稳定后，设定高压电源的输出电压，此时喷丝管口的液滴与两根沉积诱导电极之间形成强电场；

6）在电场力的作用下，喷丝管口的溶液在两根沉积诱导电极之间形成有序、定向的微纳纤维。

本实用新型具有以下技术效果：

1）设备简单、实验工序容易操作；

2）制备的纤维直径均匀，表面光滑；

2）喷丝管口与沉积诱导电极之间的纺丝电场分布合理，沉积诱导电极之间沉积大量定向、有序、悬挂的纤维；

3）纤维存在剩余电量，其静电排斥力使纤维互相排斥从而各自悬浮在沉积诱导电极之间，这种悬挂方式有利于后续提取单根纤维；

4）纺丝区域处于真空环境可以防止气流扰动影响射流的定向运动，同时避免悬挂的纤维在气流扰动下互相吸附从而无法提取单根纤维的现象；

5）设有摄像机，即时监控纺丝行为，观察纤维沉积状态；

6）可以控制两根沉积诱导电极的距离、喷丝管伸入两根沉积诱导电极之间的位置、电场强度以及供液速度等电纺工艺参数，进一步提高静电纺丝的效率和纤维品质。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。

图中各标记为：1、摄像机；2、滑块；3、固定座；4、沉积诱导电极；5、喷丝管；6、注射泵；7、注射器；8、导液管；9、高压电源；10、真空泵；11、真空计；12、真空柜；13、滑动槽；14、显示器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

注射器7通过导液管8与喷丝管5连通，并对喷丝管5供液，其供液速度由注射泵6设定。沉积诱导电极4通过固定座3固定在滑块2上，滑块2与滑动槽13滑动配合，并可以通过丝杆机构调节两个滑块2的间距，从而调整两根沉积诱导电极4的间距。沉积诱导电极4、固定座3、滑块2、滑动槽13和丝杠设在真空柜12内，除了沉积诱导电极4外都由绝缘材料制成，以免干扰静电场，影响射流的定位沉积。真空柜12分别与真空泵10、真空计11连通，可以使真空柜12内达到设定的真空度，为射流提供稳定的纺丝环境，其中，真空计11用于测量真空柜12内的真空度。喷丝管5竖直伸入真空柜12内部，并固定于两根沉积诱导电极4之间，伸入深度可以调整。当沉积诱导电极4接地，喷丝管5与高压电源9输出端电性连接时，喷丝管5管口与两根沉积诱导电极4之间就形成了静电场。本实施例还设有摄影机1和显示器14，观察射流、纤维，即时监控电纺制备过程。

本实施例采用溶剂为PMMA，溶剂为DMF/氯仿（质量比1∶1）的溶液制备微纳纤维：

1）将26%浓度的PMMA溶液存入注射器，设定注射泵的供液速度为100μl/h，喷丝管口内径大小为0.41mm；

2）调整两根沉积诱导电极的距离为4cm、喷丝管口深入到沉积诱导电极之间1cm处；

3）开启真空泵、真空计，使真空柜形成真空环境；

4）打开摄像机和显示器，观察、监控电纺行为；

5）待供液稳定后，设定高压电源的输出电压为4.2kV，此时喷丝管口的液滴与两根沉积诱导电极之间产生强电场；

Claims

1.一种有序悬挂纤维电纺装置，其特征在于设有注射器、导液管、喷丝管、注射泵、沉积诱导电极、真空柜、真空泵、真空计、高压电源、摄影机和显示器；

2.如权利要求1所述一种有序悬挂纤维电纺装置，其特征在于所述喷丝管的内径为0.06～1.55mm。

3.如权利要求1所述一种有序悬挂纤维电纺装置，其特征在于所述沉积诱导电极采用医用针灸针。

4.如权利要求1所述一种有序悬挂纤维电纺装置，其特征在于所述沉积诱导电极的直径为0.35～2mm，两根沉积诱导电极之间的距离在1～20cm之间调整。

5.如权利要求1所述一种有序悬挂纤维电纺装置，其特征在于所述高压电源为1～50kV。