CN203938758U - 可控波形微纳米纤维的生成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种可控波形微纳米纤维的生成装置。包括精密注射泵、精密注射泵进给机构导轨、注射器推杆、注射器、静电纺丝喷头、辅助电极、可控电源、运动平台、收集器、高压直流电源、控制系统，本实用新型的注射器安装在精密注射泵上，精密注射泵通过注射器推送机构控制注射器里面的溶液进给速率，静电纺丝喷头安装在注射器末端，用于形成静电纺丝环境，收集器安装在运动平台上，用于收集纤维及提供纺丝环境。运动平台用于近场直写提供收集板的运动速度和方向。本实用新型两个辅助电极之间的电场是变化的，纺丝时射流在空中受力也是变化的，因此射流沉积的轨迹也会跟着变化，通过对可控电源的输出信号的控制，得到对沉积纤维形态和尺寸的控制。

Description

可控波形微纳米纤维的生成装置

技术领域

本实用新型是一种可控波形微纳米纤维的生成装置，属于可控波形微纳米纤维的生成装置的创新技术。

背景技术

电纺丝技术电纺丝技术最早由Formhzls在1934年提出，随后Taylor等人于1964年对静电纺丝过程中带电聚合物的变形提出了泰勒锥这一概念，直到上个世纪90年代人们开始广泛关注电纺丝技术。Reneker等人在2000年做了关于聚合物溶液在静电纺丝中射流弯曲不稳定的研究，文中提到静电纺丝中浪形纳米纤维的产生原因是因为静电纺丝的弯曲不稳定。Yarin等人在2001年进一步对静电纺丝过程中的射流不稳定做了建模等研究。Han等人在2007年做了关于静电纺丝过程中弯曲射流的沉积，文中提到了利用静电纺丝射流弯曲不稳定沉积螺旋纳米纤维以及浪形（波形）纳米纤维的方法。Han等人在2008年继续研究了利用静电纺丝弯曲不稳定沉积螺旋纳米纤维以及三角波等波形纤维的方法，并用数学模型解释了其形成机制。之后在波形纤维的生成上并没有多大进展，都是利用远场静电纺丝的弯曲不稳定来生产波形纤维的。sun等人在2013年，将静电纺丝喷头安装在往复摆动的机构上，收集器在垂直于喷头运动方向的方向上运动，从而提出一种静电纺丝生成波形纳米纤维的方法。孙道恒等人2006年首次提出近场电纺，通过对近场电纺的研究，射流在多场耦合的因素下，落到收集板上结晶时也会出现波形结构纤维。但综所述用静电纺丝方法生成纳米纤维都是不可控的。

MEMS器件在国民经济建设中越来越显得非常重要，并且与我们的生活息息相关，利用静电纺丝生产MEMS器件以及穿戴电子，柔性电子产品等在最近几年变得很热门。其中波形结构纳米纤维可用于多种MEMS器件的结构，如微天线，加速度传感器，位移传感器，电容等具有很好的运用前景。同时，在可拉伸的柔性电子产品里面，波形纤维也有很大地应用前景。

然而，在这些运用前景里面，对波形纳米纤维的形态以及尺寸都有一定的要求，上述提到的波形纳米纤维的生产方法都不能很好地控制波形纤维的形貌以及尺寸，因此提出一种在近场电纺中，利用在辅助电极加上可控电场，从而使得纳米纤维做到可控沉积。

发明内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种可控波形微纳米纤维的生成装置。本实用新型不仅节省空间、成本低、使用安全、操作方便，使用寿命长。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的可控波形微纳米纤维的生成装置，包括有精密注射泵、精密注射泵进给机构导轨、精密注射泵动力传递滑块、注射器推杆 、注射器、静电纺丝喷头、辅助电极、可控电源、运动平台、收集器、高压直流电源、控制系统、动力丝杠，注射器固定安装在精密注射泵上，精密注射泵的动力输出通过动力丝杠带动精密注射泵动力传输滑块将进给动力传输给注射器推杆，注射器推杆向前进给将注射器里面的溶液从静电纺丝喷头挤出形成泰勒锥，高压直流电源与静电纺丝喷头相连，收集器安装在运动平台上，收集器与接地端相连，控制系统与高压直流电源连接，控制系统控制高压直流电源，运动平台与控制系统连接，控制系统控制运动平台为收集器提供运动速度和方向，两块辅助电极在静电纺丝喷头两侧平行对立安装，两块辅助电极分别与可控电源连接，两块辅助电极板在控制系统的控制下，两块辅助电极之间产生可变电场。

   本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

   1）本实用新型的装置是采用近场直写电纺装置，在不加辅助电场时可以生成稳定均匀的纤维，可以排除其他因素对纳米纤维沉积的影响；

2）本实用新型装置所采用注射泵是精密注射泵，可以进行更精确控制；

3）本实用新型的辅助电极所加电场是可控电场，可根据实际需求来调节电场的频率以及幅值；

4）收集器安装在辅助电极电场中间，收集器接收纤维的那一面的水平高度位置是高于辅助电极下表端面，静电纺丝喷头末端的水平高度低于辅助电极上表端面，可以减小射流受辅助电极的边缘电场的影响。

本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的可控波形微纳米纤维的生成装置。

附图说明

图1为可控波形微纳米纤维装置的系统结构示意图；

图2为可控波形微纳米纤维装置的主视图图；

图3为可控波形微纳米纤维装置的侧视图；

图4为可控波形微纳米纤维装置的俯视图。

具体实施方式

实施例：

   本实用新型的可控波形微纳米纤维的生成装置，包括有精密注射泵1、精密注射泵进给机构导轨2、精密注射泵动力传递滑块3、注射器推杆4 、注射器5、静电纺丝喷头6、辅助电极7、可控电源9、运动平台11、收集器14、高压直流电源17、控制系统19、动力丝杠20，注射器5固定安装在精密注射泵1上，精密注射泵1通过动力丝杠20与精密注射泵动力传输滑块3连接，精密注射泵动力传输滑块3与注射器推杆4连接，注射器推杆4的一端与注射器推杆4连接，注射器推杆4的另一端装设在注射器5的中空腔体内，精密注射泵1的动力输出通过动力丝杠20带动精密注射泵动力传输滑块3将进给动力传输给注射器推杆4 ，注射器推杆4向前进给将注射器5里面的溶液从静电纺丝喷头6挤出形成泰勒锥，高压直流电源17与静电纺丝喷头6相连，收集器14安装在运动平台11上，收集器14与接地端12相连，控制系统19与高压直流电源17连接，控制系统19控制高压直流电源17，运动平台11与控制系统19连接，控制系统19控制运动平台11为收集器14提供运动速度和方向，两块辅助电极7在静电纺丝喷头6两侧平行对立安装，两块辅助电极7分别与可控电源9连接，两块辅助电极板7在控制系统19的控制下，两块辅助电极7之间产生可变电场。

    上述注射器推杆用于溶液的动力推送传递；注射器储液器用于静电纺丝溶液供给；喷头用于纺丝溶液输出以及形成纺丝环境；精密注射泵用于注射器的溶液进给动力提供；收集器用于接收微纳米纤维；高压直流电源用于提供纺丝电压；X-Y运动平台为收集器提供收集微纳米纤维的速度与方向；可变电场用于波形微纳米纤维的生成提供电场。本实用新型利用示波器原理，带电物体在电场中受力作用，发生轨迹偏移，在静电纺丝中，纺丝溶液在电场作用下，从喷头喷出来，沉积在移动中的收集器上，当给射流加上可变电场之后，射流在可变电场中受力作用，沉积到运动中收集器上的纤维轨迹在电场作用下发生可控改变，从而获得可控波形的微纳米纤维。

本实施例中，上述注射器5通过精密注射泵1里面的注射器固定压块21和注射器锁紧压片22固定安装在精密注射泵1上。上述高压直流电源17通过导线16与静电纺丝喷头6相连。上述收集器14通过导线13与接地端12相连。上述控制系统19通过信号线18与高压直流电源17连接。上述运动平台11通过信号线15与控制系统19连接。上述两块辅助电极板7分别通过导线8和导线10与可控电源9连接，在控制系统19的控制下，两块辅助电极板7之间产生可变电场。

本实施例中，上述收集器安装在运动平台上，且收集器14安装在两块辅助电极7的电场中间，收集器14接收纤维的那一面的水平高度位置高于辅助电极下表端面。

本实施例中，上述静电纺丝喷头6末端的水平高度低于辅助电极7的上表端面。

      本实施例中，上述辅助电极的电压由可控电源提供；运动平台做X-Y方向运动；可控微纳米纤维的生成方法是通过近场静电纺丝在可控电源9的作用下辅助电极7产生可变电场而实现波形微纳米纤维可控沉积。 

    本实用新型的工作原理如下：当高压直流电源17通过导线16接通静电纺丝喷头6时，静电纺丝喷头6与收集器14之间形成纺丝电场，溶液在静电纺丝喷头6上形成的泰勒锥在电场作用下，突破表面张力形成射流，在控制系统19的控制下，辅助电极7之间产生可变电场，从静电纺丝喷头6喷出的射流，在落向收集器14的空间运动过程中，受辅助电极7产生的可变电场作用，当电场变化频率与射流下落速度匹配时，射流在空中的运动轨迹发生改变，因此，落向收集器的微纳米纤维也会发生相貌变化，通过对可控电源9的控制，以及对运动平台11的控制，即可在收集器14上收集到可控的微纳米纤维。

    在近场电纺纺丝过程中，当辅助电极不加电压时，射流在空中运动，射流所受的力为垂直方向的电场力、粘力以及收集器运动对其的拉力，在垂直于辅助电极方向的受力忽略不计。当辅助电极电压接通时，辅助电极间形成电场，设射流所受辅助电极产生的电场力为F，在电场力F的作用下，射流偏移原来的运动轨迹，当射流的流速大于辅助电极电场变化速率时，射流的落点可通过控制辅助电场变化来控制，因此，通过结合安控制装着收集器的运动平台的方向和速度，即可控制纤维沉积的波形形貌。

Claims (10)

1.一种可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于包括有精密注射泵、精密注射泵进给机构导轨、精密注射泵动力传递滑块、注射器推杆 、注射器、静电纺丝喷头、辅助电极、可控电源、运动平台、收集器、高压直流电源、控制系统、动力丝杠，注射器固定安装在精密注射泵上，精密注射泵的动力输出通过动力丝杠带动精密注射泵动力传输滑块将进给动力传输给注射器推杆，注射器推杆向前进给将注射器里面的溶液从静电纺丝喷头挤出形成泰勒锥，高压直流电源与静电纺丝喷头相连，收集器安装在运动平台上，收集器与接地端相连，控制系统与高压直流电源连接，控制系统控制高压直流电源，运动平台与控制系统连接，控制系统控制运动平台为收集器提供运动速度和方向，两块辅助电极在静电纺丝喷头两侧平行对立安装，两块辅助电极分别与可控电源连接，两块辅助电极板在控制系统的控制下，两块辅助电极之间产生可变电场。

2.根据权利要求1所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述注射器通过精密注射泵里面的注射器固定压块和注射器锁紧压片固定安装在精密注射泵上。

3.根据权利要求1所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述高压直流电源通过导线与静电纺丝喷头相连。

4.根据权利要求1所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述收集器通过导线与接地端相连。

5.根据权利要求1所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述控制系统通过信号线与高压直流电源连接。

6.根据权利要求1所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述运动平台通过信号线与控制系统连接。

7.根据权利要求1所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述两块辅助电极板分别通过导线与可控电源连接，在控制系统的控制下，两块辅助电极板之间产生可变电场。

8.根据权利要求1至7任一项所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述收集器安装在运动平台上，且收集器安装在两块辅助电极的电场中间，收集器接收纤维的那一面的水平高度位置高于辅助电极下表端面。

9.根据权利要求8所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述静电纺丝喷头末端的水平高度低于辅助电极的上表端面。

10.根据权利要求9所述的可控波形微纳米纤维的生成装置，其特征在于上述辅助电极的电压由可控电源提供；运动平台做X-Y方向运动。