一種連續供液的近場靜電紡絲裝置的製作方法

2023-05-01 22:45:21 2

專利名稱：一種連續供液的近場靜電紡絲裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種紡絲裝置，尤其是涉及一種連續供液的近場靜電紡絲裝置。
背景技術：
目前，採用傳統的靜電紡絲裝置所製備的電紡纖維都是以無紡織布的形態存在的，主要應用在過濾、分離膜、藥物釋放、組織支架和傷口修復等方面。為了將電紡纖維應用於場效應管、氣體與光學傳感器等微納米器件，需要製備出單根納米纖維。因為紡絲過程中存在著一種不穩定「鞭動」的狀態，使得接收到的纖維往往是雜亂無章的，所以用傳統的靜電紡絲方法很難製備單根納米纖維。全世界眾多科研工作者在這方面做了大量的研究，並取得了一些成果，例如文獻lLi，D. ；0uyang,G. ；McCann, J. Τ. ；Xia,Y. Nano Lett. 2005， 5，913在收集極上加工一個槽，在附加電場的作用下，將在槽的兩邊形成平行的納米纖維， 利用這種方法製備的納米纖維可以很方便地轉移到另一種物質的表面上，進行纖維性質的測量及應用。然而實驗中對電極間距的要求限制了接收區域實驗中兩收集極間距為幾微米到幾釐米之間，只能收集到較窄和薄的纖維膜。文獻2Ther0n，A. ；Zussmanl,E. ；Yarin, A. L. Nanotechnology2001,12，384.採用一個邊緣尖銳的旋轉的圓盤等機械裝置進行纖維的收集，圓盤的邊緣的集合尺度很小，使得電場充分集中，吸引了絕大多數納米纖維，而且可以連續收集。這種方法已經成功地收集到了直徑在100 400nm的有序排列的聚氧化乙烯納米纖維。但是此種方法的缺點是隨著圓盤邊緣收集的纖維逐漸變厚，電場力逐漸減小，在同樣的轉速下，收集到的纖維有序度會明顯降低。圓盤收集的纖維有序性雖然好，可是纖維只能收集在圓盤的稜上，接收區域極其有限。文獻3Sim D H, Chang C，Li S and Lin L W 2006Nano Lett. 6，839發明了一種近場靜電紡絲的方法，該方法的特點是將針尖到收集板的距離極大地縮短了，由傳統的幾釐米縮短為0. 5 3mm，並且紡絲電壓也縮小為幾百伏。另外該方法採用針尖直徑為0. 025mm的實芯鎢探針，而不是傳統紡絲所用的毛細管；沒有採用傳統的精密注射泵供液，而是用類似蘸水筆蘸水的方式進行供液。該方法所採用的收集平臺與傳統的靜態收集板或者滾動收集板不同，採用二維的運動平臺進行輔助收集。該方法利用靜電紡絲的穩定射流階段來製備有序排列的納米纖維，藉助於平臺的二維運動，不僅可以直寫出有序排列的納米纖維，而且還可以直寫出規則的一維、二維等基本幾何圖案。該方法的優點在於射流過程中無「鞭動」等雜亂無章的運動，便於纖維的有序收集。在集成的微納米電子設備的製造方面上，與採用傳統的光刻等一系列工藝的方法相比， 與具有成本低、設備簡單的優勢，為靜電紡絲應用於微納米設備的製造提供了一個新方法。 但是該方法無法長時間連續直寫，因為其採用類似蘸水筆的方式進行供液從而使得供液不連續，而且採用類似蘸水筆的方式進行供液時溶液的體積不易控制，因為在電紡過程中探針針尖處液滴的體積會隨著電紡過程的進行而不斷地減少使得電紡過程中，探針上溶液所剩的體積也大小不同，所紡納米纖維的直徑不均勻。
發明內容[0003]本實用新型的目的在於針對現有的靜電紡絲中採用注射泵進行供液，但受到溶液傳輸管道、溶液內部流動等因素的影響，紡絲噴嘴處溶液液面易於產生波難保證產生穩定紡絲射流，導致紡絲納米纖維表面形貌和直徑分布不均勻等缺點，提供一種在實現單根納米纖維有序可控沉積的同時，可提高紡絲溶液供給的精確性和納米纖維直徑均勻性的連續供液的近場靜電紡絲裝置。本實用新型設有步進電機、轉軸絲杆、滑塊、導軌、推桿、活塞、儲液缸、實芯探針、 探針固定裝置、螺母、收集板和高壓電源。所述步進電機與轉軸絲杆經聯軸器連接，所述滑塊與轉軸絲杆間隙配合併在導軌上滑動，所述推桿一端固定在滑塊上，推桿另一端與活塞固接，探針固定裝置固定在儲液缸的底部，實芯探針一端與探針固定裝置相連，實芯探針另一端伸出設於儲液缸底部的噴嘴， 探針固定裝置與儲液缸連接，收集板接地並與高壓電源負極電連接，高壓電源正極與螺母所在電極相連。所述探針固定裝置上端設有帶中心通孔的十字形支架，所述十字形支架由圓環固定，所述圓環與十字形支架的連接處設有4根支柱，4根支柱與儲液缸底部連接，實芯探針固定在所述中心通孔上，所述實芯探針與收集板的距離可為0. 5 3mm。所述儲液缸可為圓柱形容器，所述設於儲液缸底部的噴嘴的尺寸可為200 μ m，噴嘴附有一層憎水性材料，且噴嘴的尺寸與實芯探針針尖伸出噴嘴的尺寸相同。噴嘴中實芯探針對電場和溶液有著很好的匯集作用，可引導溶液在探針針尖形成泰勒錐產生單一射流噴射；同時探針有助於減小射流的初始直徑，有利於提高溶劑揮發速度，在短距離(0. 5 Imm)內獲得固態納米纖維；根據近場靜電紡絲原理，將噴嘴至收集板距離縮短至0. 5 3mm，克服了帶電射流的螺旋不穩定運動，益於實現單根納米纖維的可控沉積。所述步進電機與的轉速由步進驅動器接收到的脈衝信號控制，通過連續施加脈衝信號實現轉軸絲杆的微量進給。當靜電紡絲工作時，對步進電機施加脈衝驅動信號實現步進電機按預定速度轉動，並帶動活塞朝下運動。步進電機每一個步距角帶動活塞朝下運動的距離是固定的，每次向噴嘴處的供液體積也是固定的。通過控制脈衝頻率可精確控制供液速度，從而保持噴嘴處液面的相對穩定；避免了傳統電紡絲注射泵供液難以精確控制的缺點和近場靜電紡絲離散供液的不穩定性，提高了納米纖維的均勻性。本實用新型採用步進電機與滾軸絲杆連接，滑塊向下移動使得推桿向下推動活塞進行微量進給，利用步進驅動器接收一系列連續的脈衝信號來實現近場靜電紡絲裝置的連續供液。由於所述推桿一端固定在滑塊上，推桿另一端與活塞固接，因此推動活塞向下微量進給，可使得儲液缸的溶液經過儲液缸底部的噴嘴向下運動，由於儲液缸底部的噴嘴的尺寸約為200 μ m，且底部噴嘴採用憎水性材料，實芯探針採用親水性材料，因此溶液將會粘附在實芯探針上。

圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。[0014]圖2為本實用新型實施例的滑塊與燕尾槽導軌的C-C向視圖。圖3為本實用新型實施例的探針固定裝置的A-A剖面圖。圖4為本實用新型實施例的儲液缸與探針固定裝置連接的B向視圖。
具體實施方式
由圖1可見，本實用新型實施例設有步進電機1、轉軸絲杆2、滑塊3、導軌4、推桿 5、活塞6、儲液缸7、實芯探針8、探針固定裝置9、螺母10、儲液缸底部的噴嘴11、收集板12、 導線13、高壓電源14和導線15。所述步進電機1與轉軸絲杆2經聯軸器連接，所述滑塊3與轉軸絲杆2間隙配合併在導軌4上滑動，所述推桿5 —端固定在滑塊3上，推桿5另一端與活塞6固接，探針固定裝置9固定在儲液缸7的底部，實芯探針8 一端與探針固定裝置9相連，實芯探針8另一端伸出設於儲液缸底部的噴嘴11，探針固定裝置9與儲液缸7連接，收集板12接地並與高壓電源14負極電連接，高壓電源14正極與螺母10所在電極相連。所述探針固定裝置9上端設有帶中心通孔的十字形支架，所述十字形支架由圓環固定，所述圓環與十字形支架的連接處設有4根支柱，4根支柱與儲液缸7底部連接，實芯探針8固定在所述中心通孔上。所述實芯探針8與收集板12的距離可為0. 5 3mm。所述儲液缸7可為圓柱形容器，所述設於儲液缸底部的噴嘴11的尺寸可為 200μπι，噴嘴11附有一層憎水性材料，且噴嘴的尺寸與實芯探針針尖伸出噴嘴的尺寸相同。步進電機1的轉速由步進驅動器接收到的脈衝信號來控制，通過連續施加脈衝信號來實現轉軸絲杆2的微量進給。所述滑塊3與轉軸絲杆2採用間隙配合，並在燕尾形導軌槽4中在轉軸絲杆2的作用下向下微量進給。所述推桿5 —端固定在滑塊3上，另一端作用於活塞6，推動活塞6向下微量進給， 使得儲液缸7的溶液經過儲液缸底部的噴嘴11向下運動，由於儲液缸底部的噴嘴11的尺寸約為200 μ m，且底部噴嘴11採用憎水性材料，實芯探針8採用親水性材料，因此溶液將會粘附在實芯探針8上。
權利要求1.一種連續供液的近場靜電紡絲裝置，其特徵在於設有步進電機、轉軸絲杆、滑塊、導軌、推桿、活塞、儲液缸、實芯探針、探針固定裝置、螺母、收集板和高壓電源；所述步進電機與轉軸絲杆經聯軸器連接，所述滑塊與轉軸絲杆間隙配合併在導軌上滑動，所述推桿一端固定在滑塊上，推桿另一端與活塞固接，探針固定裝置固定在儲液缸的底部，實芯探針一端與探針固定裝置相連，實芯探針另一端伸出設於儲液缸底部的噴嘴，探針固定裝置與儲液缸連接，收集板接地並與高壓電源負極電連接，高壓電源正極與螺母所在電極相連。
2.如權利要求1所述的一種連續供液的近場靜電紡絲裝置，其特徵在於所述探針固定裝置上端設有帶中心通孔的十字形支架，所述十字形支架由圓環固定，所述圓環與十字形支架的連接處設有4根支柱，4根支柱與儲液缸底部連接，實芯探針固定在所述中心通孔上。
3.如權利要求1所述的一種連續供液的近場靜電紡絲裝置，其特徵在於所述實芯探針與收集板的距離為0. 5 3mm。
4.如權利要求1所述的一種連續供液的近場靜電紡絲裝置，其特徵在於所述儲液缸為圓柱形容器。
5.如權利要求1所述的一種連續供液的近場靜電紡絲裝置，其特徵在於所述設於儲液缸底部的噴嘴的尺寸為200 μ m。
專利摘要一種連續供液的近場靜電紡絲裝置，涉及一種紡絲裝置。提供一種在實現單根納米纖維有序可控沉積的同時，可提高紡絲溶液供給的精確性和納米纖維直徑均勻性的連續供液的近場靜電紡絲裝置。設有步進電機、轉軸絲杆、滑塊、導軌、推桿、活塞、儲液缸、實芯探針、探針固定裝置、螺母、收集板和高壓電源。所述步進電機與轉軸絲杆經聯軸器連接，所述滑塊與轉軸絲杆間隙配合併在導軌上滑動，所述推桿一端固定在滑塊上，推桿另一端與活塞固接，探針固定裝置固定在儲液缸的底部，實芯探針一端與探針固定裝置相連，實芯探針另一端伸出設於儲液缸底部的噴嘴，探針固定裝置與儲液缸連接，收集板接地並與高壓電源負極電連接，高壓電源正極與螺母所在電極相連。
文檔編號D01D13/00GK202090111SQ20112016548
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者孫道恆, 左文佳, 杜江, 江毅文, 胡興旺, 鄭高峰, 陶巍 申請人:廈門大學