一種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置的製作方法

2023-09-12 14:54:15 2

專利名稱：一種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電紡直寫噴印裝置，尤其是涉及ー種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置。
背景技術：
基於電液耦合的電紡直寫是利用外電場作用於黏彈性溶液，在電場カ的作用下黏弾性溶液變形獲得泰勒錐；當電場カ繼續增強超過溶液表面張カ時，便有射流從泰勒錐尖射出；利用穩定直線射流進行微納結構的有序噴印製備。電紡直寫克服了傳統電液耦合電液耦合噴印過程射流螺旋、彎曲不穩定運動，利用穩定直線射流進行有序微納結構的直寫製備。直寫射流攜帯電荷從泰勒錐尖射出，受電荷排斥力、不均勻電場力作用將產生鞭動不穩定，從而影響了直寫微納結構的定位精度。鞘層氣體聚焦是射流噴印控制研究新的發展趨勢，並開始獲得應用。融合氣體聚焦和電液耦合噴印已經成為帶電射流噴印的ー種新方式，吸引了研究者的廣泛關注。如B. Wang (Wang, Yao et al. 2009)與 W. L. Liu (Liu, Yao et al. 2009)所在課題組分別將鞘層聚焦氣體應用於溶液靜電紡絲製備了均勻的PVA、PEI纖細納米纖維；鞘層聚焦氣體應在熔體靜電紡絲中的作用更為明顯，E. Zhmayev (Zhmayev, Cho et al. 2010)等研究發現聚焦氣體可使熔體靜電紡絲納米纖維直徑減小20倍；A. M. Ganan-Calvo ( Ganan-Calvo,LopezHerrera et al. 2006; Ganan-Calvo, Ferrera et al. 2011; Li, Gandin-Calvo etal. 2011)等通過實驗和理論研究證實了鞘層聚焦氣體對電液耦合電噴霧具有減小微納液滴直徑、提高均勻性和噴印效率的作用。電紡直寫技術引入氣體聚焦，主要利用近場條件下處於層流狀態的環繞氣體減小噴印過程紡絲射流與空間介質的相対速度，提升射流運動的穩定性；同時鞘氣的引入，在電場カ的基礎上疊加了氣體流場的拉伸力，降低了維持射流噴射所需要的施加電壓幅值，減少了射流不穩定因素的幹擾，為射流精確噴印控制提供了ー種新的技術途徑。而開展射流調控機制、微納結構噴印定位驗證性實驗研究，探索射流擺動幅值、噴印微納結構尺寸、定位精度、克服直寫螺旋結構所需要的臨界速度與氣體流速、施加電壓、噴頭至收集板距離等エ藝參數的關係規律等都需要ー款綜合性能適宜的噴頭開展實驗研究，使鞘層氣體聚焦電紡直寫噴頭的設計開發已經成為了ー個研究熱點，如中國專利200710009595. 7,201210037687. 7中提出了不同的氣體聚焦電紡噴印結構，但這些專利中所述噴頭各個部件仍是獨立分散，使用過程中需要對各個部件進行頻繁的拆裝、調整，氣液出口面相對位置固定、溶液通道為毛細管，內徑不可調、不能調節溶液通道與小孔的同軸度，不易於噴頭的簡化和集成操控。

發明內容
本發明的目的是提供可使鞘層環繞氣體均勻地噴射到環境空氣中，提升射流運動的穩定性的ー種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置。
本發明設有支撐架、環形活塊、進氣箱體、進液噴頭座、接線柱及噴嘴；支撐架、環形活塊、進氣箱體和進液噴頭座均設有中心通孔，且同軸設置；環形活塊設於支撐架的中心通孔中，進氣箱體固於支撐架上端面，進液噴頭座固於進氣箱體上端面，進液噴頭座下部伸入進氣箱體和環形活塊的中心通孔中，接線柱設於進液噴頭座上，調節螺釘徑向設於支撐架下部，井面對環形活塊外壁；支撐架設有至少2個用於與外部安裝的軸向連接通孔，進氣箱體設有徑向進氣ロ，進液噴頭座設有徑向進液孔，進液噴頭座的下端設有軸向供液接ロ，噴嘴與所述供液接ロ固連。所述支撐架最好環形均布3個調節螺釘。所述供液接ロ最好設有1° 2°的錐度。所述噴嘴與供液接ロ固連，最好是噴嘴與供液接ロ螺接。本發明使用吋，將接線柱與電源連接，進液孔連接外部供液裝置，供液接口外接噴嘴，進氣孔連接外部供氣裝置，將外部的收集板與電源負極並接地。並將收集板放置於噴嘴的正下方。所述進液孔連接的供液裝置的溶液槽裝有電紡絲溶液，可調節供液裝置的給進速度，所述進氣孔連接的供氣裝置用於調節進氣壓力。本發明可實現鞘層氣體聚焦電紡直寫噴頭的集成固定、可方便更換不同內徑的噴嘴，可通過調節螺釘對噴嘴同軸度進行調節控制，從而使鞘層環繞氣體均勻的噴射到環境空氣中，提升射流運動的穩定性。本發明利用穩定鞘層氣流約束電紡直寫射流的不穩定運動，利用鞘層氣體的約束作用提高射流穩定性，在紡絲射流周圍形成穩定的層流結構，減低了射流與周圍介質的相対速度，抑制射流不穩定運動的產生。同時，鞘層氣流對紡絲射流具有拉伸作用，降低了電紡直寫所需要的啟動電壓和噴射維持電壓，減少了高電壓、大電荷密度所引發的幹擾提高了射流噴射的穩定性；而且稍層氣流的拉伸加速了射流的細化提高了噴射效率。


圖1為本發明實施例的結構示意圖。圖2為本發明實施例的進液噴頭座結構示意圖。圖3為本發明實施例的進氣箱體結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1 3，本發明實施例包括支撐架1、環形活塊2、進氣箱體5、進液噴頭座6、接線柱8和噴嘴(圖1 3中未畫出)。支撐架1、環形活塊2、進氣箱體5、進液噴頭座6均設有中心通孔，並同軸設置。環形活塊2設於支撐架I的中心通孔中，進氣箱體5通過緊固螺絲4固於支撐架I上端面，進液噴頭座6固於進氣箱體5上端面，進液噴頭座6下部伸入進氣箱體5和環形活塊2的中心通孔中，接線柱8設於進液噴頭座6上，調節螺釘3徑向設於支撐架I下部，井面對環形活塊2外壁。支撐架I設有至少2個用於與外部安裝的軸向連接通孔10，進液噴頭座6設有徑向進液孔11，進氣箱體5設有徑向進氣ロ 14，進液噴頭座6的中心通孔下部為軸向供液接ロ 12。噴嘴與供液接ロ 12螺接。所述的支撐架I環形均勻布置3個調節螺釘3，旋動調節螺釘3可以調節噴頭及氣孔同軸度，儘可能的使實驗時氣孔與噴嘴針孔同軸，從而得到更均勻的氣體流場以保持射流的穩定性和噴印定位的準確性。
所述供液接口 12設有1° 2°的錐度。標號7為密封平墊；標號9為密封圈；標號13為密封圈槽。本發明實施例工作原理如下本發明使用時，將接線柱與電源連接，進液孔連接外部供液裝置(在圖中未畫出)，供液接口外接噴嘴(在圖中未畫出)，進氣孔連接外部供氣裝置(在圖中未畫出)，將外部的收集板(在圖中未畫出)與電源(在圖中未畫出)負極並接地。並將收集板放置於噴嘴的正下方。所述進液孔連接的供液裝置的溶液槽裝有電紡絲溶液，可調節供液裝置的給進速度，所述進氣孔連接的供氣裝置用於調節進氣壓力。支撐架I與進氣箱5體通過連接螺釘4螺紋連接從而固定環形活塊2 ;進氣箱體5與環形活塊2構成了雙層階梯緩衝氣流流域可使氣流通過緩衝區後得到穩定，並從氣孔以層流的方式噴射到環境空氣中。調節螺釘3通過螺紋固定在支撐架I上，通過旋轉調節螺釘3控制環形活塊2輕微移動，可以控制噴頭及氣孔的同軸度；進液噴頭座6與進氣箱5體通過連接螺釘4固定，密封圈槽13內置密封圈9起到密封作用，進氣箱體5與環形活塊2也由密封圈9密封；通孔10用於固定整個噴雄頭裝置。接線柱8與進液噴頭座6螺紋連接固定，作為引出電極；進液孔11連接外部供液裝置，通過供液裝置來調節實驗時供液速度，供液接口 12外接噴嘴；進氣孔14連接外部供氣裝置，通過供氣裝置來調節實驗時氣體壓力。本發明通過旋動調節螺釘3來調整噴頭及氣孔的同軸度，進液孔11外部連接的供液裝置調節電紡時供液速度，進氣孔14連接的供氣裝置，實驗時調節可的供氣氣體壓力；接線柱8連接的高壓電源，可調節電紡時的電壓。本發明裝置設有雙層階梯緩衝結構，可以對氣流起到緩衝作用使氣流獲得穩定以層流的方式；由雙層階梯噴射出的處於層流狀態的鞘層氣體與紡絲射流保持有較好的對中性。 所述的支撐架I環形均勻布置3個調節螺釘3，旋動調節螺釘可以調節噴頭及氣孔同軸度，儘可能的使實驗時氣孔與噴嘴針孔同軸，從而得到更均勻的氣體流場以保持射流的穩定性和噴印定位的準確性。
權利要求
1.一種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置，其特徵在於設有支撐架、環形活塊、進氣箱體、進液噴頭座、接線柱及噴嘴； 支撐架、環形活塊、進氣箱體和進液噴頭座均設有中心通孔，且同軸設置；環形活塊設於支撐架的中心通孔中，進氣箱體固於支撐架上端面，進液噴頭座固於進氣箱體上端面，進液噴頭座下部伸入進氣箱體和環形活塊的中心通孔中，接線柱設於進液噴頭座上，調節螺釘徑向設於支撐架下部，並面對環形活塊外壁；支撐架設有至少2個用於與外部安裝的軸向連接通孔，進氣箱體設有徑向進氣口，進液噴頭座設有徑向進液孔，進液噴頭座的下端設有軸向供液接口，噴嘴與所述供液接口固連。
2.如權利要求1所述的一種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置，其特徵在於所述支撐架環形均布3個調節螺釘。
3.如權利要求1所述的一種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置，其特徵在於所述供液接口設有1° 2°的錐度。
4.如權利要求1所述的一種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置，其特徵在於所述噴嘴與供液接口固連，是噴嘴與供液接口螺接。
全文摘要
一種集成穩定鞘層氣體約束聚焦功能的電紡直寫噴頭裝置，涉及一種電紡直寫噴印裝置。設支撐架、環形活塊、進氣箱體、進液噴頭座、接線柱及噴嘴；支撐架、環形活塊、進氣箱體和進液噴頭座均設有中心通孔且同軸設置；環形活塊設於支撐架中心通孔中，進氣箱體固於支撐架上端面，進液噴頭座固於進氣箱體上端面，進液噴頭座下部伸入進氣箱體和環形活塊的中心通孔中，接線柱設於進液噴頭座上，調節螺釘設於支撐架下部並面對環形活塊外壁；支撐架設至少2個用於與外部安裝的軸向連接通孔，進氣箱體設徑向進氣口，進液噴頭座設徑向進液孔，進液噴頭座下端設軸向供液接口，噴嘴與供液接口固連。可使鞘層環繞氣體均勻噴射到環境空氣中，提升射流運動穩定性。
文檔編號D01D4/02GK103014885SQ201310020810
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者孫道恆, 何廣奇, 鄭高峰, 鄭建毅, 王翔, 林奕宏, 邱小椿 申請人:廈門大學