一種借助雙層氣體加強聚焦功能的電紡直寫噴印裝置，涉及電紡直寫噴印裝置。設噴頭裝置、供氣裝置、溶液槽、供液裝置、高壓電源和收集板；噴頭裝置設外層氣體噴嘴、內層氣體噴嘴和液體噴嘴，3個噴嘴均設同軸中心通孔，液體噴嘴設于內層氣體噴嘴的中心通孔中，內層氣體噴嘴設于外層氣體噴嘴的中心通孔中，外層氣體噴嘴設進氣口，內層氣體噴嘴設進氣口，液體噴嘴設進液孔，內層氣體噴嘴的進氣口與供氣裝置相連，外層氣體噴嘴的進氣口與供氣裝置相連，溶液槽設于供液裝置上，溶液槽經供液管與液體噴嘴連通，高壓電源正極接液體噴嘴的進液孔，高壓電源負極接收集板，收集板位于噴頭裝置正下方。可加強約束射流、維持射流噴射穩定性，改善聚焦效果。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電紡直寫噴印裝置，尤其是涉及一種借助雙層氣體加強聚焦功能的電紡直寫噴印裝置。
技術介紹
基于電液耦合的電紡直寫是利用外電場作用于黏彈性溶液，在電場力的作用下黏彈性溶液變形獲得泰勒錐；當電場力繼續增強超過溶液表面張力時，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制備。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制備。直寫射流攜帶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，并開始獲得應用。融合氣體聚焦和電液耦合噴印已經成為帶電射流噴印的一種新方式，吸引了研究者的廣泛關注。如 B.Wang 等([I]Wang B., Yao Y., Peng J., Lin Y., Liu ff., Luo Y., XiangR., Li R., Wu D.Preparation of poly(ester imide)ultrafine fibers by gas - jet/electrospinning[J].Journal of Applied Polymer Science, 2009，114(2):883-891)與 ff.L.Liu 等([2] Liu ff.，Yao Y.，Lin Y.，Wang B.，Luo Y., Li N., Zhang Q.,Wu Y., NiuA.Electrospinning assisted by gas jet for preparing ultrafine poly(vinylalcohol)fibres[J].1ranian Polymer Journal, 2009, 18(1):89-96)所在課題組分別將鞘層聚焦氣體應用于溶液靜電紡絲制備了均勻的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等([3] Zhmayev E.，ChoD.,Joo Y.L.Nanofibers from gas-assisted polymer melt electrospinning[J].Polymer, 2010, 51 (18): 4140-4144。)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.Gandn-Calvo 等([4] Ganan-Calvo A.M., Lopez-HerreraJ.M., Riesco-Chueca P .The combination of electrospray and flow focusing[J].Journal of Fluid Mechanics, 2006, 566:421-445 ； [5] Ganan-Calvo A.M., FerreraC., Montanero J.M.Universal size and shape of viscous capillary jets!applicationto gas-focused microjets[J].Journal of Fluid Mechanics, 2011，670:427-438 ; [6]Li F., GaMn-Calvo A.M., Lopez-Herrera J.M.Absolute-convective instabilitytransition of low permittivity, low conductivity charged viscous liquid jetsunder axial electric fields [J].Physics of Fluids, 2011，23:094108)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于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對速度，提升射流運動的穩定性；同時鞘氣的引入，在電場力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干擾，為射流精確噴印控制提供了一種新的技術途徑。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、噴頭裝置至收集板距離等工藝參數的關系規律等都需要一款綜合性能適宜的噴頭裝置開展實驗研究，使一種借助氣體加強聚焦功能的電紡直寫噴印裝置的設計開發已經成為了一個研究熱點，如中國專利ZL200710009595.7、ZL201210037687.7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裝置均采用單聚焦氣流通道，不利于氣體對泰勒錐與射流噴射過程的調控作用，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，不易于噴頭裝置的簡化和集成操控。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供可加強約束射流、維持射流噴射穩定性，改善聚焦效果的一種借助雙層氣體加強聚焦功能的電紡直寫噴印裝置。本專利技術設有噴頭裝置、供氣裝置、溶液槽、供液裝置、高壓電源和收集板；所述噴頭裝置設有外層氣體噴嘴、內層氣體噴嘴和液體噴嘴；外層氣體噴嘴、內層氣體噴嘴和液體噴嘴設有同軸中心通孔，液體噴嘴設于內層氣體噴嘴的中心通孔中，內層氣體噴嘴設于外層氣體噴嘴的中心通孔中，夕卜層氣體噴嘴設有進氣口，內層氣體噴嘴設有進氣口，液體噴嘴設有進液孔，內層氣體噴嘴的進氣口與供氣裝置相連，外層氣體噴嘴的進氣口與供氣裝置相連，溶液槽設于供液裝置上，溶液槽通過供液管與液體噴嘴連通，高壓電源正極接液體噴嘴的進液孔，高壓電源負極接收集板并接地，收集板位于噴頭裝置正下方。所述供液裝置可采用現有技術的注射泵，如美國產品，型號為Harvard-1lPicoPlus。所述外層氣體噴嘴的進氣口最好為徑向進氣口，所述內層氣體噴嘴的進氣口最好為徑向進氣口，所述液體噴嘴的進液孔最好為徑向進液孔。所述供氣裝置最好采用2臺空壓機，2臺空壓機出氣口均設有調壓閥，2臺空壓機出氣口分別與內層氣體噴嘴的進氣口和外層氣體噴嘴的進氣口連通。與現有技術比較，本專利技術的工作原理及有益效果如下:本專利技術使用時，通過調節供液裝置的給進速度，可以控制液體噴嘴溶液的供給速度；通過高壓電源控制施加給液體噴嘴的電壓；通過調壓閥可調節供氣裝置施加給外層氣體噴嘴和內層氣體噴嘴的氣壓。本專利技術可通過調控內、外層氣體噴嘴的進氣壓力，使內層環繞氣體均勻地噴射到環境空氣中，通過外層氣體噴射到環境空氣可加強聚焦功能，顯著提升液體射流運動的穩定性。達到利用穩定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的目的。內層氣體可在紡絲射流周圍形成穩定的層流結構，外層氣體可加強聚焦約束作用，減低了射流與周圍介質的相對速度，抑制射流不穩定運動的產生，可顯著提高射流噴射的穩定性和電紡直寫微納結構沉積的定位精度的。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干擾提高了射流噴射的穩定性；而且本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種借助雙層氣體加強聚焦功能的電紡直寫噴印裝置，其特征在于設有噴頭裝置、供氣裝置、溶液槽、供液裝置、高壓電源和收集板；噴頭裝置設有外層氣體噴嘴、內層氣體噴嘴和液體噴嘴；外層氣體噴嘴、內層氣體噴嘴和液體噴嘴設有同軸中心通孔，液體噴嘴設于內層氣體噴嘴的中心通孔中，內層氣體噴嘴設于外層氣體噴嘴的中心通孔中，外層氣體噴嘴設有進氣口，內層氣體噴嘴設有進氣口，液體噴嘴設有進液孔，內層氣體噴嘴的進氣口與供氣裝置相連，外層氣體噴嘴的進氣口與供氣裝置相連，溶液槽設于供液裝置上，溶液槽通過供液管與液體噴嘴連通，高壓電源正極接液體噴嘴的進液孔，高壓電源負極接收集板并接地，收集板位于噴頭裝置正下方。
【技術特征摘要】
1.一種借助雙層氣體加強聚焦功能的電紡直寫噴印裝置，其特征在于設有噴頭裝置、供氣裝置、溶液槽、供液裝置、高壓電源和收集板； 噴頭裝置設有外層氣體噴嘴、內層氣體噴嘴和液體噴嘴；外層氣體噴嘴、內層氣體噴嘴和液體噴嘴設有同軸中心通孔，液體噴嘴設于內層氣體噴嘴的中心通孔中，內層氣體噴嘴設于外層氣體噴嘴的中心通孔中，外層氣體噴嘴設有進氣口，內層氣體噴嘴設有進氣口，液體噴嘴設有進液孔，內層氣體噴嘴的進氣口與供氣裝置相連，外層氣體噴嘴的進氣口與供氣裝置相連，溶液槽設于供液裝置上，溶液槽通過供液管與液體...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫道恒，何廣奇，鄭高峰，林奕宏，衛瑾，劉海燕，鄭建毅，黃偉偉，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：
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