[发明专利]电液动力可控喷印亚微米纤维装置

说明书

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及以高分子聚合物为材料喷射亚微米纤维的装置。

背景技术

近年来，设计和制备纳米尺度的材料引起了科学界的广泛关注，随着聚合物微纳米纤维其良好的力学、光学以及电气性能被人们所认知，使得聚合物微纳米纤维在微机电学、生物学方面的有着广阔的应用前景，如应用于薄膜晶体管、电池、生物传感器、人造皮肤等。

目前采用的电液动力喷射亚微米纤维技术，在微小的喷印头顶端的高分子聚合物溶液受重力、表面张力、毛细管力等力的作用，利用直流高压静电场使喷印头顶端的聚合物带电形成Taylor锥，当喷印头顶端表面电荷在高压电场中的电场力与上述各种力作用在一起，从喷印头能够产生连续射流现象，并且当设定了一个大小稳定的电场时，能够连续稳定地沉积在收集板上，得到线宽大约为几微米的微纳米线，在沉积过程中移动收集板，能够得到一系列二维微纳米图案。

传统静电纺丝技术存在喷印头与收集板之间距离过大，在沉积过程中受环境影响过大，难以控制喷印的聚合物纤维从而使其有序的沉积，在一些运用领域中，如传感器，这些微纳纤维的精确图案化是影响该种传感器性能的很主要的一个方面，这就需要更为有效的方法来控制聚合物纤维的精确沉积。

鉴于上述技术问题，Jang-Ung Park等人(Jang-Ung Park,Matt Hardy,Seong Jun Kang,Kira Barton,Kurt Adair,Deep kishore Mukhopadhyay,Chang Young Lee,Michael S.Strano,Andrew G.Alleyne,John G.Georgiadis,Placid M.Ferreira&John A.Rogers.High-resolution electrohydrodynamic jet printing.Nature Materials 2007,6,782-789)运用电液动力喷印装置喷射聚合物溶液，成功打印出复杂高分辨率亚微米级图案，并且实现了可控喷印。区别于以往设备，Park等人所用喷印头为镀金喷印头，并且喷印头顶端内径只有几个微米，这就导致了制备喷印头方面的工艺非常复杂且容易堵塞，这也就使得喷印头对工作环境的要求也非常高。

因此，需要设计一种可精确控制亚微米纤维沉积的电液动力装置。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种可精确控制亚微米纤维沉积的电液动力装置。

为解决上述问题，本发明揭示了一种电液动力可控喷印亚微米纤维装置，包括光学隔振平台、操作手控制器和载物台控制器，还包括设置于所述光学隔振平台的直流高压电源、注射泵、输流管、三维操作手、摄像机、X-Y载物平台、接收板、喷射头、计算机，所述操作手控制器、载物台控制器、摄像机、注射泵、直流高压电源与所述计算机相连接，所述直流高压电源与所述喷射头、接收板相连，所述注射泵通过所述输流管与所述喷射头相连，所述输流管通过固定装置固定于所述三维操作手，所述接收板放置于所述X-Y载物平台，所述喷射头与所述接收板之间设有间距。

优选地，所述装置还包括显微镜，所述显微镜与所述计算机相连接。

优选地，所述直流高压电源的正极与所述喷射头相连，所述直流高压电源的负极与所述接收板相连。

优选地，所述喷射头与所述接收板之间的距离为0.5mm-2mm。

优选地，所述喷射头顶端孔内径为60μm、110μm、160μm。

优选地，所述喷射头为不锈钢喷射头。

优选地，所述输流管中灌输有聚合物溶液，所述聚合物溶液质量浓度为3%-12%。

优选地，所述直流高压电源的输出范围为1000-2500V。

优选地，所述注射泵的注射速率为50μl/h-60μl/h。

优选地，所述X-Y载物平台的移动范围为12cm*7cm，所述X-Y载物平台的移动速度为1mm/s-2cm/s。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所揭示的电液动力可控喷印亚微米纤维装置，可对聚合物纤维实现可控自动化操作，操作者能够使喷射头在预想轨迹中进行行走，并且在喷射过程中以及平台移动过程中维持稳定喷射，能够精确定位喷射头与接收板之间的距离，待达到预期目标后能够顺利停止作业，喷涂任意设计的图案，达到一体化可控操作的目的，实现聚合物纤维的有序排列与图案化。

附图说明

图1是本发明优选实施例中电液动力可控喷印亚微米纤维装置的结构示意图；

图2是实施例一中所得到的聚合物纤维沉积图；