[发明专利]一种借助双层气体加强聚焦功能的电纺直写喷印装置

说明书

技术领域

本发明涉及电纺直写喷印装置，尤其是涉及一种借助双层气体加强聚焦功能的电纺直写喷印装置。

背景技术

基于电液耦合的电纺直写是利用外电场作用于黏弹性溶液，在电场力的作用下黏弹性溶液变形获得泰勒锥；当电场力继续增强超过溶液表面张力时，便有射流从泰勒锥尖射出；利用稳定直线射流进行微纳结构的有序喷印制备。电纺直写克服了传统电液耦合电液耦合喷印过程射流螺旋、弯曲不稳定运动，利用稳定直线射流进行有序微纳结构的直写制备。直写射流携带电荷从泰勒锥尖射出，受电荷排斥力、不均匀电场力作用将产生鞭动不稳定，从而影响了直写微纳结构的定位精度。

鞘层气体聚焦是射流喷印控制研究新的发展趋势，并开始获得应用。融合气体聚焦和电液耦合喷印已经成为带电射流喷印的一种新方式，吸引了研究者的广泛关注。如B.Wang等（[1]Wang B.,Yao Y.,Peng J.,Lin Y.,Liu W.,Luo Y.,Xiang R.,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）与W.L.Liu等（[2]Liu W.,Yao Y.,Lin Y.,Wang B.,Luo Y.,Li N.,Zhang Q.,Wu Y.,Niu A.Electrospinning assisted by gas jet for preparing ultrafine poly(vinyl alcohol)fibres[J].Iranian Polymer Journal,2009,18(1):89-96）所在课题组分别将鞘层聚焦气体应用于溶液静电纺丝制备了均匀的PVA、PEI纤细纳米纤维；鞘层聚焦气体应在熔体静电纺丝中的作用更为明显，E.Zhmayev等（[3]Zhmayev E.,Cho D.,Joo Y.L.Nanofibers from gas-assisted polymer melt electrospinning[J].Polymer,2010,51(18):4140-4144。）研究发现聚焦气体可使熔体静电纺丝纳米纤维直径减小20倍；A.M.等（[4]A.M.,Lopez-Herrera J.M.,Riesco-Chueca P.The combination of electrospray and flow focusing[J].Journal of Fluid Mechanics,2006,566:421-445；[5]A.M.,Ferrera C.,Montanero J.M.Universal size and shape of viscous capillary jets:application to gas-focused microjets[J].Journal of Fluid Mechanics,2011,670:427-438；[6]Li F.,A.M.,López-Herrera J.M.Absolute-convective instability transition of low permittivity,low conductivity charged viscous liquid jets under axial electric fields[J].Physics of Fluids,2011,23:094108）通过实验和理论研究证实了鞘层聚焦气体对电液耦合电喷雾具有减小微纳液滴直径、提高均匀性和喷印效率的作用。

电纺直写技术引入气体聚焦，主要利用近场条件下处于层流状态的环绕气体减小喷印过程纺丝射流与空间介质的相对速度，提升射流运动的稳定性；同时鞘气的引入，在电场力的基础上叠加了气体流场的拉伸力，降低了维持射流喷射所需要的施加电压幅值，减少了射流不稳定因素的干扰，为射流精确喷印控制提供了一种新的技术途径。