[发明专利]用于静电纺丝直写的预处理PET绝缘基底装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝，尤其是涉及一种用于静电纺丝直写的加负高压预处理PET绝缘基底装置及其方法。

背景技术

静电纺丝是一种直接、连续制备聚合物纤维的方法。静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低、可用的纺丝材料多、工艺可控等优点，成为了制备纳米纤维材料的主要方法之一。

电液动力耦合(Electrohydrodynamic，EHD)直写是在外部施加电场作用在聚合物溶液上。在电场力的作用下，聚合物溶液表面形成泰勒锥。电场力大于溶液的表面张力时，射流就出泰勒锥射出。Sun Daoheng等(Sun Daoheng，Chang Chieh，Li Sha，et al.Near-field Electrospinning.Nano Lett.2006，6(4)：839-842)提出了利用纺丝射流的稳定阶段可以得到方向可控的连续纳米纤维。基于此种方法，可以运用到柔性电子器件制造，并得到微纳米图案沉积。

然而，从目前的研究进展看，该方法的收集装置大部分是导电材料，而在绝缘材料上的研究比较少。主要是纤维上的电荷会在非导电材料上积累，难以得到和在导电材料上一致的图案沉积。

发明内容

本发明的目的是克服聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyeth-ylene terephthalate，PET）绝缘基底上由于电荷不能及时排走而引起的纺丝不能沉积的情况，提供可在PET绝缘基底上得到较好纤维沉积的一种用于静电纺丝直写的加负高压预处理PET绝缘基底装置及其方法。

所述用于静电纺丝直写的加负高压预处理PET绝缘基底装置设有直流高压电源、绝缘块、金属探针、PET绝缘基底、XY移动平台、金属喷头、注射器和注射泵；

所述直流高压电源用于产生高压，直流高压电源的正极与金属喷头相连接，直流高压电源的负极与金属探针相连接；绝缘块用于安装并固定金属探针，绝缘块将金属探针的负压与金属喷头的正压隔开，防止负压对射流的影响；金属探针装在绝缘块上，让PET绝缘基底负高压处理的效果更好；PET绝缘基底固定在XY移动平台上，PET绝缘基底可随XY移动平台运动，所述XY移动平台接地；注射器内装有聚氧化乙烯水溶液并安装在注射泵上。

所述直流高压电源的正极输出电压可大于2kV；所述直流高压电源的负极输出电压可小于10kV；所述直流高压电源的正极输出的电压小于负极输出的电压。

所述金属喷头距离PET绝缘基底的距离可小于3mm。

所述金属探针可设有4根，4根金属探针按正方形阵列装在绝缘块上；4根金属探针距离PET绝缘基底的距离小于金属喷头距离PET绝缘基底的距离。

所述绝缘块的截面可为L形。

所述绝缘块底端到PET绝缘基底的距离可不小于金属探针到PET绝缘基底的距离。

所述与直流高压电源的负极可先于正极打开。

所述聚氧化乙烯水溶液的分子量可为30万。

所述接负高压的金属探针的针尖对着PET绝缘基底表面，PET绝缘基底表面会在针尖区形成负电荷区的感应电荷；所述XY移动平台快速把已负高压处理的PET绝缘基底表面区域移动到金属喷头下，在电场力作用下带正电荷的射流就和PET绝缘基底上带负电荷中和。

所述用于静电纺丝直写的加负高压预处理PET绝缘基底的方法，采用所述用于静电纺丝直写的加负高压预处理PET绝缘基底装置，所述方法包括以下步骤：

1）将静电纺丝直写的溶液聚氧化乙烯溶液注入到安装在注射泵上的注射器内；

2）将PET绝缘基底固定在XY移动平台上；

3）将金属探针正方形阵列安装在绝缘块上；

4）通过XY移动平台将PET绝缘基底移动到金属探针针尖区域；

5）打开连接金属探针的直流高压电源的负极到-3～-10kV，对PET绝缘基底预处理；

6）打开连接金属喷头的直流高压电源的正极到2～5kV，使金属喷头有射流喷出；

7）移动XY移动平台，使已经过金属探针负高压处理后的PET绝缘基底区域快速移动到金属喷头下；

8）通过金属喷头喷出的射流带正电，而先通过负高压预处理过的PET绝缘基底带负电，即可在PET绝缘基底进行静电纺丝直写。

在步骤1）中，所述聚氧化乙烯溶液的分子量可为20万～50万。

在步骤2）中，所述将PET绝缘基底固定在XY移动平台上，可在距所述注射器的金属喷头下方0.5～3mm位置处将PET绝缘基底固定在XY移动平台上。

在步骤3）中，所述金属探针的针尖距PET绝缘基底的距离可为0.3～2.8mm。