[发明专利]一种有序纳米纤维大面积批量制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种有序纳米纤维大面积批量制造装置。

背景技术

纳米纤维具有极高的比表面积和优异的光学、电学、力学性能，无论是在基础研究还是实际应用方面，纳米纤维都具有十分重要的研究价值。其中，静电纺丝技术制备的纳米纤维结构更为独特、性能更为优异，并且有望应用于电子器件、生物医药、环境工程、能源贮存、国防安全等领域，受到了学术界和工业界的广泛关注。随着纳米生物技术的不断发展，人们初步实现了聚合物纳米纤维在组织工程、药物控释系统、创伤敷料、过滤膜及生物传感器等方面的应用，特别是揭示出有序纳米纤维在提高相关性能的显著作用。然而，传统的“针尖-平板静态收集方式”所获得的纳米纤维大都杂乱无序，无法满足生物组织工程上的应用。因此，实现纳米纤维大面积批量有序化对纳米纤维工业化应用具有重要的研究意义。

近年来，国内外科研人员围绕纳米纤维取向排列分布开展了大量的科学研究，目前已取得了一些初步进展。文献Daoheng Sun,Chieh Chang,Sha Li,and Liwei Lin.Near-field electrospinning[J].Nano Lett.,2006,6(4):839-842.中报道了一种电纺直写图案化纳米纤维结构。虽然该方法能够获得单根纤维任意图形的直写沉积，但其效率很低，无法实现纳米纤维大规模的工业化生产。文献Theron A,Zussman E,Yarin AL.Electrostatic field-assisted alignment of electrospun nanofibres[J].Nanotechnology,2001,12:384-90.中A.Theron等以直径200mm厚度5mm的导电铝圆盘边沿加工的半顶角为26.6°的等边尖角作为纳米纤维收集器。施加电场后，顶角上的电场线密度比其它位置上的大得多，使得喷射的纳米纤维几乎全部被电场力牵引到至顶尖位置，且随着铝盘的不断旋转，纳米纤维沿着切向方向被拉伸，因而在顶角上可得到连续的平行排列的纳米纤维。但是该方法只能在较小面积上沉积有序纤维且薄盘制作比较复杂。文献Dan Li,Yuliang Wang,and Younan Xia.Electrospinning of Polymeric and Ceramic Nanofibers as Uniaxially Aligned Arrays[J].Nano Letters,2003,3(8):1167-1171.中使用两块接地平行电极，利用静电排斥作用使纳米纤维可以在两块平行电极之间被拉伸形成单轴取向排列。虽然这种方法可以实现有序纤维的较大面积沉积，但有序纳米纤维只分布在极板间隙，因而纤维长度也很有限，最长也仅达到几厘米。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种有序纳米纤维大面积批量制造装置，能够实现有序纤维的大面积沉积，同时可以获得较长的有序纤维。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种有序纳米纤维大面积批量制造装置，包括纳米纤维发生装置、纳米纤维收集筒及其控制器、可调支架和射流观测系统；

所述纳米纤维收集筒包括起支撑作用的绝缘外层、用于收集纳米纤维的导电中层和用于调整导电中层收集区域的绝缘内层；所述控制器调节绝缘内层和导电中层的相对位置来控制导电中层中的指定区域进行纳米纤维收集；

所述可调支架用于调整纳米纤维发生装置中喷嘴的位置，包括喷嘴高度、喷嘴方向以及喷嘴与收集筒的对准；通过调整喷嘴的位置以及导电中层的收集区域来改变纳米纤维在收集筒上的排列，并通过射流观测系统实时观察调整，从而实现规律排列的纳米纤维图案。

在一较佳实施例中：所述的收集筒的绝缘内层是依照其上的刻度控制导电中层收集区域的宽度。

在一较佳实施例中：所述绝缘内层由上下两个相对独立的部分组成，所述上下两个相对独立的部分之间具有一空隙用于暴露所述导电中层的指定区域。

在一较佳实施例中：所述控制器控制绝缘内层上下移动，从而暴露出所述导电中层中不同的区域。

在一较佳实施例中：所述控制器控制导电中层上下移动，从而暴露出所述导电中层中不同的区域。

在一较佳实施例中：所述绝缘外层的底部设有与所述导电中层配合的限位槽。

在一较佳实施例中：所述的纳米纤维收集筒位于喷嘴的正下方，喷射流初始运动方向垂直于环面。

在一较佳实施例中：所述喷嘴和收集筒的个数为多个，呈阵列排布。

在一较佳实施例中：所述的导电中层可以自由取出并便于打开，为纤维形貌及分布的后续观测提供依据。