[发明专利]纳米纤维沉积装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，特别是涉及一种具有多射流纺丝、多重气流辅助沉积海绵状静电纺丝纳米纤维沉积装置。

背景技术

纳米技术凭其优越的特性广泛的应用到组织工程、微电子技术、生物传感器、新型复合材料和自清洁表面等领域。静电纺丝是一种生产纳米纤维的简单方便有效的主要技术，主要原理是带有微细通道的喷嘴在定量供液泵的定量供液条件下在喷嘴出产生纺丝溶液悬滴，在高压电场下产生流变并形成一定角度的锥形，业界称为泰勒锥，锥形尖端出会喷射产生射流，射流在电场中运动和鞭动直至沉积到特定介质上。静电纺丝制造的纳米纤维相比传统的纤维具有高的比表面积的优点，纳米纤维在介质上的连续沉积可以形成一定厚度的膜，并且静电纺丝纤维膜具有比表面积大、孔隙率高、通透性高等特性，利用这种特性应用到化学催化领域、处理水的重金属污染、生物伤口用药等领域，均可以大大介质之间的接触面积从而提高工作的效率，并且连续的静电纺丝中，纳米纤维的沉积具有随机性，这样形成就是一种无序状态的无纺布纳米纤维膜，其优点是这种无序排列可以形成很多小于纤维直径的微空隙，利用这些微空隙进行液体的过滤处理，能杂质的阻隔并大幅度提高液体的纯度，但也正是这种无序的特点降低了纳米纤维膜的强度等特性从而限制了在很多领域的应用。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种通过多射流纺丝提高效率和产量，通过多重辅助气流进行海绵状的三维柱状纳米纤维引导沉积，改善纳米纤维在吸附、过滤和化学催化等领域的作用和耐用性的纳米纤维沉积装置。

本发明设有供液装置、盖板、喷嘴板、热气环、热风机、风刀阵列、第一气泵、收集装置、第二气泵、球关节轴承、转盘、联轴器、直流电机和高压电源；

所述收集装置设有进气板、微孔板、透气网和针尖地极；

所述盖板、热气环、风刀阵列、进气板、微孔板、透气网和转盘均由绝缘材料制成，喷嘴板和针尖地极采用金属材料制造。

所述盖板与喷嘴板连接构成喷头装置，供液装置通过导管与盖板上的溶液输入通道连接，实现溶液供给；喷嘴板上设有分液结构和喷嘴阵列，输入的溶液通过喷嘴板分液并输出至喷嘴阵列的各个喷嘴；高压电源正极与喷嘴板连接实现高压电源的供给；热气环安装于喷嘴板下方，热风机通过导管和减压阀与热气环上的进气口连接，热气环上设有微孔阵列，微孔阵列与喷嘴阵列对齐安装，通过微孔阵列可以形成环绕射流的热气；风刀阵列倾斜安装于热气环下方，风刀阵列分别通过导管和减压阀与第一气泵连接，风刀阵列为环绕收集装置的环形阵列，通过风刀阵列的作用能形成环绕收集装置的周密的引导气流；进气板与微孔板固定连接，并与垂直方向倾斜，进气板与微孔板之间形成气流夹层，第二气泵通过减压阀和导管与进气板上的进气通道连接，其产生的气流通过气流夹层进行缓冲，并通过遍布微孔板侧面的矩形微孔阵列形成表面气层；针尖地极与微孔板底部连接并且可靠接地，针尖地极的阵列方式和数量与喷嘴阵列一致，通过针尖地极可以有效聚焦纺丝电场，并且能及时导走纳米纤维上的残余电荷，避免纳米纤维的相互排斥降低了纳米纤维三维沉积的紧凑型和致密度；进气板和微孔板中间掏空并与透气网连接，透气网的主要作用是及时排走残余气流；球关节轴承固定安装于转盘边缘，转盘上的凸出轴通过联轴器与直流电机连接，直流电机驱动转盘旋转，带动球关节轴承沿着导轨运动，使收集装置产生周期性的上下振动，通过振动使纳米纤维沉积更紧凑和致密。

所述喷嘴阵列可采用环形喷嘴阵列，环形喷嘴阵列的数量可为6～20个，相邻喷嘴之间的直线间距可为8～20mm。

所述进气板底部可设有弧形截面的圆形轨道，圆形轨道表面与球关节轴承接触形成直线副。

进气板和微孔板侧面倾斜，与垂直方向所成角度可为10～30°。

所述风刀阵列可采用环形风刀阵列，风刀阵列围绕收集装置倾斜安装，风刀阵列的出风口与微孔板侧面平行，风刀阵列的数量可为4～12个。

所述喷嘴板的喷嘴阵列、热气环的微孔阵列和针尖地极的阵列的阵列方式一致且对齐安装，其阵列数量相等。

热气环的微孔阵列的孔径可为1～5mm，所形成的热气流温度应控制于10～30℃。

微孔板上的微孔孔径可为0.05～0.5mm，相邻微孔的间距可为0.5～1mm。

转盘上的凸出轴通过联轴器与直流电机连接，直流电机驱动转盘旋转，带动球关节轴承沿着导轨运动，使收集装置产生周期性的上下振动，振动的振幅应限制于5～10mm，通过振动使纳米纤维沉积更紧凑和致密。