[发明专利]压电驱动式直写静电纺丝系统

说明书

本发明公开了一种压电驱动式直写静电纺丝系统，包括静电纺丝直写针组件、收集板和驱动装置，静电纺丝直写针组件位于收集板的上方，静电纺丝直写针组件和收集板之间的间距不大于5mm；驱动装置包括压电陶瓷促动器和驱动控制器，驱动控制器用以使压电陶瓷促动器产生位移并对位移量进行调节控制，压电陶瓷促动器用以带动静电纺丝直写针组件或收集板产生微动。将压电陶瓷促动器应用于静电纺丝近场直写装置，通过驱动控制器在特定方向上进行微米级甚至纳米级的微调进行直线/往复运动，可以实现制造波浪状/蜿蜒状类微纳结构；本专利的位移精度非常高，一般误差控制在几十纳米甚至几纳米。

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝设备技术领域，具体是涉及一种直写静电纺丝系统。

背景技术

微纳结构的研究已经成为各国科学探索的重点领域。微纳结构具有良好的电学、化学、磁学、光学、生物兼容等特性，已经在涉及机械、电子、材料、化学、物理、生物等多个领域显示出巨大的应用潜力和商业价值，并在具体研究方向取得了突破性的进展，特别是随着微纳集成器件、系统的迅速发展和工业化应用，对微纳结构的制备提出了快速、集成化、低成本、精确可控等更高要求。

“静电纺丝”一词来源于“electrospinning”或更早一些的“electrostaticspinning”，国内一般简称为“静电纺”、“电纺”等。1934年，Formalas发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利，其专利公布了聚合物溶液如何在电极间形成射流，这是首次详细描述利用高压静电来制备纤维装置的专利，被公认为是静电纺丝技术制备纤维的开端。静电纺丝是一种特殊的纳米纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形（即“泰勒锥”），并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出微米级甚至纳米级直径的聚合物纤维。通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。传统静电纺丝一般是在收集装置10mm以上的情况下进行，也即远场纺丝，难以制备有序可控的纤维，一定程度上限制了应用发展。有关学者通过研究发现，静电纺丝喷射过程中射流从喷嘴处飞出时，分为两个阶段：射流的初始直线运动阶段和不稳定螺旋运动阶段。基于此，静电纺丝近场直写技术通过缩短收集距离，一般是几十微米到几毫米，利用射流的初始直线运动阶段，在运动平台上近场直写出有序可控的纤维。

静电纺丝近场直写技术以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。静电纺丝技术已经制备了种类丰富的纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。纳米纤维在高温过滤、高效催化、生物组织工程、光电器件、航天器材等多个领域具有潜在的用途。在此技术的基础上，未来静电纺纳米纤维成分的多样化及结构的精细调控已经成为这项技术进一步发展的关键所在。