[发明专利]一种基于近场电纺直写的多层微结构纤维的制备装置

说明书

本发明涉及电纺微纳制造领域，具体涉及一种基于近场电纺直写的多层微结构纤维的制备装置，包括注射泵、注射针管、电纺针头、高压电源、收集板、位移控制平台、聚焦照射光源、鞘气装置和聚焦加热光源，注射泵输送注射针管内的溶液至电纺针头，收集板位于电纺针头的下方，位移控制平台驱动收集板进行移动，收集板包括阵列分布的光敏收集单元和绝缘介质，绝缘介质填充在相邻光敏收集单元之间，聚焦照射光源聚焦于电纺针头下方的光敏收集单元，高压电源用于为电纺针头和光敏收集单元之间提供电场，本发明通过阵列分布的光敏收集单元实现了点对点喷印接收，提高了喷印精度，使得复杂微纳结构例如单点堆叠结构、悬空结构快速喷印成为了可能。

技术领域

本发明涉及电纺微纳制造领域，具体涉及一种基于近场电纺直写的多层微结构纤维的制备装置。

背景技术

近年来，提高电子传感器微结构集成度，缩小传感器体积，是微纳电子传感器发展的主流，在微纳传感器制备工艺中，传统工艺基于曝光、刻蚀的减成制造工艺技术，面临着材料兼容性差、成本高、环境污染严重等问题，无法满足微纳电子传感器低成本、绿色制造的需求。通过喷印的增材制造方式进行微纳电子传感器微结构制备，具有材料兼容性好、工艺简单、成本低、绿色环保等优点，具有广阔的应用前景。当前，科研人员开发了多种微纳电子喷印制备工艺，例如在柔性基底上完成恒薄膜场效应管的集成化喷印，用以保持良好的电学性能，但功能器件线宽和尺寸仍有待进一步减小以提高检测信息密度；科研人员结合纳米颗粒墨水和有机柔性基材完成了多层透明电子线路的喷墨打印，验证了多层电子皮肤喷印制造的可行性，但无法完成多层电路间的结构匹配。因此在微纳电子传感元件制备领域亟待一种新型的喷印技术，解决喷印制备精度差、立体成型困难的问题，实现多层复合、高传感密度微纳电子传感器的立体成型。

发明内容

为此，需要提供一种基于近场电纺直写的多层微结构纤维的制备装置，解决传统微纳喷印制备技术精度差、无法立体成型的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于近场电纺直写的多层微结构纤维的制备装置，其特征在于：包括注射泵、注射针管、电纺针头、高压电源、收集板、位移控制平台、聚焦照射光源、鞘气装置和聚焦加热光源，所述注射针管设置在注射泵上，所述注射针管通过导管与电纺针头相连接，所述注射泵输送注射针管内的溶液至电纺针头，所述收集板位于电纺针头的下方，所述位移控制平台驱动收集板进行移动，所述收集板包括阵列分布的光敏收集单元和绝缘介质，所述绝缘介质填充在相邻光敏收集单元之间，所述聚焦照射光源聚焦照射于电纺针头下方的光敏收集单元，所述高压电源与电纺针头和光敏收集单元连接，高压电源用于为电纺针头和光敏收集单元之间提供电场，所述鞘气装置与电纺针头相通，所述聚焦加热光源聚焦于收集板上与电纺针头相对应的位置。

进一步，所述光敏收集单元包括导电接受块和光敏电阻，所述导电接受块通过光敏电阻与高压电源连接，所述聚焦照射光源聚焦照射位于电纺针头下方的导电接受块所连接的光敏电阻。当导电接受块移动到电纺针头的下方时，其所连接的光敏电阻受聚焦照射光源影响，阻值降低为零，连接导线接通高压电源负极，导通的导电接受块与电纺针头间形成电场，由此开始喷印。

进一步，所述电纺针头包括竖直设置的内针头和外针头，所述内针头设置在外针头内，所述外针头为顶部封闭、底部开口结构，所述内针头的顶端贯穿外针头的顶部，并与注射针管相连通，所述内针头和外针头之间的空间形成鞘气通道，所述外针头的侧面上设有进气口，所述鞘气装置通过进气口与鞘气通道相通。

在电纺直写过程中采用鞘气辅助的方式有效减小微尺度电场对纺丝的干扰，利用精密位移控制平台和鞘气辅助同时控制的方案保障了近场电纺微纳成型的精确度，鞘气装置辅助的控制方式有助于纺丝过程中溶剂的挥发，缩短纤维的固化时间，为收集板提供精确的点对点收集，提高了电纺纤维收集过程中的精度，使定点层叠成为可能，进一步保证了微纳喷印制备工艺特别是多层微纳结构喷印制备的精确度和稳定性。