静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法技术

本发明专利技术公开了一种静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，静电纺丝纤维设备包括注射汞、高压电源、喷射针头、收集装置，其中，收集装置包括纤维收集衬底，注射汞包含混合溶液，其中该方法包括根据纤维排布要求设计纤维收集衬底上的电极排布，以形成与纤维排布要求对应的收集电极，并将收集电极接地；将静电纺丝纤维设备上电，喷射针头和接地的收集电极之间在高压电源的作用下形成电场；在电场的作用下，喷射针头中的混合物溶液落在收集电极上，以生成排列有序的纤维膜，其中，纤维膜中的纤维排布图案与纤维排布要求设计相对应。该方法能够根据纤维排布要求制备特定排布的纤维膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及静电纺丝
，尤其涉及一种静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法。
技术介绍
静电纺丝(Electrospinning)是一种微纳米纤维的制备工艺。在无外电场作用的条件下，液体受表面张力作用在喷射电极喷口处将形成球状液滴；在外加电场存在时，液滴受到极化作用，其表面积聚电荷所受的电场力与液体表面张力方向相反。随着电场力增强，喷口处的球状液滴逐渐被电场拉长，形成与电场方向一致的锥体，称为泰勒锥。当电场强度突破某一临界值时，表面液体将克服其表面张力，从泰勒锥的尖端喷出，形成射流，并在静电纺丝设备中的收集衬底形成纤维。其中，纤维制备工艺常用在压电、铁电、磁力等纤维材料上，当然，也可以应用在纺织、膜分离、传感器、酶固化和组织工程等。在相关技术中，在2003年实现了聚合物纳米纤维的平行排布，其利用平行的硅电极收集静电纺丝纤维，此后通过旋转硅电极收集到交叉的纤维膜。在2004年设计了转筒来收集平行电极，收集效率较高但纤维的方向一致性不如平行电极收集的。在2009年实现了纳米纤维和纤维膜的精确排布，其使用近场静电纺丝制备，结合数字移动平台收集纤维。后来在平行静电纺丝纤维的应用上，主要体现为压电器件，生物工程等方面，比如制备了P(VDF-rTFE)纳米纤维平行阵列，实现了高性能柔性的压电器件，比如制备特定排布的纤维膜作为细胞培养的衬底，应用在心肌组织工程等方面，比如使用平行纤维来生长生物细胞，实现了细胞的定向生长和机械收缩的一致性。以上相关技术应用均基于平行纤维，然而对于特定的应用，可能需要基于不同的排布纤维。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，该方法能够根据纤维排布要求制备特定排布的纤维膜。为达上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，静电纺丝纤维设备包括注射汞、高压电源、喷射针头、收集装置，其中，所述收集装置包括纤维收集衬底，其中，所述注射汞包含混合溶液，所述方法包括以下步骤：根据纤维排布要求设计所述纤维收集衬底上的电极排布，以形成与所述纤维排布要求对应的收集电极，并将所述收集电极接地；将所述静电纺丝纤维设备上电，所述喷射针头和接地的收集电极之间在所述高压电源的作用下形成电场；在所述电场的作用下，所述喷射针头中的混合物溶液落在所述收集电极上，以生成排列有序的纤维膜，其中，所述纤维膜中的纤维排布图案与所述纤维排布要求设计相对应。根据本专利技术实施例的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，根据纤维排布要求设计纤维收集衬底上的电极排布，喷射针头和接地的收集电极之间在高压电源的作用下形成电场，在电场的作用下，喷射针头中的混合物溶液落在收集电极上，以生成排列有序的与纤维排布要求设计相对应的纤维排布图案的纤维膜。该方法能够根据纤维排布要求制备特定排布的纤维膜。在本专利技术的一个实施例中，所述方法还包括：根据对所述纤维膜的导电性能要求，向所述注射汞中的混合溶液中添加预设添加剂。在本专利技术的一个实施例中，所述预设添加剂包括碳纳米管CNT。在本专利技术的一个实施例中，所述静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，当所述纤维排布要求为平行纤维阵列时，所述根据纤维排布要求设计所述纤维收集衬底上的电极排布，以形成与所述纤维排布要求对应的收集电极，包括：在所述纤维收集衬底上排布至少两个相互平行的电极，以形成满足所述平行纤维阵列对应的收集电极。在本专利技术的一个实施例中，所述的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，其中，当相互平行的电极的数量为两个时，两个相互平行的电极之间的距离为1-5cm。在本专利技术的一个实施例中，所述的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，当所述纤维排布要求为交叉纤维阵列时，所述根据纤维排布要求设计所述纤维收集衬底上的电极排布，以形成与所述纤维排布要求对应的收集电极，包括：在所述纤维收集衬底上排布四个电极，并且在水平方向上有两个平行的电极，在垂直方向上有两个平行的电极，以形成满足所述交叉纤维阵列对应的收集电极，其中，位于同一直线上的两个电极之间的距离为1-4cm。在本专利技术的一个实施例中，所述的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，当所述纤维排布要求为“*”形纤维阵列时，所述根据纤维排布要求设计所述纤维收集衬底上的电极排布，以形成与所述纤维排布要求对应的收集电极，包括：在所述纤维收集衬底上排布六个电极，并且相邻电极之间的夹角为60度，以形成满足所述“*”形纤维阵列对应的收集电极，其中，位于同一直线上的两个电极之间的距离为0.5-4cm。所述的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，当所述纤维排布要求为“米”字形纤维阵列时，所述根据纤维排布要求设计所述纤维收集衬底上的电极排布，以形成与所述纤维排布要求对应的收集电极，包括：在所述纤维收集衬底上排布八个电极，并且相邻电极之间的夹角为45度，以形成满足所述“米”字纤维阵列对应的收集电极。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的时间了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，图1为根据本专利技术一个实施例的静电纺丝纤维设备的结构示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法的流程图；图3为根据本专利技术一个实施例的平行电极实现的平行纤维阵列的SEM图；图4为根据本专利技术一个实施例的四电极实现的交叉纤维阵列的SEM图；图5为根据本专利技术一个实施例的六电极实现的“*”纤维阵列的SEM图；图6为根据本专利技术一个实施例的八电极实现的“米”纤维阵列的SEM图；图7为根据本专利技术一个实施例的圆形电极实现的随机排布纤维阵列的SEM图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参考附图描述本专利技术实施例的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法。在本专利技术的一个实施例中，如图1所示，静电纺丝纤维设备包括注射汞、高压电源、喷射针头、收集装置，其中，收集装置包括纤维收集衬底，其中，注射汞中保存有混合溶液。需要说明的是，注射汞、高压电源和喷射针头是传统静电纺丝必备，本专利技术添加特定电极设计的收集装置来收集纤维，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，其特征在于，静电纺丝纤维设备包括注射汞、高压电源、喷射针头、收集装置，其中，所述收集装置包括纤维收集衬底，其中，所述注射汞包含混合溶液，所述方法包括以下步骤：根据纤维排布要求设计所述纤维收集衬底上的电极排布，以形成与所述纤维排布要求对应的收集电极，并将所述收集电极接地；将所述静电纺丝纤维设备上电，所述喷射针头和接地的收集电极之间在所述高压电源的作用下形成电场；在所述电场的作用下，所述喷射针头中的混合物溶液落在所述收集电极上，以生成排列有序的纤维膜，其中，所述纤维膜中的纤维排布图案与所述纤维排布要求设计相对应。

【技术特征摘要】
1.一种静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，其特征在于，静电纺丝纤维设备包
括注射汞、高压电源、喷射针头、收集装置，其中，所述收集装置包括纤维收集衬底，其中，
所述注射汞包含混合溶液，所述方法包括以下步骤：
根据纤维排布要求设计所述纤维收集衬底上的电极排布，以形成与所述纤维排布要求对
应的收集电极，并将所述收集电极接地；
将所述静电纺丝纤维设备上电，所述喷射针头和接地的收集电极之间在所述高压电源的
作用下形成电场；
在所述电场的作用下，所述喷射针头中的混合物溶液落在所述收集电极上，以生成排列
有序的纤维膜，其中，所述纤维膜中的纤维排布图案与所述纤维排布要求设计相对应。
2.如权利要求1所述的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，其特征在于，所述
方法还包括：
根据对所述纤维膜的导电性能要求，向所述注射汞中的混合溶液中添加预设添加剂。
3.如权利要求2所述静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，其特征在于，所述预
设添加剂包括碳纳米管CNT。
4.如权利要求1-3任一项所述静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，当所述纤维
排布要求为平行纤维阵列时，所述根据纤维排布要求设计所述纤维收集衬底上的电极排布，
以形成与所述纤维排布要求对应的收集电极，包括：
在所述纤维收集衬底上排布至少两个相互平行的电极，以形成满足所述平行纤维阵列对
应的收集电极。
5.如权利要求4所述的静电纺丝纤维的定向排布设计和制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓红，刘霞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11