丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法技术

本发明专利技术涉及一种丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法，将为“丝”的纳米纤维和为“粒”微米颗粒用电流体动力学制备结合在一起，形成并列结构特征。该制备工艺简单，单步有效、制备的丝粒并列结构产品结构清晰、分布均匀。该并列微纳结构的制备方法能够为众多新型功能材料的开发提供有效工具。

Method for preparing filament parallel micro nano structure by current body dynamics

The invention relates to a method for parallel kinetochore EHD preparation of micro nano structure, will be \wire\ and \nano fiber grain\ micron particle electric fluid dynamics preparation together, form a parallel structure. The preparation process is simple, single step, and the structure of the product of the parallel structure of filaments is clear and uniform. The preparation method of the parallel micro nano structure can provide an effective tool for the development of many new functional materials.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微纳米材料加工技术，特别涉及一种丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法。
技术介绍
电流体动力学方法采用高压静电为能量、利用它与流体之间的相互作用来制备固体材料。该方法主要包括高压静电纺丝技术(电纺）、高压静电喷雾技术（电喷）和喷射打印技术。其中高压静电纺丝技术（电纺）是一种自上而下(top-down)的纳米制造技术，通过外加电场力克服喷头尖端液滴的液体表面张力和粘弹力而形成射流，在静电斥力、库仑力和表面张力共同作用下，被雾化后的液体射流被高频弯曲、拉延、分裂，在几十毫秒内被牵伸千万倍，经溶剂挥发或熔体冷却在接收端得到纳米级纤维。高压静电喷雾技术通过给工作流体施加一定的电压，使它在高压静电场下通过静电排斥力迅速分裂雾化而产生巨大的表面积，通过雾化液滴中的溶剂的快速挥发而制备出固体微粒。这些电流体动力学工艺过程简单、操控方便、选择材料范围广泛、可控性强、被认为是最有可能实现连续微纳米材料工业化生产的一种方法，应用该技术制备功能微纳米材料具有良好的前景。目前有众多的文献研究电纺技术制备纳米纤维，同时也有众多的关于电喷制备聚合物微粒的报道，但是很少有研究将二者的材料结构特征进行组合。由于电纺纤维一般处于纳米层次，而电喷微粒更多处于微米层次，因此两者的结合可以使得纳米纤维材料和微米颗粒材料发生物质结构层次的协同作用，赋予微纳结构产品更好的性能、复合功能，甚至促使它们产生新的功能应用。
技术实现思路
本专利技术是针对纳米纤维和聚合物微粒组合形成微纳结构的问题，提出了一种丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法，将为“丝”的纳米纤维和为“粒”微米颗粒用电流体动力学制备结合在一起，形成并列结构特征。本专利技术的技术方案为：一种丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法，具体包括如下步骤：1）搭建制备装置：偏心套管喷头中有两个并列的一大一小毛细管，小毛细管在大毛细管中，并且管壁相切，第一流体注射泵上固定的注射器中流体通过高弹性硅胶软管连接偏心套管喷头中小毛细管入口；第二流体注射泵固定的注射器中流体直接连接偏心套管喷头大毛细管入口，高压发生器和偏心套管喷头连接，偏心套管喷头出口下端设置有一个接收板，接收平板为铝箔包裹的硬纸板；2）配置具有良好纺丝性能的聚合物流体，注入第一流体注射泵上固定的注射器；3）配置不具有纺丝性能的聚合物流体或小分子流体，注入第二流体注射泵上固定的注射器；4）开启高压发生器，控制两台注射泵来控制偏心套管喷头中两种流体的流速，在高压静电的作用下，偏心套管喷头出口产生纳米纤维和微米颗粒并列结构产品，通过接收平板接收。所述纳米纤维和微米颗粒并列结构产品的步骤2）和3）两股流体配备如下：将10乙基纤维素放入100克乙醇中，配成不可纺的聚合物流体，将7克聚乙烯吡咯烷酮和0.01克亚甲基蓝放入100克乙醇中，配成可纺的聚合物流体；所述调配后步骤4）控制要求：两股流体的流量均为1.0mL/h，接收平板离喷头出口距离为15cm,高压发生器电压14kV，环境温度为24±2℃，环境湿度为55±5%。所述纳米纤维和微米颗粒结构产品为聚合物/卵磷脂丝粒并列微纳米结构产品时步骤2）和3）两股流体配备如下：将7克聚乙烯吡咯烷酮和0.01克亚甲基蓝放入100克乙醇中，配成可纺的聚合物流体；将20克大豆卵磷脂溶解于100克二氯甲烷中，配成小分子流体；所述调配后步骤4）控制要求：两股流体的流量均为1.0mL/h，接收平板离喷头出口距离为15cm,高压发生器电压14kV，环境温度为24±2℃，环境湿度为55±5%。本专利技术的有益效果在于：本专利技术丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法，制备工艺简单，单步有效、制备的丝粒并列结构产品结构清晰、分布均匀。该并列微纳结构的制备方法能够为众多新型功能材料的开发提供有效工具。附图说明图1为丝粒并列微纳米结构示意图；图2为本专利技术丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法实施装置图；图3为本专利技术偏心套管喷头截面示意图；图4为本专利技术丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备过程拍摄图；图5为本专利技术丝粒并列微纳米结构的扫描电子显微镜图；图6为本专利技术丝粒并列微纳米结构的透射电子显微镜图。具体实施方式本专利技术的丝粒并列微纳米结构，如图1所示，图中组分2为“丝”纳米纤维，组分1为“粒”微米颗粒，这二者粘附在一起形成并列结构特征。该结构特征可以整合微米材料和纳米材料的共同功效，也可以整合颗粒材料和纤维膜材料的共同性能。并列电流体动力学制备方法装置的组装：丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法实施装置如图2所示，包括：高压发生器1；流体注射泵2；流体注射泵3；产品接收板4；偏心套管喷头5；高弹性硅胶软管6；流体注射器7和流体注射器8。偏心套管喷头5中有两个并列的一大一小毛细管，如图3所示偏心套管喷头截面示意图，小毛细管在大毛细管中，并且管壁相切。流体注射泵3上固定的注射器8中流体通过高弹性硅胶软管6连接偏心套管喷头5中小毛细管入口；流体注射泵2固定的注射器7中流体直接连接偏心套管喷头5大毛细管入口。高压发生器1和偏心套管喷头5连接。偏心套管喷头5出口下端设置有一个接收板4，接收平板4为铝箔包裹的硬纸板。两股工作流体的调配：将10乙基纤维素放入100克乙醇中，喷成不可纺的聚合物工作流体，将7克聚乙烯吡咯烷酮和0.01克亚甲基蓝放入100克乙醇中，喷成可纺的聚合物流体。并列电流体动力学制备方法的实施：将上述两种工作流体分别装入相应注射器中，按照实施例1固定到相应的注射泵上，接通偏心套管喷头和高压静电发生器。按照如下工艺条件参数实施并列电流体动力方法：两股流体的流量均为1.0mL/h，接收板离喷丝口距离为15cm,电压14kV。环境温度为(24±2)℃，环境湿度为55±5%。产品通过接地的铝箔包裹纸板进行收集。在上述工作条件下，对电纺过程进行原位放大拍摄，结果如图4所示为一个典型的电流体动力学过程，即从泰勒锥、直线射流到高频拉伸的不稳定区。在指示剂亚甲基蓝的指示下，并列结构的复合泰勒锥清晰可辨。丝粒并列微纳米结构的的分析表征：采用场扫描电镜对实施例3所制备的微纳米结构进行表面喷金后观察，结果如图5所示。所制备的丝粒并列微纳米结构分布均匀。其中纤维一边呈现良好的线性状态，直径为74±9nm，颗粒一边呈圆形状态，直径为2.1±0.4µm。采用高分辨投射电子显微镜对所制备结构进行观察，结果如图6所示，微米颗粒与纳米纤维紧密粘连在一起。聚合物/卵磷脂丝粒并列微纳米结构的制备：将7克聚乙烯吡咯烷酮和0.01克亚甲基蓝放入100克乙醇中，喷成可纺的聚合物流体。将20克大豆卵磷脂溶解于100克二氯甲烷中，配成工作流体（此为小分子流体）。将它们装入相应注射器中，按照实施例1固定到相应的注射泵上，接通偏心套管喷头和高压静电发生器。按照如下工艺条件参数实施并列电流体动力方法：两股流体的流量均为1.0mL/h，接收板离喷丝口距离为15cm,电压14kV。环境温度为(24±2)℃，环境湿度为55±5%。产品通过接地的铝箔包裹纸板进行收集，即可制得聚合物/卵磷脂丝粒并列微纳米结构产品。本专利技术特点是该并列结构由纳米纤维与微米颗粒在制备过程中自动均匀混杂而成；并列结构中的一边微米颗粒粘结在另一边纳米纤维上，两者共同形成一个完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）搭建制备装置：偏心套管喷头中有两个并列的一大一小毛细管，小毛细管在大毛细管中，并且管壁相切，第一流体注射泵上固定的注射器中流体通过高弹性硅胶软管连接偏心套管喷头中小毛细管入口；第二流体注射泵固定的注射器中流体直接连接偏心套管喷头大毛细管入口，高压发生器和偏心套管喷头连接，偏心套管喷头出口下端设置有一个接收板，接收平板为铝箔包裹的硬纸板；2）配置具有良好纺丝性能的聚合物流体，注入第一流体注射泵上固定的注射器；3）配置不具有纺丝性能的聚合物流体或小分子流体，注入第二流体注射泵上固定的注射器；4）开启高压发生器，控制两台注射泵来控制偏心套管喷头中两种流体的流速，在高压静电的作用下，偏心套管喷头出口产生纳米纤维和微米颗粒并列结构产品，通过接收平板接收。

【技术特征摘要】
1.一种丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）搭建制备装置：偏心套管喷头中有两个并列的一大一小毛细管，小毛细管在大毛细管中，并且管壁相切，第一流体注射泵上固定的注射器中流体通过高弹性硅胶软管连接偏心套管喷头中小毛细管入口；第二流体注射泵固定的注射器中流体直接连接偏心套管喷头大毛细管入口，高压发生器和偏心套管喷头连接，偏心套管喷头出口下端设置有一个接收板，接收平板为铝箔包裹的硬纸板；2）配置具有良好纺丝性能的聚合物流体，注入第一流体注射泵上固定的注射器；3）配置不具有纺丝性能的聚合物流体或小分子流体，注入第二流体注射泵上固定的注射器；4）开启高压发生器，控制两台注射泵来控制偏心套管喷头中两种流体的流速，在高压静电的作用下，偏心套管喷头出口产生纳米纤维和微米颗粒并列结构产品，通过接收平板接收。2.根据权利要求1所述丝粒并列微纳米结构的电流体动力学制备方法，其特征在于，所述纳米纤维和微米颗粒并列...

【专利技术属性】
技术研发人员：余灯广，张玲玲，张瑶瑶，郑招斌，张曼，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31