本实用新型专利技术涉及电纺微纳制造领域，公开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，本实用新型专利技术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。能。能。
【技术实现步骤摘要】
一种基于近场电纺直写的多层微结构纤维的制备装置
[0001]本技术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。
技术介绍
[0002]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。
技术实现思路
[0003]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。
[0004]为实现上述目的，本技术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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]进一步，所述鞘气装置包括储气瓶和控制阀，所述储气瓶通过导气管与外针头的进气口相连通，所述控制阀设置在导气管上。储气瓶内存储氮气，储气瓶通过控制阀调节供给速度，从而改变鞘气通道内气体的流速，鞘气在纤维喷印过程中，维持内针头喷射电纺溶液的稳定性，减弱环境、电场的干扰，同时加快溶剂挥发，提高喷印效率。
[0009]进一步，所述内针头和外针头同心轴设置。同轴设置使得内针头喷射出来的电纺溶液能够均匀的受到鞘气的保护和吹干作用，使得喷印的纤维更加的均匀。
[0010]进一步，所述外针头的直径与内针头直径的比值为2
‑
5:1。
[0011]进一步，所述外针头的底部开口设有向内倾斜的导流板。向内倾斜的导流板有助于加大鞘气在开口处的流速，有利于加速电纺溶液溶剂的蒸发。
[0012]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。聚焦加热光源对准电纺纤维的收集处，通过点加热的方式为喷印纤维加热，加速溶剂挥发，保证堆叠结构稳定性。
[0013]进一步，所述注射泵、注射针管、电纺针头为特氟龙、铁氟龙、硅胶或塑料制成的注射泵、注射针管、电纺针头。
[0014]上述技术方案具有以下有益效果：
[0015]本电纺喷印的过程中，精密的位移控制平台控制具有阵列分布的光敏收集单元的收集板移动，未受到光照的光敏收集单元可等效于绝缘，聚焦照射光源聚焦照射于电纺针头下方的光敏收集单元上，该光敏收集单元导通，该光敏收集单元和电纺针头之间形成电场，在电场力的作用下喷印的纤维材料点对点堆叠到导通的光敏收集单元上。随着精密位移控制平台的控制位移作用，不同的光敏收集单元将由绝缘状态变为导通状态，从而实现点对点喷印图案成形，阵列的光敏收集单元始终保持位于电纺针头正下方的光敏收集单元接通，从而达到点对点收集的目的，改善了收集板的收集精度，从而能够实现点对点喷印层叠微纳结构。
附图说明
[0016]图1为具体实施方式所述多层微结构纤维的制备装置的结构图。
[0017]图2为具体实施方式所述电纺针头。
[0018]图3为具体实施方式所述收集板上的收集单元的结构图。
[0019]图4为具体实施方式所述层叠结构制备示意图。
[0020]图5为具体实施方式所述定点堆叠结构制备示意图。
[0021]图6为具体实施方式所述悬空结构制备示意图。
[0022]附图标记说明：
[0023]1、注射泵；2、注射针管；
[0024]3、鞘气装置；31、储气瓶；32、控制阀；
[0025]4、高压电源；
[0026]5、电纺针头；51、内针头；52、外针头；53、进气口；54、导流板；
[0027]6、聚焦加热光源；
[0028]7、收集板；71、光敏收集单元；711、导电接受块；712、光敏电阻；
[0029]8、位移控制平台；9、聚焦照射光源。
具体实施方式
[0030]为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
[0031]请参阅图1
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6，本实施例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1、注射针管2、电纺针头5、高压电源4、收集板7、位移控制平台8、聚焦照射光源9、鞘气装置3和聚焦加热光源6，注射针管2设置在注射泵1上，注射针管2通过导管与电纺针头5相连接，注射泵1输送注射针管2内的溶液至电纺针头5，收集板7位于电纺针头5的下方，位移控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一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,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。2.如权利要求1所述的制备装置，其特征在于，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位于电纺针头下方的导电接受块所连接的光敏电阻...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑高峰，彭昊，姜佳昕，刘益芳，柳娟，郑建毅，
申请(专利权)人：厦门大学深圳研究院，
类型：新型
国别省市：
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