一种真空电纺装置制造方法及图纸

一种真空电纺装置，涉及一种纺丝装置。提供一种可控的电纺直写装置，特别是一种远距离直写微纳米纤维/纤维膜的真空电纺装置。设有真空腔、喷头、收集板、供液导管、供液装置、高压电源、真空泵、导气管、气压表、升降机构、XYZ三维运动平台和控制器；所述XYZ三维运动平台、喷头、收集板置于真空腔内部，喷头装于XYZ三维运动平台的Z轴支架上；收集板置于XYZ三维运动平台的XY水平运动平台上；高压电源正极与喷头相接，负极与收集板相接并接地；控制器分别与高压电源、XYZ三维运动平台、真空泵和气压表相连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种静电纺丝装置，特别是涉及可以远距离电纺直写微纳米纤维/纤维膜结构的一种真空电纺装置。
技术介绍
纳米纤维由于其很高的比表面积和优越的力学、光学和电学等性能，被广泛应用于国防、医药、化工和电子等诸多领域，可控、按需制备具有特定图案和排列形式的微纳米纤维/纤维膜，在生物组织工程、微纳米器件、柔性电子等领域也具有广泛的应用潜力，而静电纺丝技术作为一种具有成本低、工艺简单、原料来源广泛等众多优点的制备纳米纤维/ 纤维膜结构的最有效技术之一越来越受到国内外科研工作者的关注。但电纺过程由于受到多种因素的影响，聚合物射流存多种不稳定现象，难以实现微纳米纤维的准确定位沉积和纤维排列方式控制，因此，实现电纺微纳结构的可控有序沉积逐渐成为当前电纺研究技术的一个热点问题。目前广泛用于制备可控有序微纳米纤维结构主要采用特定的纤维收集器，如圆筒收集器、平行板收集器等，但利用这种方法获得的微纳米纤维由于受到收集器形状的限制， 沉积样式难于改变，纤维分布范围不可控，特别是无法实现单根微纳米纤维的可控沉积。 Yang等(Ying Yang, Zhidong Jia, Lei Hou etal.1EEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 15(1) :269-276)将喷嘴放置于绝缘圆形套筒中央进行微纳米纤维的制备，实验发现采用这种方法可减小射流的不稳定鞭动，限制了微纳米纤维在收集板上的沉积范围，但是无法实现对纤维沉积范围的有效控制。Sun 等(Sun D. H. , Chang C. , LiS. , etal. Nano. Lett. , 2006vol. 6, pp. 839-842)提出了近场电纺直写技术，通过缩短喷头至收集板距离(O. 5^3mm)使纺丝射流在进入无序运动阶段之前便沉积于收集板上，实现了单根纳米纤维的沉积，同时配合 收集板的运动可以制备出不同沉积轨迹的微纳米纤维结构，但是这种方法由于缩短了喷头与收集板之间的距离，减小了纳米纤维空间运动和溶剂挥发的时间，不利于均匀纳米纤维的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可控的电纺直写装置，特别是一种远距离直写微纳米纤维/纤维膜的真空电纺装置。本专利技术设有真空腔、喷头、收集板、供液导管、供液装置、高压电源、真空泵、导气管、气压表、升降机构、XYZ三维运动平台和控制器；所述XYZ三维运动平台、喷头、收集板置于真空腔内部，喷头装于XYZ三维运动平台的Z轴支架上；收集板置于XYZ三维运动平台的XY水平运动平台上；高压电源正极与喷头相接，负极与收集板相接并接地；控制器分别与高压电源、XYZ三维运动平台、真空泵和气压表相连接。所述喷头至收集板的距离可为l(T500mm。所述高压电源的电压幅值可在(T20kV调整。所述真空腔内的气压值可在(To.1MPa调整。所述XYZ三维运动平台的XY水平运动平台移动速度可为(Tl. 5m/s，位移分辨率可为O. 5nm，加速度可为5g ；XYZ三维运动平台在Z轴方向的位置调节范围可为(T500mm。所述供液装置的供液流量控制在(Γ500 μ L/h。真空电纺装置的基本原理是通过供液装置为电纺喷头提供一定流量的溶液；溶液在高压电场作用下发生形变并产生射流，射流经过一系列鞭动、溶剂挥发并最终在收集板上获得纳米纤维。由于真空腔内的真空度的提高会延长射流直线运动的距离、提高电纺射流的稳定性，因此，可以通过真空泵和气压表来调节真空腔内的真空度从而实现对纳米纤维沉积范围的控制。当真空腔内的真空度到高达一定程度时，纺丝射流的不稳定鞭动会被完全抑制，这就实现了长距离的单股射流的直线稳定喷射。与此同时，通过对收集板位置和运动轨迹的控制，可实现宽度可控的图案化微纳米纤维构的制备。喷头通过在XYZ三维运动平台Z轴的升降运动来改变与收集板之间的距离，用以满足不同工艺条件的要求。控制器可以同时对供液装置、XYZ三维运动平台、真空泵、气压计和高压电源的状态进行监测和控制。与现有的电纺装置相比，本专利技术的突出优点在于1)长距离电纺直写微纳米结构。通过提高真空度的方式来增强射流稳定性实现远距离单根纤维和纤维膜的有序可控沉积和精确定位。2)纳米纤维、纤维膜沉积范围可控。通过改变真空腔内的真空度高低来控制电纺射流直线运动的长短，并配合收集板的XY平面方向运动实现纳米纤维、纤维膜沉积范围的控制。3)长距离稳定射流在具有较大高度变化的三维微纳结构制造方面也具有较好的优势。附图说明图1为本专利技术实施例的结构示意图。图2为本专利技术实施例中不同真空度下射流不稳定运动示意图。在图2中，a为气压 O.1MPa, b 为气压 O. 08MPa, c 为气压 O. 06MPa, d 为气压 O. 04MPa。具体实施例方式参见图1，本专利技术实施例设有供液装置1、供液导管2、真空腔3、喷头4、收集板5、XYZ三维运动平台6、导气管7、真空泵8、气压表9、高压电源10和控制器11 ;所述供液装置I通过供液导管2与喷头4相连，喷头4置于XYZ三维运动平台6的Z轴支架上，高压电源10的正极与喷头4相接，负极与收集板5相接并接地，收集板5置于XYZ三维运动平台6的XY运动平台上，喷头4、收集板5及XYZ三维运动平台6置于真空腔3内部，真空泵8、气压计9分别通过导气管7与真空腔3相连，控制器11分别与供液装置1、XYZ三维运动平台6、真空泵8、气压计9和高压电源10的控制端相连。工作时，首先开启真空泵8，通过抽气来调节真空腔3内部的真空度，使真空度的大小符合电纺要求，然后开启供液装置I和高压电源10，溶液在高压电场的作用下在喷头4形成Taylor锥并且产生持续喷射的射流；射流经过电场拉伸和溶剂挥发，最终在收集板5上形成纳米纤维。通过对XYZ三维运动平台6的运动轨迹的控制，可在收集板5上实现宽度可控的图案化微纳米纤维结构的制备。图2为本实施例中不同真空度下的射流运动示意图。其中溶液采用PEO溶液，高压电源10的电压为7kV，喷头4距离收集板5的高度为12cm，真空腔外界压力为I个标准大气压(O.1MPa)。随着真空腔3内真空度的提高(绝对气体压强分别为O. lMPa、0. 08MPa、O. 06MPa、0. 04MPa),纺丝射流12的稳定直线射流逐渐变长，不稳定鞭动逐渐被抑制，因此沉积在收集板上的纤维膜宽度逐渐减小，使得直写的纤维膜宽度可控。当真空腔3的真空度到达-O. 06MPa (绝对气体压强O. 04MPa)时，纺丝射流12的不稳定鞭动被完全抑制，实现了长距离的单股射流的直线稳定喷射，此时可以在收集板上实现远距离的直写单根纳米纤维结构图案。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空电纺装置，其特征在于设有真空腔、喷头、收集板、供液导管、供液装置、高压电源、真空泵、导气管、气压表、升降机构、XYZ三维运动平台和控制器；所述XYZ三维运动平台、喷头、收集板置于真空腔内部，喷头装于XYZ三维运动平台的Z轴支架上；收集板置于XYZ三维运动平台的XY水平运动平台上；高压电源正极与喷头相接，负极与收集板相接并接地；控制器分别与高压电源、XYZ三维运动平台、真空泵和气压表相连接。

【技术特征摘要】
1.一种真空电纺装置，其特征在于设有真空腔、喷头、收集板、供液导管、供液装置、高压电源、真空泵、导气管、气压表、升降机构、XYZ三维运动平台和控制器；所述XYZ三维运动平台、喷头、收集板置于真空腔内部，喷头装于XYZ三维运动平台的Z轴支架上；收集板置于XYZ三维运动平台的XY水平运动平台上；高压电源正极与喷头相接，负极与收集板相接并接地；控制器分别与高压电源、XYZ三维运动平台、真空泵和气压表相连接。2.如权利要求I所述的一种真空电纺装置，其特征在于所述喷头至收集板的距离为10 500mm。3.如权利要求I所述的一种真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙道恒，王翔，郑高峰，刘海燕，林奕宏，何广奇，卫谨，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：