一種真空電紡裝置，涉及一種紡絲裝置。提供一種可控的電紡直寫裝置，特別是一種遠(yuǎn)距離直寫微納米纖維/纖維膜的真空電紡裝置。設(shè)有真空腔、噴頭、收集板、供液導(dǎo)管、供液裝置、高壓電源、真空泵、導(dǎo)氣管、氣壓表、升降機(jī)構(gòu)、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制器；所述XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、噴頭、收集板置于真空腔內(nèi)部，噴頭裝于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的Z軸支架上；收集板置于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的XY水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；高壓電源正極與噴頭相接，負(fù)極與收集板相接并接地；控制器分別與高壓電源、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、真空泵和氣壓表相連接。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種靜電紡絲裝置，特別是涉及可以遠(yuǎn)距離電紡直寫微納米纖維/纖維膜結(jié)構(gòu)的一種真空電紡裝置。
技術(shù)介紹
納米纖維由于其很高的比表面積和優(yōu)越的力學(xué)、光學(xué)和電學(xué)等性能，被廣泛應(yīng)用于國防、醫(yī)藥、化工和電子等諸多領(lǐng)域，可控、按需制備具有特定圖案和排列形式的微納米纖維/纖維膜，在生物組織工程、微納米器件、柔性電子等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用潛力，而靜電紡絲技術(shù)作為一種具有成本低、工藝簡單、原料來源廣泛等眾多優(yōu)點(diǎn)的制備納米纖維/ 纖維膜結(jié)構(gòu)的最有效技術(shù)之一越來越受到國內(nèi)外科研工作者的關(guān)注。但電紡過程由于受到多種因素的影響，聚合物射流存多種不穩(wěn)定現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)微納米纖維的準(zhǔn)確定位沉積和纖維排列方式控制，因此，實(shí)現(xiàn)電紡微納結(jié)構(gòu)的可控有序沉積逐漸成為當(dāng)前電紡研究技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)問題。目前廣泛用于制備可控有序微納米纖維結(jié)構(gòu)主要采用特定的纖維收集器，如圓筒收集器、平行板收集器等，但利用這種方法獲得的微納米纖維由于受到收集器形狀的限制， 沉積樣式難于改變，纖維分布范圍不可控，特別是無法實(shí)現(xiàn)單根微納米纖維的可控沉積。 Yang等(Ying Yang, Zhidong Jia, Lei Hou etal.1EEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 15(1) :269-276)將噴嘴放置于絕緣圓形套筒中央進(jìn)行微納米纖維的制備，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用這種方法可減小射流的不穩(wěn)定鞭動(dòng)，限制了微納米纖維在收集板上的沉積范圍，但是無法實(shí)現(xiàn)對纖維沉積范圍的有效控制。Sun 等(Sun D. H. , Chang C. , LiS. , etal. Nano. Lett. , 2006vol. 6, pp. 839-842)提出了近場電紡直寫技術(shù)，通過縮短噴頭至收集板距離(O. 5^3mm)使紡絲射流在進(jìn)入無序運(yùn)動(dòng)階段之前便沉積于收集板上，實(shí)現(xiàn)了單根納米纖維的沉積，同時(shí)配合 收集板的運(yùn)動(dòng)可以制備出不同沉積軌跡的微納米纖維結(jié)構(gòu)，但是這種方法由于縮短了噴頭與收集板之間的距離，減小了納米纖維空間運(yùn)動(dòng)和溶劑揮發(fā)的時(shí)間，不利于均勻納米纖維的制備。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種可控的電紡直寫裝置，特別是一種遠(yuǎn)距離直寫微納米纖維/纖維膜的真空電紡裝置。本專利技術(shù)設(shè)有真空腔、噴頭、收集板、供液導(dǎo)管、供液裝置、高壓電源、真空泵、導(dǎo)氣管、氣壓表、升降機(jī)構(gòu)、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制器；所述XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、噴頭、收集板置于真空腔內(nèi)部，噴頭裝于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的Z軸支架上；收集板置于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的XY水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；高壓電源正極與噴頭相接，負(fù)極與收集板相接并接地；控制器分別與高壓電源、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、真空泵和氣壓表相連接。所述噴頭至收集板的距離可為l(T500mm。所述高壓電源的電壓幅值可在(T20kV調(diào)整。所述真空腔內(nèi)的氣壓值可在(To.1MPa調(diào)整。所述XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的XY水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)速度可為(Tl. 5m/s，位移分辨率可為O. 5nm，加速度可為5g ；XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在Z軸方向的位置調(diào)節(jié)范圍可為(T500mm。所述供液裝置的供液流量控制在(Γ500 μ L/h。真空電紡裝置的基本原理是通過供液裝置為電紡噴頭提供一定流量的溶液；溶液在高壓電場作用下發(fā)生形變并產(chǎn)生射流，射流經(jīng)過一系列鞭動(dòng)、溶劑揮發(fā)并最終在收集板上獲得納米纖維。由于真空腔內(nèi)的真空度的提高會(huì)延長射流直線運(yùn)動(dòng)的距離、提高電紡射流的穩(wěn)定性，因此，可以通過真空泵和氣壓表來調(diào)節(jié)真空腔內(nèi)的真空度從而實(shí)現(xiàn)對納米纖維沉積范圍的控制。當(dāng)真空腔內(nèi)的真空度到高達(dá)一定程度時(shí)，紡絲射流的不穩(wěn)定鞭動(dòng)會(huì)被完全抑制，這就實(shí)現(xiàn)了長距離的單股射流的直線穩(wěn)定噴射。與此同時(shí)，通過對收集板位置和運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，可實(shí)現(xiàn)寬度可控的圖案化微納米纖維構(gòu)的制備。噴頭通過在XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)Z軸的升降運(yùn)動(dòng)來改變與收集板之間的距離，用以滿足不同工藝條件的要求。控制器可以同時(shí)對供液裝置、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、真空泵、氣壓計(jì)和高壓電源的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。與現(xiàn)有的電紡裝置相比，本專利技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)在于1)長距離電紡直寫微納米結(jié)構(gòu)。通過提高真空度的方式來增強(qiáng)射流穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離單根纖維和纖維膜的有序可控沉積和精確定位。2)納米纖維、纖維膜沉積范圍可控。通過改變真空腔內(nèi)的真空度高低來控制電紡射流直線運(yùn)動(dòng)的長短，并配合收集板的XY平面方向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)納米纖維、纖維膜沉積范圍的控制。3)長距離穩(wěn)定射流在具有較大高度變化的三維微納結(jié)構(gòu)制造方面也具有較好的優(yōu)勢。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例中不同真空度下射流不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)示意圖。在圖2中，a為氣壓 O.1MPa, b 為氣壓 O. 08MPa, c 為氣壓 O. 06MPa, d 為氣壓 O. 04MPa。具體實(shí)施例方式參見圖1，本專利技術(shù)實(shí)施例設(shè)有供液裝置1、供液導(dǎo)管2、真空腔3、噴頭4、收集板5、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6、導(dǎo)氣管7、真空泵8、氣壓表9、高壓電源10和控制器11 ;所述供液裝置I通過供液導(dǎo)管2與噴頭4相連，噴頭4置于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6的Z軸支架上，高壓電源10的正極與噴頭4相接，負(fù)極與收集板5相接并接地，收集板5置于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6的XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，噴頭4、收集板5及XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6置于真空腔3內(nèi)部，真空泵8、氣壓計(jì)9分別通過導(dǎo)氣管7與真空腔3相連，控制器11分別與供液裝置1、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6、真空泵8、氣壓計(jì)9和高壓電源10的控制端相連。工作時(shí)，首先開啟真空泵8，通過抽氣來調(diào)節(jié)真空腔3內(nèi)部的真空度，使真空度的大小符合電紡要求，然后開啟供液裝置I和高壓電源10，溶液在高壓電場的作用下在噴頭4形成Taylor錐并且產(chǎn)生持續(xù)噴射的射流；射流經(jīng)過電場拉伸和溶劑揮發(fā)，最終在收集板5上形成納米纖維。通過對XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6的運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，可在收集板5上實(shí)現(xiàn)寬度可控的圖案化微納米纖維結(jié)構(gòu)的制備。圖2為本實(shí)施例中不同真空度下的射流運(yùn)動(dòng)示意圖。其中溶液采用PEO溶液，高壓電源10的電壓為7kV，噴頭4距離收集板5的高度為12cm，真空腔外界壓力為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(O.1MPa)。隨著真空腔3內(nèi)真空度的提高(絕對氣體壓強(qiáng)分別為O. lMPa、0. 08MPa、O. 06MPa、0. 04MPa),紡絲射流12的穩(wěn)定直線射流逐漸變長，不穩(wěn)定鞭動(dòng)逐漸被抑制，因此沉積在收集板上的纖維膜寬度逐漸減小，使得直寫的纖維膜寬度可控。當(dāng)真空腔3的真空度到達(dá)-O. 06MPa (絕對氣體壓強(qiáng)O. 04MPa)時(shí)，紡絲射流12的不穩(wěn)定鞭動(dòng)被完全抑制，實(shí)現(xiàn)了長距離的單股射流的直線穩(wěn)定噴射，此時(shí)可以在收集板上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的直寫單根納米纖維結(jié)構(gòu)圖案。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種真空電紡裝置，其特征在于設(shè)有真空腔、噴頭、收集板、供液導(dǎo)管、供液裝置、高壓電源、真空泵、導(dǎo)氣管、氣壓表、升降機(jī)構(gòu)、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制器；所述XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、噴頭、收集板置于真空腔內(nèi)部，噴頭裝于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的Z軸支架上；收集板置于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的XY水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；高壓電源正極與噴頭相接，負(fù)極與收集板相接并接地；控制器分別與高壓電源、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、真空泵和氣壓表相連接。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種真空電紡裝置，其特征在于設(shè)有真空腔、噴頭、收集板、供液導(dǎo)管、供液裝置、高壓電源、真空泵、導(dǎo)氣管、氣壓表、升降機(jī)構(gòu)、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和控制器；所述XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、噴頭、收集板置于真空腔內(nèi)部，噴頭裝于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的Z軸支架上；收集板置于XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的XY水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；高壓電源正極與噴頭相接，負(fù)極與收集板相接并接地；控制器分別與高壓電源、XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、真空泵和氣壓表相連接。2.如權(quán)利要求I所述的一種真空電紡裝置，其特征在于所述噴頭至收集板的距離為10 500mm。3.如權(quán)利要求I所述的一種真空...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫道恒，王翔，鄭高峰，劉海燕，林奕宏，何廣奇，衛(wèi)謹(jǐn)，
申請(專利權(quán))人：廈門大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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