基于韋森堡效應(yīng)的電紡直寫射流約束與定位沉積實驗研究.pdf

1、電紡直寫技術(shù)以其獨特的原理性優(yōu)勢被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的微納制造技術(shù)之一，提高射流的穩(wěn)定性和有機(jī)微納結(jié)構(gòu)的沉積精度是將電紡直寫技術(shù)應(yīng)用到各領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。本文利用溶液在微管道內(nèi)的韋森堡效應(yīng)實現(xiàn)對噴頭供液，并圍繞該供液方式對電紡直寫泰勒錐、射流的穩(wěn)定性和沉積行為展開研究，促進(jìn)電紡直寫的發(fā)展。
　　本文設(shè)計一種基于韋森堡效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)針芯噴頭，分析旋轉(zhuǎn)針芯噴頭的供液原理，并利用工業(yè)相機(jī)觀測旋轉(zhuǎn)供液方式的速度穩(wěn)定性，考察針芯轉(zhuǎn)動速度、液柱高度

2、等工藝參數(shù)，以及微管道長度、針芯伸出長度、針芯柱徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)對供液速度、液體錐形狀的影響規(guī)律。通過調(diào)控參數(shù)，實現(xiàn)溶液的輸送速度在100μl/hr范圍內(nèi)的調(diào)控。
　　利用仿真軟件分析旋轉(zhuǎn)針芯噴頭內(nèi)溶液的剪切變稀現(xiàn)象，得出旋轉(zhuǎn)針芯噴頭內(nèi)的溶液剪切變稀程度比空心噴頭大，其中周向流動引起的剪切變稀可降低至原粘度的5％以下;旋轉(zhuǎn)針芯噴頭輸送溶液時產(chǎn)生周向、軸向、徑向的剪切應(yīng)力，克服了巴勒斯效應(yīng)，避免噴頭出口處液滴直徑的增大;利用ANSYS軟

3、件仿真、分析噴頭與收集板之間的電場，探究針芯對電場的優(yōu)化作用。基于以上優(yōu)勢，韋森堡效應(yīng)對射流的形成、噴射具有顯著的影響，其啟動電壓和維持電壓最低可降至空心噴頭的55％;射流在具有凸起結(jié)構(gòu)的基片上噴射時，射流抗干擾程度較空心針頭大，說明旋轉(zhuǎn)針芯噴頭可以約束泰勒錐和射流，從而增強紡絲射流的穩(wěn)定性。
　　研究基于韋森堡效應(yīng)的電紡直寫的沉積行為，對比分析旋轉(zhuǎn)供液方式的電紡直寫沉積纖維的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)針芯噴頭直寫的射流可以克服空心噴頭電紡過

4、程中易產(chǎn)生的射流分叉、纖維沉積精度不高等問題，沉積纖維可利用率可以達(dá)到90％以上;探索交流電壓作用下旋轉(zhuǎn)針芯噴頭噴射出的液滴結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，改變針芯轉(zhuǎn)速、脈沖頻率可以有效改變液滴噴印的直徑和頻率，當(dāng)電壓幅值在2.2kV～2.7kV范圍內(nèi)變化時液滴噴印的直徑和頻率變化不大。
　　本文提出將旋轉(zhuǎn)供液方式應(yīng)用到電紡直寫，論證、分析旋轉(zhuǎn)供液在電紡直寫技術(shù)中的優(yōu)勢，通過實驗觀察電紡直寫泰勒錐、射流的穩(wěn)定性，并觀測沉積結(jié)構(gòu)，為后續(xù)研究提供了數(shù)據(jù)支持