基于韋森堡效應的電紡直寫射流約束與定位沉積實驗研究.pdf

1、電紡直寫技術以其獨特的原理性優(yōu)勢被認為是最具發(fā)展前景的微納制造技術之一，提高射流的穩(wěn)定性和有機微納結構的沉積精度是將電紡直寫技術應用到各領域的關鍵技術。本文利用溶液在微管道內的韋森堡效應實現(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，促進電紡直寫的發(fā)展。
　　本文設計一種基于韋森堡效應的旋轉針芯噴頭，分析旋轉針芯噴頭的供液原理，并利用工業(yè)相機觀測旋轉供液方式的速度穩(wěn)定性，考察針芯轉動速度、液柱高度

2、等工藝參數(shù)，以及微管道長度、針芯伸出長度、針芯柱徑等結構參數(shù)對供液速度、液體錐形狀的影響規(guī)律。通過調控參數(shù)，實現(xiàn)溶液的輸送速度在100μl/hr范圍內的調控。
　　利用仿真軟件分析旋轉針芯噴頭內溶液的剪切變稀現(xiàn)象，得出旋轉針芯噴頭內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;旋轉針芯噴頭輸送溶液時產生周向、軸向、徑向的剪切應力，克服了巴勒斯效應，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?；谝陨蟽?yōu)勢，韋森堡效應對射流的形成、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％;射流在具有凸起結構的基片上噴射時，射流抗干擾程度較空心針頭大，說明旋轉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的電紡直寫的沉積行為，對比分析旋轉供液方式的電紡直寫沉積纖維的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)旋轉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到90％以上;探索交流電壓作用下旋轉針芯噴頭噴射出的液滴結構優(yōu)勢，改變針芯轉速、脈沖頻率可以有效改變液滴噴印的直徑和頻率，當電壓幅值在2.2kV～2.7kV范圍內變化時液滴噴印的直徑和頻率變化不大。
　　本文提出將旋轉供液方式應用到電紡直寫，論證、分析旋轉供液在電紡直寫技術中的優(yōu)勢，通過實驗觀察電紡直寫泰勒錐、射流的穩(wěn)定性，并觀測沉積結構，為后續(xù)研究提供了數(shù)據(jù)支持