聚合物微納米結(jié)構(gòu)電紡直寫行為及其控制技術研究.pdf

1、基于近場靜電紡絲的電紡直寫技術是利用穩(wěn)定直線射流進行圖案化微納米結(jié)構(gòu)的直接沉積，為聚合物微納米結(jié)構(gòu)的低成本可控制造及其應用開拓了一個新的途徑。本文主要圍繞電紡直寫噴射與沉積行為、微納米結(jié)構(gòu)定位沉積和圖案化制備控制等方面開展研究工作。
　　 構(gòu)建了精密直寫平臺，直寫出了直徑80～800nm的固態(tài)納米纖維和線寬1～150μm的微米薄膜。分析了微納米結(jié)構(gòu)直徑/線寬的變化規(guī)律；研究了紡絲射流噴射運動行為；討論了收集板匹配運動速度的變化規(guī)

2、律；考察了收集板導電率對納米纖維沉積的作用行為，為電紡直寫啟?？刂坪臀⒓{米結(jié)構(gòu)尺寸的精確調(diào)控奠定了實驗基礎。
　　 實現(xiàn)了近場條件下單股射流噴射過程紡絲電流的實時檢測。根據(jù)紡絲電流特征將納米纖維電紡直寫過程分為三個階段：起始噴射階段紡絲電流振蕩變化，特征電流峰值400～1000nA；穩(wěn)定噴射階段紡絲電流緩慢下降，平均紡絲電流特征幅值200～400nA；結(jié)束噴射階段紡絲電流快速衰減。電紡直寫克服了射流分叉、實現(xiàn)了單射流噴射，平均紡

3、絲電流與納米纖維直徑及其均勻性具有較好的對應關系。紡絲電流的檢測分析為電紡直寫噴射的在線監(jiān)測提供了一種有效的方法。
　　 基于黏彈力學Maxwell理論，建立了電紡直寫射流運動、沉積模型，仿真分析了收集板速度、收集板導電率、噴頭高度對帶電紡絲射流運動狀態(tài)、沉積行為的影響規(guī)律，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果具有很好的一致性。模型仿真驗證了近場靜電紡絲(噴頭高度≤3mm)可以克服紡絲射流的無序不穩(wěn)定運動，利用直線穩(wěn)定射流進行有序微納米結(jié)構(gòu)的制備

4、；并且射流運動速度(最大運動速度1～1.5m/s)和射流拉伸比(平均拉伸比100～200)都明顯小于非近場條件下(噴頭高度>60mm)紡絲射流的運動速度(最大運動速度3～4m/s)和拉伸比(平均拉伸比350～500)。紡絲射流運動、沉積行為的建模仿真為聚合物微納米結(jié)構(gòu)的可控制備提供了理論基礎。
　　 開發(fā)了圖形編譯、收集板運動驅(qū)動軟件，實現(xiàn)了電紡直寫微納米結(jié)構(gòu)在收集板上的圖案化沉積，最小定位誤差為6.3μm。掌握了電紡直寫微納米