應(yīng)用案例

　　實(shí)驗(yàn)名稱：交變電場誘導(dǎo)單射流噴印實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：研究交變電場誘導(dǎo)下的電紡直寫技術(shù)的噴射和沉積行為，實(shí)現(xiàn)電紡直寫射流在絕緣基底上的穩(wěn)定噴射和有序微納結(jié)構(gòu)的可控沉積現(xiàn)象。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模红o電場中黏彈性流體的流變特性、射流的運(yùn)動(dòng)沉積行為是十分明顯的，但交變電場中聚合物溶液的射流噴射研究卻比較少。交變電場與靜電場的主要區(qū)別在于可以控制電壓的頻率和占空比來改變?nèi)芤旱膰娚湟?guī)律。掌握溶液噴射規(guī)律，實(shí)現(xiàn)交變電場誘導(dǎo)下的電紡直寫技術(shù)，分析聚合物溶液在交變電場中的單射流電紡直寫考察溶液、電壓、極間距等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)液滴噴印或電紡直寫均勻性的影響。

　　測試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、注射泵、高壓放大器、示波器、收集基底、高速攝像機(jī)等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)噴射的射流通過CCD或者高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，噴射后得到的液滴尺寸借助光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢測并一步觀察分析。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖如3-1所示。

　　實(shí)驗(yàn)裝置中包括交流高壓電源、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、注射泵、收集基底、攝像機(jī)等。其中，交流高壓脈沖電源的正極接噴頭針管，負(fù)極與收集板相連;收集基底與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固定連接。注射泵向噴頭針管內(nèi)連續(xù)供液,溶液在針管嘴末端形成懸滴。在電場作用下，溶液由懸滴尖端噴射，射流聚集在收集基底上以便進(jìn)一步觀察分析。圖3-2所示為實(shí)驗(yàn)用高速三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。

　　實(shí)驗(yàn)裝置：信號(hào)發(fā)生器、高壓放大器、示波器、注射泵、高速攝像機(jī)；

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：交變電場誘導(dǎo)的單射流在收集板上以液滴或者連續(xù)線的方式沉積,具體情況由聚合物溶液的濃度和實(shí)驗(yàn)條件而定。在電場中，帶電懸滴因表面電荷積聚而產(chǎn)生法向電場驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)噴頭施加電壓超過某個(gè)值時(shí)，帶電懸滴會(huì)噴出帶電液滴或者射流。若噴出的為微小帶電液滴則是靜電霧化，若噴出的是聚合物單射流則稱之為靜電紡絲。如圖3-5所示

　　靜電紡絲主要依靠聚合物流體上的電荷來產(chǎn)生靜電斥力，以克服其表面張力，從而產(chǎn)生射流或者液滴。因此，在電紡過程中施加電壓幅值必須超過臨界電壓才能保證溶液的順利噴射。為了分別考察正負(fù)電壓對(duì)射流噴射的影響。使用PEO溶液在不同的交變電場下，負(fù)向電壓幅值U作用下的液滴沉積的情況，實(shí)驗(yàn)采用的噴頭直徑為d=60um，噴嘴至收集板間距h=2mm，輸入電壓頻率后p-10Hz，電壓占空比6-50%，供液速度Q-20ml/hr;固定交變電場的正向電壓幅值U(U=2000kV)，通過改變U的大小考察其對(duì)液滴噴射的。

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