本發(fā)明涉及靜電紡絲，尤其是涉及一種可多材料自動實時混合電紡直寫裝置。

背景技術(shù)：

靜電紡絲是前驅(qū)體在強電場中噴射拉伸成纖工藝，即電場作用下，噴頭處液滴由球形變?yōu)閳A錐形(即“泰勒錐”)，進而圓錐末端拉伸出射流并演化成微納米級纖維細絲。該方法制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質(zhì)種類繁多、工藝可控，已成為有效制備納米纖維的主要途徑之一。靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)制備了種類豐富的納米纖維，包括有機、有機/無機復(fù)合和無機納米纖維。然而，利用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維還面臨一些需要解決的問題(huangzm,zhangyz,kotakim,etal.areviewonpolymernanofibersbyelectrospinningandtheirapplicationsinnanocomposites.compositesscienceandtechnology,2003,63(15):2223-2253.)。

電紡直寫技術(shù)通過縮小噴頭至收集板距離、降低紡絲工作電壓，利用紡絲射流的穩(wěn)定階段直寫沉積有序納米纖維，克服傳統(tǒng)靜電紡絲射流螺旋鞭動和纖維無序沉積缺陷，具有設(shè)備簡易、工藝簡單、材料兼容性好等優(yōu)點。電紡直寫將加速靜電紡絲技術(shù)在微納制造領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，是柔性電子產(chǎn)業(yè)最具潛力的制造技術(shù)之一(zhoufl,gongrh,porati.massproductionofnanofibreassembliesbyelectrostaticspinning.polymerinternational,2009,58(4):331-342.)。

在現(xiàn)實需求中，經(jīng)常需要多種材料混合的納米纖維以期提升產(chǎn)品的力學(xué)、電學(xué)或熱學(xué)等綜合性能(如將石墨烯或二硫化鉬添加到高分子中作為傳感器敏感單元等)。文獻報道的電紡直寫裝置都是將多材料提前進行攪拌均勻后再由動力(如供液泵)通過管道將流體輸送到噴頭。此種方法在長時間電紡直寫多相材料(如液體與鎢、碳納米管\線\帶等微納固體材料)或互不相容材料(如油與其他聚合物溶液形成的懸濁液)時溶液\熔體將出現(xiàn)沉淀分層或嚴(yán)重團聚現(xiàn)象，直寫穩(wěn)定性差，沉積的微納米結(jié)構(gòu)性能不穩(wěn)定(hwangs,rohkh,limdw,etal.anisotropichybridparticlesbasedonelectrohydrodynamicco-jettingofnanoparticlesuspensions.physicalchemistrychemicalphysics,2010,12(38):11894-11899.)。

當(dāng)前大部分實時混合方法都是利用震動、機械攪拌結(jié)構(gòu)或者超聲來實現(xiàn)，但是這些方法在含微顆粒溶液上的實時混合都存在著許多缺點，例如震動式或機械攪拌結(jié)構(gòu)主要用于微粒尺寸較大溶液的實時混合，在含微粒溶液實時混合中很難做到均勻，溶液容易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象等，同時裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸相對較大。利用超聲方法進行實時混合需要較長時間得到一個較好效果，也容易出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供利用微流體芯片進行電紡直寫多材料的實時自動混合，通過驅(qū)動器同時實現(xiàn)供液和實時混合，保證溶液充分均勻混合，效率高的一種可多材料自動實時混合電紡直寫裝置。

本發(fā)明設(shè)有混合微流道、儲液器、輸液管道、驅(qū)動器、供液軟管、截止閥、噴頭、高壓電源、收集板、xyz三維移動平臺、ccd顯微鏡以及計算機；

所述混合微流道一端與儲液器相連，混合微流道另一端連接輸液管道，儲液器上端設(shè)有供液入口和與外界空氣連接的通口，輸液管道的一端接有供液軟管，供液軟管上安裝有一個驅(qū)動器，供液軟管另一端連接分兩路的輸液管道，其中一路接回儲液器，組成回路，為電紡直寫供液，另一路接截止閥，截止閥另一端連接噴頭，噴頭與高壓電源正極相連，高壓電源負極和收集板相連后都接地，噴頭安裝在xyz三維移動平臺的z軸移動平臺上，收集板安裝在xyz三維移動平臺的xy軸移動平臺上，ccd顯微鏡安裝在噴頭旁，計算機分別連接上高壓電源、ccd顯微鏡、xyz三維移動平臺，對其進行控制。

所述混合微流道用于溶液混合。

所述驅(qū)動器，起到類似于蠕動泵的供液作用以及通過滾輪的滾速控制噴頭的出液速度來進行調(diào)速。

所述驅(qū)動器可控制供液軟管的出液量。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明所述電紡直寫裝置的工作原理和有益效果如下：

本發(fā)明能進行多種溶液的不同配比下的供液，需要混合的多種溶液經(jīng)過混合微流道，在一定的混合時間之后得到充分的混合，同時由混合微流道、儲液器、輸液管道、組成的回路可以完成多種溶液的充分實時混合。這樣避免了每次電紡直寫前都需要先進行溶液混合以及花費很多的準(zhǔn)備時間和需要單獨的混合設(shè)備等，同時最主要的是防止了因未實時混合導(dǎo)致的混合溶液的沉淀分層或嚴(yán)重團聚問題。

本發(fā)明中具有一個驅(qū)動器，所述驅(qū)動器中滾輪以不同的滾速擠壓供液軟管來調(diào)節(jié)對噴頭的供液速率，從而控制電紡直寫的出液速度。在溶液混合好后，經(jīng)過該驅(qū)動器，把混合好的溶液按照一定速率輸出到噴頭進行電紡直寫。

其中計算機作為控制器，通過控制xyz三維移動平臺中xy運動方向的運動平臺進行xy方向的移動來控制電紡直寫的直寫方向。噴頭通過z軸移動平臺得到較好的接收距離。同時裝備ccd顯微鏡方便實時觀察電紡直寫的直寫情況，以便調(diào)整。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中的驅(qū)動器的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

參見圖1，本發(fā)明實施例設(shè)有混合微流道1、儲液器2、輸液管道3、驅(qū)動器4、供液軟管5、截止閥6、噴頭7、高壓電源8、收集板9、xyz三維移動平臺10、ccd顯微鏡11以及計算機12。

所述混合微流道1一端與儲液器2相連，混合微流道1另一端連接輸液管道3，儲液器2上端有供液入口和與外界空氣連接的通口，輸液管道3的一端接有供液軟管5，供液軟管5上安裝有一個驅(qū)動器4，供液軟管5另一端連接分兩路的輸液管道3，其中一路接回儲液器2，組成回路，為電紡直寫供液，另一路接截止閥6，截止閥6另一端連接噴頭7，噴頭7與高壓電源8正極相連，高壓電源8負極和收集板9相連后都接地，噴頭7安裝在xyz三維移動平臺10的z軸移動平臺上，收集板9安裝在xyz三維移動平臺10的xy軸移動平臺上，ccd顯微鏡11安裝在噴頭旁，計算機12分別連接上高壓電源8、ccd顯微鏡11、xyz三維移動平臺10，對其進行控制。

所述儲液器2中設(shè)有加熱器和溫度傳感器組合而成的溫度控制裝置(在圖中未畫出)。顆粒、粉末或溶液等原料通入儲液器2中，方便原料的存儲以及加熱，加熱溫度由加熱器和溫度傳感器來控制。

所述混合微流道1、儲液器2、輸液管道3組成回路的主要部分，完成多種溶液的充分實時混合，防止了因未實時混合導(dǎo)致的混合溶液的沉淀分層或嚴(yán)重團聚問題。

所述驅(qū)動器4、供液軟管5，起到類似于蠕動泵的供液作用以及控制噴頭的出液速度。

所述噴頭7安裝在xyz三維移動平臺10的z軸移動平臺上，通過調(diào)節(jié)接收距離得到較好的直寫效果。

所述收集板9和xyz三維移動平臺10上的xy運動方向的運動平臺組成收集部分，xy運動方向的運動平臺帶動安裝在其上方的收集板9進行xy運動方向的運動，在穩(wěn)定的電紡直寫過程后得到最終要求的圖案。

所述高壓電源8可根據(jù)不同使用情況變更電壓模式：或直流，或交流，或脈沖等，從而使得電紡直寫過程更加柔性化。高壓電源8工作時向噴頭7提供高壓電勢，混合溶液在高壓電場的作用下發(fā)生形變產(chǎn)生泰勒錐，最終在收集板9上進行穩(wěn)定的電紡直寫。

所述ccd顯微鏡11安裝在噴頭7附近，ccd顯微鏡11可以對整個噴印過程進行監(jiān)控、記錄，并且將最終測量結(jié)果，如線寬，液滴直徑，結(jié)構(gòu)間距等，顯示在計算機12上。

所述計算機12分別連接上高壓電源5、ccd顯微鏡11、xyz三維移動平臺10，利用計算機12分別對這些裝置設(shè)備進行控制。計算機12可以通過控制xyz三維移動平臺10的電機的轉(zhuǎn)速大小和轉(zhuǎn)向來控制這其精確移動，從而控制他們的位置。計算機12內(nèi)設(shè)有綜合控制軟件，可以對各個參數(shù)進行校對，匹配甚至是模擬，進行實時上位機控制，從而實現(xiàn)了整個制備過程的控制化、自動化、柔性化，甚至是工業(yè)化。使得整個電紡直寫過程更加快捷、簡易和柔性。

以下給出本發(fā)明的整個電紡直寫工作過程：

1)首先按照圖1的裝置在儲液器2中通入電紡直寫需要混合的各種液體，同時設(shè)置好需要的混合溫度等；

2)設(shè)置好驅(qū)動器4的相關(guān)參數(shù)，例如設(shè)置好出液的速率；

3)各種溶液經(jīng)儲液器2流入混合微流道1，電紡直寫前讓需要混合的溶液在混合微流道1、儲液器2、輸液管道3組成的回路中多流幾遍，先讓溶液均勻充分混合；

4)通過調(diào)節(jié)xyz三維移動平臺10的z軸移動平臺得到較好的接收距離；

5)溶液均勻充分混合后，開啟高壓電源8，根據(jù)要求給噴頭加上高電壓；

6)在計算機12中設(shè)置好xyz三維移動平臺10中xy運動方向運動平臺的運動軌跡；

7)開啟ccd顯微鏡11，在計算機12中設(shè)置好ccd顯微鏡11的各個參數(shù)，開始監(jiān)測；

8)溶液均勻充分混合后，打開截止閥6，開始為噴頭7進行供液；

9)在計算機12中啟動電紡直寫的命令，噴頭7開始噴射混合溶液的同時，xy運動方向的運動平臺也開始根據(jù)前面設(shè)置好的軌跡形成穩(wěn)定的移動，懸掛在噴頭7尖端的液滴形成泰勒錐并從針尖噴射出來。射流在高壓電場作用下，形成超細纖維，最終沉積于收集板9上形成要求的圖案。