[發(fā)明專利]一種基于近場電紡直寫的多層微結(jié)構(gòu)纖維的制備裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011122974.9
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112144127A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭高峰;彭昊;姜佳昕;劉益芳;柳娟;鄭建毅
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)深圳研究院
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 廈門市寬信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35246
• 代理人: 巫麗青

本發(fā)明涉及電紡微納制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于近場電紡直寫的多層微結(jié)構(gòu)纖維的制備裝置，包括注射泵、注射針管、電紡針頭、高壓電源、收集板、位移控制平臺、聚焦照射光源、鞘氣裝置和聚焦加熱光源，注射泵輸送注射針管內(nèi)的溶液至電紡針頭，收集板位于電紡針頭的下方，位移控制平臺驅(qū)動收集板進行移動，收集板包括陣列分布的光敏收集單元和絕緣介質(zhì)，絕緣介質(zhì)填充在相鄰光敏收集單元之間，聚焦照射光源聚焦于電紡針頭下方的光敏收集單元，高壓電源用于為電紡針頭和光敏收集單元之間提供電場，本發(fā)明通過陣列分布的光敏收集單元實現(xiàn)了點對點噴印接收，提高了噴印精度，使得復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)例如單點堆疊結(jié)構(gòu)、懸空結(jié)構(gòu)快速噴印成為了可能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電紡微納制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于近場電紡直寫的多層微結(jié)構(gòu)纖維的制備裝置。

背景技術(shù)

近年來，提高電子傳感器微結(jié)構(gòu)集成度，縮小傳感器體積，是微納電子傳感器發(fā)展的主流，在微納傳感器制備工藝中，傳統(tǒng)工藝基于曝光、刻蝕的減成制造工藝技術(shù)，面臨著材料兼容性差、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，無法滿足微納電子傳感器低成本、綠色制造的需求。通過噴印的增材制造方式進行微納電子傳感器微結(jié)構(gòu)制備，具有材料兼容性好、工藝簡單、成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前，科研人員開發(fā)了多種微納電子噴印制備工藝，例如在柔性基底上完成恒薄膜場效應(yīng)管的集成化噴印，用以保持良好的電學(xué)性能，但功能器件線寬和尺寸仍有待進一步減小以提高檢測信息密度；科研人員結(jié)合納米顆粒墨水和有機柔性基材完成了多層透明電子線路的噴墨打印，驗證了多層電子皮膚噴印制造的可行性，但無法完成多層電路間的結(jié)構(gòu)匹配。因此在微納電子傳感元件制備領(lǐng)域亟待一種新型的噴印技術(shù)，解決噴印制備精度差、立體成型困難的問題，實現(xiàn)多層復(fù)合、高傳感密度微納電子傳感器的立體成型。

發(fā)明內(nèi)容

為此，需要提供一種基于近場電紡直寫的多層微結(jié)構(gòu)纖維的制備裝置，解決傳統(tǒng)微納噴印制備技術(shù)精度差、無法立體成型的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于近場電紡直寫的多層微結(jié)構(gòu)纖維的制備裝置，其特征在于：包括注射泵、注射針管、電紡針頭、高壓電源、收集板、位移控制平臺、聚焦照射光源、鞘氣裝置和聚焦加熱光源，所述注射針管設(shè)置在注射泵上，所述注射針管通過導(dǎo)管與電紡針頭相連接，所述注射泵輸送注射針管內(nèi)的溶液至電紡針頭，所述收集板位于電紡針頭的下方，所述位移控制平臺驅(qū)動收集板進行移動，所述收集板包括陣列分布的光敏收集單元和絕緣介質(zhì)，所述絕緣介質(zhì)填充在相鄰光敏收集單元之間，所述聚焦照射光源聚焦照射于電紡針頭下方的光敏收集單元，所述高壓電源與電紡針頭和光敏收集單元連接，高壓電源用于為電紡針頭和光敏收集單元之間提供電場，所述鞘氣裝置與電紡針頭相通，所述聚焦加熱光源聚焦于收集板上與電紡針頭相對應(yīng)的位置。

進一步，所述光敏收集單元包括導(dǎo)電接受塊和光敏電阻，所述導(dǎo)電接受塊通過光敏電阻與高壓電源連接，所述聚焦照射光源聚焦照射位于電紡針頭下方的導(dǎo)電接受塊所連接的光敏電阻。當(dāng)導(dǎo)電接受塊移動到電紡針頭的下方時，其所連接的光敏電阻受聚焦照射光源影響，阻值降低為零，連接導(dǎo)線接通高壓電源負極，導(dǎo)通的導(dǎo)電接受塊與電紡針頭間形成電場，由此開始噴印。

進一步，所述電紡針頭包括豎直設(shè)置的內(nèi)針頭和外針頭，所述內(nèi)針頭設(shè)置在外針頭內(nèi)，所述外針頭為頂部封閉、底部開口結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)針頭的頂端貫穿外針頭的頂部，并與注射針管相連通，所述內(nèi)針頭和外針頭之間的空間形成鞘氣通道，所述外針頭的側(cè)面上設(shè)有進氣口，所述鞘氣裝置通過進氣口與鞘氣通道相通。

在電紡直寫過程中采用鞘氣輔助的方式有效減小微尺度電場對紡絲的干擾，利用精密位移控制平臺和鞘氣輔助同時控制的方案保障了近場電紡微納成型的精確度，鞘氣裝置輔助的控制方式有助于紡絲過程中溶劑的揮發(fā)，縮短纖維的固化時間，為收集板提供精確的點對點收集，提高了電紡纖維收集過程中的精度，使定點層疊成為可能，進一步保證了微納噴印制備工藝特別是多層微納結(jié)構(gòu)噴印制備的精確度和穩(wěn)定性。