电纺直写运动平台开发及其图案化沉积研究

【摘要】静电纺丝制备聚合物微纳米纤维,在纳米管道与生物检测,微纳光纤与光波导,电子元器件与传感器等方面有越来越广泛的应用,而这些应用对电纺沉积结构也从相对有序逐渐向图案化、可控化结构方向发展。本文主要针对电纺直写运动平台的构建、微纳米结构电纺直写沉积规律和电纺直写图案化沉积及其误差分析等方面进行研究工作。面向电纺直写图案化沉积及其误差分析,构建运动平台并对其进行性能测试。整个运动平台驱动模块由直线电机(XY二维运动平面)与伺服电机(Z轴)组成,由工控计算机,控制卡、驱动器,构成控制模块。另将接近开关接入控制电路,实现限位保护功能。通过上位工控计算机可以对平台电机参数进行设置。整个运动平台采用PIV&F控制算法,保证平台电机运动性能。平台在通电状态振动为1.7292μm,线型误差为23.331μm,面型误差为54.02μm,XY运动平面定位误差为15.0μm,重复定位误差为5.0gm。基于运动平台进行图案化沉积实验,对运动平台以及电纺直写各项参数对沉积形貌的影响进行分析。运动平台对射流的影响表现为PEO溶液低浓度(8wt%)下的“塑形”作用和高浓度(16wt%)下的“解旋”作用。平台运动过程中,如果涉及到运动方向发生突变的情况,可以在运动突变处人为设置停顿,使电机运行稳定。停顿时间越长,过量沉积也就越多。而且过量沉积在PEO溶液低浓度(8wt%)下表现为液相汇聚,高浓度(16wt%)下表现为固相团聚。平台运动速度,由溶液浓度,极间距,线间距,停顿时间等条件作为耦合因素来综合考量。基于运动平台和沉积规律,可以直写出较为复杂的图形,并利用集成光栅传感器对平台电机运动轨迹进行追踪检测,并将其与实际沉积轨迹对比,分析出直写过程中的误差。实验表明,电纺直写运动平台为静电纺丝图案化沉积以及沉积结构形貌误差提供了一种有效的工艺分析方法。
【作者】卫瑾；
【导师】柳娟；孙道恒；
【作者基本信息】厦门大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】电纺直写；运动平台；微纳结构；图案化沉积；

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