交变电场诱导单射流电纺直写技术研究

【摘要】电纺直写技术是一种新型的外拉式直写技术,以其独特的优势在有机微纳系统和柔性电子制造等领域具有巨大的发展潜力。在绝缘基底上实现有序微纳结构的直写沉积是电纺直写技术推广应用的关键。本文将围绕绝缘基底上电纺直写射流的稳定喷射展开研究,引入交变电场研究单射流的稳定喷射控制规律；分析交变电场诱导作用下带电射流在绝缘基底上的沉积行为。文中构建了电纺直写的数值仿真模型,分别研究了静电场和交变电场作用下的单射流喷射模式；考察了电场参数、溶液特性等因素对仿真单射流喷射的影响规律；明确了仿真射流内部的电荷分布及射流中心速度随喷射时间和喷射距离的变化规律；并分析射流内部电荷变化对射流与收集基底之间相互作用机理。实验考察了交变电场诱导单射流在硅基底上的喷印沉积行为,并分析了实验参数对喷印液滴沉积频率与直径(50-300μm)的影响规律。实验中交变正负电压增大或电压频率增大可使溶液喷印点的频率增大并减小喷印点的直径；而供液速度的增加可使喷印点频率减小,直径增大；不同浓度的聚合物溶液在电场作用下由喷印点到直写线过渡。另外,溶液导电率的增加可使喷印点直径急剧缩小。进一步研究了交变电场诱导单射流在绝缘PET基底的沉积规律。对比分析了交变电场和静电场对绝缘基底上电纺直写过程的影响规律,发现交变电场可克服在柔性绝缘基底上聚合物溶液电纺直写易产生的射流分叉、难以诱导单射流稳定喷射的困难；并利用这一优势开展了一系列实验研究,总结了交变电场参数、加工参数等对单射流沉积行为的影响规律；在绝缘基底上实现了有序、均匀的沉积液膜(线宽10-50μm)的直写制造。通过本文的研究,明确了交变电场诱导下的电纺直写技术的喷射和沉积行为,实现了电纺直写射流在绝缘基底上的稳定喷射和有序微纳结构的可控沉积,将有利于加速其应用发展研究。
【作者】刘海燕；
【导师】孙道恒；郑高峰；
【作者基本信息】厦门大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】电纺直写；交变电场；直写结构；有序沉积；绝缘基底；

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