[发明专利]一种静电纺丝教学演示装置

说明书

技术领域：

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种静电纺丝教学演示装置，用于纳米科技或纳米材料课程教学，实现经济、安全、直观的纳米科技之静电纺丝教学演示。

背景技术：

20世纪80年代兴起的纳米科技是物理学、化学、材料学、电子学、生物学等多学科交叉的新型分支学科，纳米材料主要包括零维的原子团簇、量子点、纳米颗粒，一维的纳米线、纳米管、纳米纤维，二维的纳米薄膜，三维的纳米固体材料，以及各种纳米复合材料。目前，国内各大高校已陆续开设纳米科技或纳米材料的本、硕课程。但是，相关课堂演示实验和学生创新性实验还很少，研发出实验装置简单、成本低、知识性强和演示效果好的教学演示装置仍然是纳米科技或纳米材料教学的薄弱点之一。静电纺丝法是目前制备一维微纳米纤维简单有效地方法之一，其原理是使高分子溶液或熔体带电，并将其置于喷头与接收屏之间的高压电场中，当静电吸引力克服高分子溶液或熔体的表面张力时，纺丝液从喷头喷射出来，形成带电射流，并在高压电场中运动，因拉伸或劈裂而细化，同时，带电射流中溶剂挥发或射流冷却而固化，最后形成直径从几个微米到几十个纳米的纤维状物质沉积在金属接收屏上。与传统方法相比，静电纺丝技术不但对纤维的线密度提高有了进一步的发展，而且具有独特的易操作性和广泛的适用性，可以制备有机高分子、无机化合物、医药生物、复合材料等多种纳米纤维，为微纳米纤维制造领域注入了新的动力。随着静电纺丝技术的发展，各种基于不同用途的静电纺丝装置相继出现，中国专利申请号为200310109222.9中公开“共轴复合连续纳/微米纤维的多喷头静电纺丝装置”、中国专利申请号为200710009595.7中公开“超细聚合物纤维高速气吹静电纺丝复合制备方法及装置”和中国专利申请号为201210380576.6“一种规模化制备静电纺丝的装置”，均利用不同方法实现了静电纺丝的大量快速制备；中国专利申请号为201010184068.1中公开“一种制备有序排列和交叉结构纳米纤维的低压离心静电纺丝装置”，实现了纳米纤维的高度有序化；中国专利申请号为201210229010.3中公开的“一种便携式手持静电纺丝装置”和专利申请号为201110255208.4中公开的“一种压电陶瓷电源式微型静电纺丝装置”，实现了静电纺丝装置的小型化、便携化。尽管现有的静电纺丝装置种类很多，但是其组成结构相对复杂，大部分不适合做教学演示装置。中国专利申请号为201110255225.8中公开的“一种旋转圆盘感应起电式静电纺丝装置”，是以感应起电的方式设计制作的针对实验教学的静电纺丝装置，但是由于该装置将感应起电机与静电纺丝两部分分离开来，使其结构组成相对复杂；另外，该装置以质量百分比30wt%聚乙烯吡咯烷酮（PVP，分子量58000）乙醇溶液或者办公用胶水为纺丝前驱体溶液，由于PVP形成纤维较细，纺丝过程不易观察且纺丝完成后会在收集极上形成一层致密的膜结构，纺丝现象不够明显；办公用胶水不易形成纺丝，并且纤维量很少，纺丝现象不明显，导致教学演示效果不理想。因此寻求设计一种结构简单、价格低廉、操作方便安全、趣味性强、演示效果好的静电纺丝教学演示装置及方法具有良好的教学意义和科技价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种静电纺丝教学演示装置，以实现对纳米科技或纳米材料课堂教学时静电纺丝的教学演示。