[实用新型]一种纳米纤维制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米纺织纤维的制备装置，特别是一种可以连续生产的纳米纺织纤维的制备装置。 

背景技术

纳米纺织纤维具有潜在的开发前景，其制备方法也获得大力发展。目前纳米纺织纤维的主要制备方法有静电纺丝法和熔喷法。发明专利“Taylor锥多喷头静电纺丝机”(申请号200710172744)以及专利“朝上喷的多喷头静电纺丝机”(申请号200720076954)公开了一种利用喷头产生气泡，气泡在高压静电作用下破裂后在静电场作用下形成亚微米纳米级纤维的静电纺丝方法。发明专利“无喷头连续静电纺丝系统”(申请号200810028060)公开了一种旋转的无喷头连续静电纺丝装置。发明专利“一种腈纶-蛋白质-铜盐复合抗静电纤维的制备方法”(公开号101240462A)公开了一种熔喷法制备亚微米纳米纤维的制备方法。这些纳米纤维的制备方法制备出的纤维尺寸大多在100-500纳米随机分布，不能人为控制，而且尺寸很难继续缩小。 

发明内容

本发明的目的是为了提供一种尺寸可控的纳米纤维液相外延制备方法。 

为了实现本发明的目的，本说明书提供了制备尺寸可控的纳米纺织纤维制备用的装置，其特征是包括带有纳米沟槽的衬底(1)，在衬底下表面形成的沟槽(2)，位于衬底(1)下面的恒温池(3)，位于恒温池(3)左侧外壁的左极化电极(4)，位于恒温池(3)内的熔体(5)，连接恒温池(3)和化料池(8)的连通器(6)，用于控制连通器(6)开关的阀门(7)，化料池(8)，位于恒温池(3)右侧外壁的右极化电极(9)和恒温池(3)右侧上壁的弹性刮片(10)。衬底(1)的一面经过精细抛光后，刻蚀出平行沟槽(2)。装置中的恒温池(3)两侧可以分别安装左极化电极(4)和右极化电极(9)，一侧边的上部安装弹性刮片(10)，两侧边上部开有槽，并且该恒温池(3)通过连通器(6)与化料池(8)相连接。 

衬底(1)的特征是1)它的一面经过精细抛光成光学1级，表面平整度为0.1微米的平整表面后，用等离子体或激光刻蚀出0.13微米的平行沟槽(2)，或者用掩模板在其表面镀上宽度为0.13微米深度为0.1微米的金属沟槽(2)；2)衬底(1)两端经过处理，使多块衬底之间可以实现衔接。 

恒温池(3)的特征是1)两边上部开有合适高度的槽，可以使衬底(1)在槽中通过；2)恒温池(3)一边通过连通器(6)与化料池(8)相连接；3)恒温池(3)的温度保持在熔点；4)恒温池(3)一边的上部安装弹性刮片(10)；5)恒温池(8)两侧可以分别安装左极化电极(4)和右极化电极(9)，使熔体中的分子合理排列。 

弹性刮片(10)的特征是能在工作温度保持良好弹性，并且刮片的刀口是平整的。化料池(8)的特征是通过升温可以将原料顺利熔化，并通过调节熔体原料的高度和阀门(7)对恒温池(3)中原料进行补充。 

在衬底的一面上有纳米级宽度和深度的沟槽。这些沟槽既可以是在衬底材料本身上用等离子体或激光刻蚀形成的纳米级宽度和深度的凹型沟槽，也可以是在衬底的一面上用类似集成电路的方法制备出的同质或异质凸起型沟槽。 

采用在衬底本身一面上刻槽的好处是沟槽和衬底本身同一体，结构牢固，不易损坏。其缺点是制备的纳米纤维与衬底结合紧密时，沟槽壁与纳米纤维的结合力给制备获得的纳米纤维取出带来麻烦，特别是用溶剂法取出纳米纤维时，给溶剂浸润纤维外表面带来困难，需要延长浸润时间，有时还需要在浸润时升温。 

采用异质材料形成沟槽的好处是形成沟槽的材料可以选用与纳米纤维结合力不强的材料，甚至可以选用Ni-Cr/Ni-Si电阻丝作为沟槽壁，溶取纤维时可以给沟槽壁通电升温，加速纳米纤维的溶取速度，提高工作效率，缺点是沟槽壁材料可能与衬底结合力不足，导致沟槽可能会从衬底上脱落。 

因此，选用沟槽的材料要根据实际情况来考虑。 

制备纳米纤维的液相外延方法即可以采用垂直浸渍液相外延法，也可以采用“小舟法”。 

采用垂直浸渍液相外延法的好处是制备过程可以全程观察，获得纳米纤维生长的信息，纤维和沟槽外的附着液可以通过高速旋转法抛去绝大部分，剩下的附着物可以通过研磨等方法去掉。缺点是不适合于流水线批量生产。这种方法在研究新型纳米纤维性质和制造工艺时有利。