[实用新型]一种电场辅助近场电纺装置

说明书

本实用新型涉及一种电场辅助近场电纺装置，包括高压电源、喷头机构、供液机构、移动工作台和收集极，所述供液机构通过溶液导管为喷头机构提供纺丝前驱液，所述喷头机构包括纺丝针头和电场约束机构，所述纺丝针头一端与高压电源正极连接，纺丝针头另一端带有喷液口并朝向收集极，所述电场约束机构为纺丝针头约束电场分布，电场约束机构围设安装在纺丝针头朝向收集极方向的外周，所述收集极与高压电源负极连接。本实用新型的辅助电极安装方便，结构简单，可使静电场的分布被辅助电极约束到一定范围内，加速带电射流的细化，抑制带电射流不稳定运动的产生，增加纺丝针头至收集极的距离后纤维仍能保持均匀、稳定、有序沉积。

技术领域

本实用新型属于近场电纺纳米纤维制备技术领域，涉及一种电场辅助近场电纺装置。

背景技术

近场电纺技术(Near-field Electrospinning)是在传统静电纺丝技术的基础上提出的一种更安全、易操控、更环保的方法。它通过降低纺丝间距(通常小于 1cm)和纺丝电压(通常低于5kV)来抑制电纺过程中的鞭动不稳定性和带电射流的劈裂，从而实现对单根纳米线的操控。通过近场直写与打印技术可对单根纳米线进行任意操控，进而制备出纳米线阵列，如平行结构、交叉结构等。利用这种近场电纺技术，可以高效、大面积的制备高度有序的无机或有机纳米线，对于纳米线的确切根数、方向和维度也能得到精确的控制，使之在纳米电子器件的应用更加得心应手。

不同类型的纳米纤维形成的交叉结构往往能够表现出同质材料所不具备的独特电学、光学和化学性质。利用电场定向和流体定向组装等技术自下而上组装基于P-N异质结(P型Si纳米线，N型GaN、InP、CdS和CdSe纳米线) 的纳米线交叉结构的器件和逻辑电路，对于纳米发光二极管、交叉纳米线场效应晶体管、纳米逻辑门、纳米计算机等的发展提供了广阔的应用前景。

而携带电荷的近场电纺射流，受电荷力、不均匀电场力的作用仍会产生小范围波动，影响纺丝精度。提高电纺直写射流的稳定性、抑制射流的无序螺旋运动已成为目前静电纺丝领域研究的热点，和近场电纺直写技术应用研究的难点。

目前，中国专利(CN103409819A)和中国专利(CN103147138A)均通过气流辅助电纺的方式来改善近场电纺直写射流易产生不稳定运动的缺陷，但通过气流辅助不可避免的在原有的电纺装置基础上额外附加气泵、气流控制器等设备，导致电纺装置过于复杂，且其仅存在于理论设计中，并未取得实际的结果。

目前，在近场电纺领域通过电场辅助进行阵列化纤维的可控制备的方式国内外还未见报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有近场电纺技术在纺丝过程中出现的纺丝距离较近(1～6mm)时所得纤维过粗(0.01～0.1mm)但阵列化效果好，而纺丝距离较远(6～30mm)时带电射流易劈裂，负极持续移动导致的电场、气流等外界因素对纤维沉积影响较大但成丝效果好(纤维直径<0.005mm)的缺点，提供一种电场辅助近场电纺装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种电场辅助近场电纺装置，包括高压电源、喷头机构、供液机构、移动工作台和收集极，所述供液机构通过溶液导管为喷头机构提供纺丝前驱液，所述喷头机构包括纺丝针头和电场约束机构，所述纺丝针头一端与高压电源正极连接，纺丝针头另一端带有喷液口并朝向收集极，所述电场约束机构为纺丝针头约束电场分布，电场约束机构围设安装在纺丝针头朝向收集极方向的外周，所述收集极与高压电源负极连接。

如上所述的一种电场辅助近场电纺装置，所述电场约束机构为筒状结构的辅助电极，辅助电极的一端设在纺丝针头上并连通导电，辅助电极朝向收集极的端部为扩口结构。

如上所述的一种电场辅助近场电纺装置，所述纺丝针头设于电场约束机构的中心轴线上。

如上所述的一种电场辅助近场电纺装置，所述纺丝针头带有喷液口的端部露出辅助电极同一侧端部0～1cm。