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1、(10)申请公布号 CN 103014885 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103014885 A *CN103014885A* (21)申请号 201310020810.9 (22)申请日 2013.01.18 D01D 5/00(2006.01) D01D 4/02(2006.01) (71)申请人 厦门大学 地址 361005 福建省厦门市思明南路 422 号 (72)发明人 孙道恒 何广奇 郑高峰 郑建毅 王翔 林奕宏 邱小椿 (74)专利代理机构 厦门南强之路专利事务所 35200 代理人 马应森 刘勇 (54) 发明名称 一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺。
2、 直写喷头装置 (57) 摘要 一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺 直写喷头装置， 涉及一种电纺直写喷印装置。 设支 撑架、 环形活块、 进气箱体、 进液喷头座、 接线柱及 喷嘴 ； 支撑架、 环形活块、 进气箱体和进液喷头座 均设有中心通孔且同轴设置 ； 环形活块设于支撑 架中心通孔中， 进气箱体固于支撑架上端面， 进液 喷头座固于进气箱体上端面， 进液喷头座下部伸 入进气箱体和环形活块的中心通孔中， 接线柱设 于进液喷头座上， 调节螺钉设于支撑架下部并面 对环形活块外壁 ； 支撑架设至少 2 个用于与外部 安装的轴向连接通孔， 进气箱体设径向进气口， 进 液喷头座设径向进液孔， 进液喷。
3、头座下端设轴向 供液接口， 喷嘴与供液接口固连。 可使鞘层环绕气 体均匀喷射到环境空气中， 提升射流运动稳定性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置， 其特征在于设有支撑 架、 环形活块、 进气箱体、 进液喷头座、 接线柱及喷嘴 ； 支撑架、 环形活块、 进气箱体和进液喷头座均设有中心通孔， 且同轴设置 ； 环形活块设 于支撑架的中心通孔中， 进气箱体固于支撑架上端面， 进液。
4、喷头座固于进气箱体上端面， 进 液喷头座下部伸入进气箱体和环形活块的中心通孔中， 接线柱设于进液喷头座上， 调节螺 钉径向设于支撑架下部， 并面对环形活块外壁 ； 支撑架设有至少 2 个用于与外部安装的轴 向连接通孔， 进气箱体设有径向进气口， 进液喷头座设有径向进液孔， 进液喷头座的下端设 有轴向供液接口， 喷嘴与所述供液接口固连。 2. 如权利要求 1 所述的一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置， 其 特征在于所述支撑架环形均布 3 个调节螺钉。 3. 如权利要求 1 所述的一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置， 其 特征在于所述供液接口设有 1 2的锥度。 4。
5、. 如权利要求 1 所述的一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置， 其 特征在于所述喷嘴与供液接口固连， 是喷嘴与供液接口螺接。 权 利 要 求 书 CN 103014885 A 2 1/3 页 3 一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置 技术领域 0001 本发明涉及一种电纺直写喷印装置， 尤其是涉及一种集成稳定鞘层气体约束聚焦 功能的电纺直写喷头装置。 背景技术 0002 基于电液耦合的电纺直写是利用外电场作用于黏弹性溶液， 在电场力的作用下黏 弹性溶液变形获得泰勒锥 ； 当电场力继续增强超过溶液表面张力时， 便有射流从泰勒锥尖 射出 ； 利用稳定直线射流进行微纳结。
6、构的有序喷印制备。电纺直写克服了传统电液耦合电 液耦合喷印过程射流螺旋、 弯曲不稳定运动， 利用稳定直线射流进行有序微纳结构的直写 制备。 直写射流携带电荷从泰勒锥尖射出， 受电荷排斥力、 不均匀电场力作用将产生鞭动不 稳定， 从而影响了直写微纳结构的定位精度。 0003 鞘层气体聚焦是射流喷印控制研究新的发展趋势， 并开始获得应用。融合气体聚 焦和电液耦合喷印已经成为带电射流喷印的一种新方式， 吸引了研究者的广泛关注。如 B.Wang(Wang,Yao et al.2009) 与 W.L.Liu(Liu,Yao et al.2009) 所在课题组分别将鞘 层聚焦气体应用于溶液静电纺丝制备了均。
7、匀的 PVA、 PEI 纤细纳米纤维 ； 鞘层聚焦气体应 在熔体静电纺丝中的作用更为明显， E.Zhmayev(Zhmayev,Cho et al.2010) 等研究发现 聚焦气体可使熔体静电纺丝纳米纤维直径减小 20 倍 ； A.M.( LopezHerrera et al.2006;Ferrera et al.2011;Li,et al.2011) 等通过实验和理论研究证实了鞘层聚焦气体对电液耦合电喷雾具有减小微纳液 滴直径、 提高均匀性和喷印效率的作用。 0004 电纺直写技术引入气体聚焦， 主要利用近场条件下处于层流状态的环绕气体减小 喷印过程纺丝射流与空间介质的相对速度， 提升射流运。
8、动的稳定性 ； 同时鞘气的引入， 在电 场力的基础上叠加了气体流场的拉伸力， 降低了维持射流喷射所需要的施加电压幅值， 减 少了射流不稳定因素的干扰， 为射流精确喷印控制提供了一种新的技术途径。 0005 而开展射流调控机制、 微纳结构喷印定位验证性实验研究， 探索射流摆动幅值、 喷印微纳结构尺寸、 定位精度、 克服直写螺旋结构所需要的临界速度与气体流速、 施加电 压、 喷头至收集板距离等工艺参数的关系规律等都需要一款综合性能适宜的喷头开展实 验研究， 使鞘层气体聚焦电纺直写喷头的设计开发已经成为了一个研究热点， 如中国专利 200710009595.7、 201210037687.7 中提出。
9、了不同的气体聚焦电纺喷印结构， 但这些专利中 所述喷头各个部件仍是独立分散， 使用过程中需要对各个部件进行频繁的拆装、 调整， 气液 出口面相对位置固定、 溶液通道为毛细管， 内径不可调、 不能调节溶液通道与小孔的同轴 度， 不易于喷头的简化和集成操控。 发明内容 0006 本发明的目的是提供可使鞘层环绕气体均匀地喷射到环境空气中， 提升射流运动 的稳定性的一种集成稳定鞘层气体约束聚焦功能的电纺直写喷头装置。 说 明 书 CN 103014885 A 3 2/3 页 4 0007 本发明设有支撑架、 环形活块、 进气箱体、 进液喷头座、 接线柱及喷嘴 ； 0008 支撑架、 环形活块、 进气箱。
10、体和进液喷头座均设有中心通孔， 且同轴设置 ； 环形活 块设于支撑架的中心通孔中， 进气箱体固于支撑架上端面， 进液喷头座固于进气箱体上端 面， 进液喷头座下部伸入进气箱体和环形活块的中心通孔中， 接线柱设于进液喷头座上， 调 节螺钉径向设于支撑架下部， 并面对环形活块外壁 ； 支撑架设有至少 2 个用于与外部安装 的轴向连接通孔， 进气箱体设有径向进气口， 进液喷头座设有径向进液孔， 进液喷头座的下 端设有轴向供液接口， 喷嘴与所述供液接口固连。 0009 所述支撑架最好环形均布 3 个调节螺钉。 0010 所述供液接口最好设有 1 2的锥度。 0011 所述喷嘴与供液接口固连， 最好是喷嘴。
11、与供液接口螺接。 0012 本发明使用时， 将接线柱与电源连接， 进液孔连接外部供液装置， 供液接口外接喷 嘴， 进气孔连接外部供气装置， 将外部的收集板与电源负极并接地。并将收集板放置于喷 嘴的正下方。所述进液孔连接的供液装置的溶液槽装有电纺丝溶液， 可调节供液装置的给 进速度， 所述进气孔连接的供气装置用于调节进气压力。本发明可实现鞘层气体聚焦电纺 直写喷头的集成固定、 可方便更换不同内径的喷嘴， 可通过调节螺钉对喷嘴同轴度进行调 节控制， 从而使鞘层环绕气体均匀的喷射到环境空气中， 提升射流运动的稳定性。 本发明利 用稳定鞘层气流约束电纺直写射流的不稳定运动， 利用鞘层气体的约束作用提高。
12、射流稳定 性， 在纺丝射流周围形成稳定的层流结构， 减低了射流与周围介质的相对速度， 抑制射流不 稳定运动的产生。 同时， 鞘层气流对纺丝射流具有拉伸作用， 降低了电纺直写所需要的启动 电压和喷射维持电压， 减少了高电压、 大电荷密度所引发的干扰提高了射流喷射的稳定性 ； 而且稍层气流的拉伸加速了射流的细化提高了喷射效率。 附图说明 0013 图 1 为本发明实施例的结构示意图。 0014 图 2 为本发明实施例的进液喷头座结构示意图。 0015 图 3 为本发明实施例的进气箱体结构示意图。 具体实施方式 0016 参见图13， 本发明实施例包括支撑架1、 环形活块2、 进气箱体5、 进液喷头。
13、座6、 接线柱 8 和喷嘴 （图 1 3 中未画出） 。 0017 支撑架1、 环形活块2、 进气箱体5、 进液喷头座6均设有中心通孔， 并同轴设置。 环 形活块 2 设于支撑架 1 的中心通孔中， 进气箱体 5 通过紧固螺丝 4 固于支撑架 1 上端面， 进 液喷头座 6 固于进气箱体 5 上端面， 进液喷头座 6 下部伸入进气箱体 5 和环形活块 2 的中 心通孔中， 接线柱 8 设于进液喷头座 6 上， 调节螺钉 3 径向设于支撑架 1 下部， 并面对环形 活块 2 外壁。支撑架 1 设有至少 2 个用于与外部安装的轴向连接通孔 10， 进液喷头座 6 设 有径向进液孔 11， 进气箱体。
14、 5 设有径向进气口 14， 进液喷头座 6 的中心通孔下部为轴向供 液接口 12。喷嘴与供液接口 12 螺接。所述的支撑架 1 环形均匀布置 3 个调节螺钉 3， 旋动 调节螺钉 3 可以调节喷头及气孔同轴度， 尽可能的使实验时气孔与喷嘴针孔同轴， 从而得 到更均匀的气体流场以保持射流的稳定性和喷印定位的准确性。 说 明 书 CN 103014885 A 4 3/3 页 5 0018 所述供液接口 12 设有 1 2的锥度。标号 7 为密封平垫 ； 标号 9 为密封圈 ； 标 号 13 为密封圈槽。 0019 本发明实施例工作原理如下 ： 0020 本发明使用时， 将接线柱与电源连接， 进液。
15、孔连接外部供液装置 （在图中未画出） ， 供液接口外接喷嘴 （在图中未画出） ， 进气孔连接外部供气装置 （在图中未画出） ， 将外部的 收集板 （在图中未画出） 与电源 （在图中未画出） 负极并接地。并将收集板放置于喷嘴的正 下方。 所述进液孔连接的供液装置的溶液槽装有电纺丝溶液， 可调节供液装置的给进速度， 所述进气孔连接的供气装置用于调节进气压力。支撑架 1 与进气箱 5 体通过连接螺钉 4 螺 纹连接从而固定环形活块 2 ； 进气箱体 5 与环形活块 2 构成了双层阶梯缓冲气流流域可使 气流通过缓冲区后得到稳定， 并从气孔以层流的方式喷射到环境空气中。调节螺钉 3 通过 螺纹固定在支撑。
16、架 1 上， 通过旋转调节螺钉 3 控制环形活块 2 轻微移动， 可以控制喷头及气 孔的同轴度 ； 进液喷头座 6 与进气箱 5 体通过连接螺钉 4 固定， 密封圈槽 13 内置密封圈 9 起到密封作用， 进气箱体 5 与环形活块 2 也由密封圈 9 密封 ； 通孔 10 用于固定整个喷头 装置。接线柱 8 与进液喷头座 6 螺纹连接固定， 作为引出电极 ； 进液孔 11 连接外部供液装 置， 通过供液装置来调节实验时供液速度， 供液接口 12 外接喷嘴 ； 进气孔 14 连接外部供气 装置， 通过供气装置来调节实验时气体压力。本发明通过旋动调节螺钉 3 来调整喷头及气 孔的同轴度， 进液孔1。
17、1外部连接的供液装置调节电纺时供液速度， 进气孔14连接的供气装 置， 实验时调节可的供气气体压力 ； 接线柱 8 连接的高压电源， 可调节电纺时的电压。本发 明装置设有双层阶梯缓冲结构， 可以对气流起到缓冲作用使气流获得稳定以层流的方式 ； 由双层阶梯喷射出的处于层流状态的鞘层气体与纺丝射流保持有较好的对中性。 0021 所述的支撑架1环形均匀布置3个调节螺钉3， 旋动调节螺钉可以调节喷头及气孔 同轴度， 尽可能的使实验时气孔与喷嘴针孔同轴， 从而得到更均匀的气体流场以保持射流 的稳定性和喷印定位的准确性。 说 明 书 CN 103014885 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103014885 A 6 。