交變電場誘導溶液流變與射流噴印調控機制研究

《交變電場誘導溶液流變與射流噴印調控機制研究》是依託廈門大學，由柳娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：交變電場誘導溶液流變與射流噴印調控機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：柳娟
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

以其獨特優勢，電紡直寫已在柔性微納系統製造中表現出巨大發展潛力。項目引入交變電場，改變電荷分布遷移特性、減小干擾提高射流穩定性，以突破導電溶液在絕緣基底上單射流穩定噴射和精確定位沉積兩個關鍵問題；並將圍繞交變電場誘導溶液流變與射流噴印調控機制等一類基礎科學問題展開研究，主要研究內容：分析交變電場誘導作用下導電溶液的電荷分布規律和遷移行為，討論導電溶液流變特性和邊界層演變機制；研究導電溶液表面波動特性，分析工藝參數對波動頻率、波長的影響規律；研究導電單射流啟動、噴射、停止的臨界條件和控制規律，實現導電單射流快速啟停控制；分析導電射流受力變化規律，研究導電射流運動行為和流變機制；討論導電射流在有機絕緣基底上的運動、沉積行為，掌握其精確定位沉積控制策略；實現導電功能性微納結構在絕緣基底的定位沉積和微圖案噴印製造，構建微納有機感測器件。項目將有助提升電紡直寫射流噴印精確調控水平，加速其產業化套用。

結題摘要

以其獨特優勢，電紡直寫已在柔性微納系統製造中表現出巨大發展潛力。項目引入交變電場，改變電荷分布遷移特性、減小干擾提高射流穩定性，以突破導電溶液在絕緣基底上單射流穩定噴射和精確定位沉積兩個關鍵問題；並圍繞交變電場誘導溶液流變與射流噴印調控機制等一類基礎科學問題展開研究。構建了電紡直寫數值仿真模型，分析了交變電場誘導作用下導電溶液的電荷分布規律和遷移行為，討論了導電溶液流變特性和邊界層演變機制；考察了電場參數、溶液特性等因素對單射流噴射的影響規律；明確了仿真射流內部的電荷分布及射流中心速度隨噴射時間和噴射距離的變化規律，分析了射流內部電荷變化對射流與收集基底之間相互作用機理；研究了導電單射流啟動、噴射、停止的臨界條件和控制規律，實現了導電單射流快速啟停控制；考察了交變電場誘導單射流在矽基底上的噴印沉積行為，並分析了實驗參數對噴印液滴沉積頻率與直徑的影響規律；研究了交變電場誘導單射流在絕緣PET基底的沉積規律，交變電場可克服在柔性絕緣基底上聚合物溶液電紡直寫易產生的射流分叉、難以誘導單射流穩定噴射的困難；開展了一系列實驗研究，總結了交變電場參數、加工參數等對單射流沉積行為的影響規律，掌握了其精確定位沉積控制策略，在絕緣基底上實現了有序、均勻的沉積液膜的直寫製造；針對交流誘導電紡射流噴印需求，設計了正弦高壓交流電源，通過原理分析及參數計算，設計了推挽式直流變換電路、SPWM逆變電路以及控制電路等；基於調試完成的正弦高壓交流電源，分析了射流運動及沉積規律，驗證了交流電紡在絕緣基底上實現噴印的可行性，並初步探究了絕緣基底上微納結構沉積規律；實現了導電功能性微納結構在絕緣基底的定位沉積和微圖案噴印製造，構建了微納有機感測器件。項目將有助於提升電紡直寫射流噴印精確調控水平，加速其產業化套用。